مدل سازی عددی شکست موج در کانال با مانع با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار شده تراکم ناپذیر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 دانشگاه کرمان

چکیده

شکست موج پدیده‌ای است که در جریان‌های مخاطره آمیز سیلاب اتفاق می‌افتد. از این رو شبیه‌سازی چنین جریان‌هایی با روشی مناسب از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این تحقیق شکست امواج روی بستر ناهموار با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار شده تراکم ناپذیر (ISPH) مدل‌سازی شده است. روش ISPH یک روش لاگرانژی و مبتنی بر ذره بوده که برای مدل‌سازی جریان دارای سطوح آزاد پیچیده قدرتمند می‌باشد. معادلات حاکم در این مدل، معادلات بقای جرم و اندازه حرکت می‌باشند، که با روش دو گام جزئی حل شده اند. به منظور بررسی کارایی مدل حاضر ، مسئله شکست سد درکانال با مانع با انتهای باز و بسته مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مدل سازی نشان می‌دهد که بسیاری از پدیده‌های پیچیده که در جریان‌های دارای امواج شکننده اتفاق می‌افتند، به خوبی با روش ISPH قابل مدل‌سازی است. حداکثر خطای بدست آمده با مقایسه نتایج مدل عددی و داده‌های آزمایشگاهی، 3/15 درصد محاسبه شده است، که نشان دهنده دقت خوب مدل ISPH برای شبیه‌سازی مسائل پیچیده مانند جریان های ناشی از سیلاب در شکست سد می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical modeling of wave breaking in bumpy channel using incompressible smoothed particles hydrodynamics

نویسندگان [English]

  • Sajedeh Farmani 1
  • Gholamabbas Barani 2
  • Mahnaz Ghaeini Hessaroeyeh 1
1 Shahid Bahonar university of Kerman
2 Shahid Bahomar university of Kerman
چکیده [English]

In this paper, wave breaking are modeled on uneven bed using Incompressible Smoothed Particles Hydrodynamics method. this method is originally used for astronomic problems Recently, ISPH is a lagrangian and meshless method based on particles, which is robust to modeling of flows with large deformations and complicated free surface.Wave breaking is complex phenomenon that occurs in free surface flows with large deformation. Dam break wave is one of this flow that can be caused losses and damages. Therefore prediction of water level position, velocity and pressure is essential. These problems are difficult to simulate due to the existence of the arbitrarily moving surface boundary conditions and also because of the complex governing equations of Navier–Stokes. therefore Governing equations are mass and momentum conservation equations that are solved using a two- step fractional method. In the first step, Navier-Stokes equations are solved by omitting pressure term and in the absence of incompressible condition. In the second step, the pressure term is applied and velocity values and exact particles position are computed.In the present model, a new technique is applied to allocate density to the particles. By employing this technique, ISPH method is stabled. In order to study of model applicability and its validation, dam break problem bumpy channel with open end is investigated. The simulated results indicate that many complicated flow phenomena occurred in flows with breaking waves, particular as clashing with obstacle such as, shock front propagation, partial reflections, hydraulic jumps and wave interaction, can be well simulated using ISPH method. Also the mean of relative error is obtained 9.243, 12.469 percent for two plots respectively. The good agreement between the results of present model and experimental data shows that ISPH model is powerful device to simulate complicated problems. and these results indicate that this model has a good accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wave breaking
  • ISPH method
  • Fractional step method
  • Dam break