@article { author = {Jafari-Nodoushan, E. and Shakibaeinia, A. and Hosseini, Kh.}, title = {Development of Moving-particle Semi-implicit Method (MPS) in Simulation of Granular flow}, journal = {Journal of Hydraulics}, volume = {11}, number = {2}, pages = {43-59}, year = {2016}, publisher = {Iranian Hydraulic Association}, issn = {2345-4237}, eissn = {2645-8063}, doi = {10.30482/jhyd.2016.43720}, abstract = {Rapid sediment motion, which is usually induced by highly erosive and transient flow (e.g. in rivers), is commonly encountered in hydro-environmental problems. Dam-break flow on erodible bed, landslide, failure of river banks and reservoir sediment flushing are few examples of these problems. Accurate prediction of the complexities involved in this water-sediment two-phase system (a multiphase granular flow) is challenging for many conventional mesh-based models. Due to their ability to handle the fragmentation and deformations of interfaces, the mesh-free particle/Lagrangian methods provide a unique opportunity to handle such complexities. The objective of this paper is to develop and implement a multiphase mesh-free model, based on Moving Particle Semi-Implicit (MPS) method, for simulation of rapid sediments transport. The model considers the sediment material as a non-Newtonian viscoplastic fluid whose behaviors is predicted using an exponentially-regularized Herschel-Bulkley (H-B) rheological model. MPS method has some fluctuations non-physical pressure associated. Such fluctuations (though small) can induce some non-physical vibrations and yield criteria for granular flows will be affected. In some recent SPH and MPS studies the use of hydrostatic pressure have been proposed for cases where vertical accelerations are negligible. In cases with significant vertical acceleration, the hydrostatic pressure is not applicable. In this study, by using a smoothed thermodynamic pressure instead of hydrostatic pressure, an improved granular flow simulation is achieved. Two test cases including: dry sediment collapse and mobile-bed dam-break are modeled and compared with experimental results. Results show that sedimentation processes are well-reproduced by the developed model and numerical results show good agreement with laboratory measurements.}, keywords = {Moving Particle Semi-Implicit (MPS),Multiphase Model,Exponentially-regularized Herschel-Bulkley (H-B) rheological model,Granular flow}, title_fa = {توسعه روش نیمه‌ضمنی ذرات متحرک (MPS) به منظور شبیه‌سازی جریان‌های دانه‌ای}, abstract_fa = {حرکت سریع رسوبات، می‌تواند منجر به جریان‌های بسیار مخرب و گذرا در محیط‌های رودخانه‌ای و ساحلی ناشی شود که بسیاری از مسائل ژئومورفولوژی و مهندسی با آن مواجه می‌شوند. شکست سد بر بستر فرسایش‌پذیر، زمین لغزش زیر دریا، ریزش دیواره رودخانه‌ها و خروج رسوبات از مخازن تنها چند نمونه از این مسائل هستند. پیش‌بینی دقیق پیچیدگی‌ها در سیستم آب -رسوب (یک سیستم جریان دانه‌ای متراکم چند فازی) هنوز یک چالش عمده برای مدل‌های مبتنی بر شبکه است. با توجه به توانایی روش‌های لاگرانژی بدون شبکه در مدل‌سازی تغییر شکل‌های بزرگ و ناپیوستگی‌ها، روش‌های لاگرانژی بدون شبکه می‌توانند یک فرصت منحصر به فرد برای مقابله با چنین پیچیدگی فراهم کنند. هدف از این تحقیق توسعه مدل لاگرانژی نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم ضعیف (WC-MPS) برای شبیه‌سازی انتقال سریع رسوبات غیر چسبنده است. مواد دانه‌ای به صورت یک سیال غیر نیوتنی و ویسکو پلاستیک در نظر گرفته شده است. برای پیش‌بینی رفتار غیر نیوتنی فاز دانه‌ای، از مدل رئولوژیکی هرشل بالکی استفاده گردیده است که با استفاده از مدل نمایی توسعه داده شده است. روش  MPSبا برخی نوسانات غیرفیزیکی فشار همراه است. چنین نوساناتی (هر چند کوچک) می‌توانند سبب ایجاد برخی ارتعاشات غیرفیزیکی شده و آستانه تسلیم جریان‌های دانه‌ای را تحت تأثیر قرار دهند. استفاده از فشار دینامیکی به جای فشار استاتیکی می‌تواند به تثبیت نوسانات فشار نیز کمک نماید. در برخی از مطالعات اخیر در مورد روش‌های MPS و SPH استفاده از فشار هیدرواستاتیک برای مواردی که شتاب قائم ناچیز باشد، پیشنهاد شده است. در مواردی که شتاب عمودی غیر قابل اغماض است، فشار هیدرواستاتیک کاربردی نمی‌باشد. لذا در این پژوهش، با بکارگیری فشار ترمودینامیکی هموار شده، به جای فشار هیدرو استاتیکی، به توسعه و بهبود این مدل در شبیه‌سازی جریان‌های دانه‌ای پرداخته شده است. در این مقاله، فروپاشی توده رسوب خشک و همچنین شکست سد بر روی بستر فرسایش‌پذیر با استفاده از مدل لاگرانژی بدون شبکه MPS مدل‌سازی گردیده است و با نتایج مدل آزمایشگاهی مقایسه شده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که فرایندهای مرتبط با رسوب به خوبی توسط روش‌های لاگرانژی قابل مدل‌سازی بوده و نتایج عددی با اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی تطابق بسیار خوبی را نشان می‌دهد.}, keywords_fa = {روش نیمه ضمنی درات متحرک (MPS),مدل چند فازی,مدل هرشل بالکی نمایی,جریان دانه‌ای}, url = {https://jhyd.iha.ir/article_43720.html}, eprint = {https://jhyd.iha.ir/article_43720_3995fa5575eb724bdbd0afe4008871e2.pdf} }