مدل‌سازی لاگرانژی سه بعدی جریانهای تراکم ناپذیر لزج و غیرلزج با استفاده از حلگرهای ریمن پایستار و ناپایستار و اصلاح چگالی

نوع مقاله: مقاله مکانیک

نویسندگان

1 گروه مهندسی دریا،مجتمع مکانیک،دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر

2 گروه مهندسی دریا، مجتمع مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر،شاهین شهر

10.22075/jme.2019.18483.1764

چکیده

در این مقاله، شبیه‌سازی سه بعدی جریان به صورت لاگرانژی با روش هیدرودینامیک ذرات هموار نسبتاً تراکم‌پذیر انجام شده است. از معادلات ناویر-استوکس و معادلات اویلر به عنوان معادلات مومنتوم به ترتیب برای جریان لزج و غیرلزج استفاده شد. جریان در سه حالت غیرلزج، لزجت مصنوعی و لزجت لایه ای همراه با مدل آشفتگی SPS مدل‌سازی شده است. گرچه روش لاگرانژی فوق برای مدل‌سازی سطوح آزاد مناسب است اما نوسانات شدید و غیرواقعی در میدان فشار و سرعت، یکی از مشکلات عمده در این روش است. در این مقاله، اثر استفاده از فیلتر چگالی و حلگرهای ریمن پایستار و ناپایستار بر نوسانات میدان فشار و سرعت تحقیق شده و نوآوری آن ارائه ترکیبی مناسب از موارد فوق برای اصلاح این نوسانات و درنتیجه بالا رفتن دقت نتایج نیروی برخورد است. فیلتر چگالی در حالت‌های جریان با لزجت مصنوعی و لزجت لایه ای با آشفتگی استفاده شده است. ریمن پایستار برای جریان غیر لزج و ریمن ناپایستار برای جریان با لزجت لایه‌ای و آشفته بکار رفته‌اند. به علاوه اصلاح گرادیان کرنل نیز در کنار ریمن ناپایستار استفاده شده است. مقایسه این نتایج نشان داد که حلگر ریمن در حالت پایستار و ناپایستار به علت تصحیح فشار و سرعت عملکرد خوبی در کنترل نوسانات میدان فشار و سرعت داشته است. اما استفاده از فیلتر چگالی که به طور غیر مستقیم و تنها فشار را تصحیح می‌کند، نتایج قانع کننده ای نداشت. در نهایت معتبر سازی نتایج سطح آزاد نیز با بهترین روش از لحاظ نتایج فشار و سرعت انجام شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

3D Lagrangian Modelling of Viscous and Inviscid incompressible Flow Using Conservative and Non-conservative Riemann Solvers and Density Filtering

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Rostami-Varnousfaaderani 1
  • Mohammad Hadi Shabani 2
1 Marine Engineering Department,Mechanics Faculty,Malek-Ashtar University of Technology
2 Marine Engineering Department ,Mechanics Faculty, Malek-Ashtar University of Technology, Shahin-Shahr
چکیده [English]

In this paper, 3D numerical lagrangian modelling of flow was performed using Weakly Compressible Smoothed Particle Hydrodynamic (WCSPH) method. Navier Stokes and Euler Equations were used to simulate viscous and inviscid fluid flow respectively. The fluid flow was assumed in three forms of inviscid, with artificial viscosity and viscous fluid flow with turbulence. Although the WCSPH method is acceptable for simulating of free surface, but has a major problem of large and non-physical oscillations in pressure and velocity field. In this paper the effect of density filtering, conservative and non-conservative Riemann solvers were studied for correction of pressure and velocity of WCSPH results. Furthermore due to using of laminar and SPS turbulence method with non-conservative Riemann, the effect of using kernel gradient correction was also studied. Therefore five numerical methods were introduced for simulating 3D incompressible fluid flow. The results of these numerical models were compared with experimental data. The comparison showed that using Riemann solvers and especially non-conservative Riemann solver with kernel gradient correction gives acceptable results for pressure and velocity field of numerical results. Finally the validation of numerical model was also performed for the variation of free surface.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lagrangian simulatio
  • وViscous and inviscid flow
  • Riemann Solvers
  • Density filtering
  • Free surface