تاثير استفاده از بوم بر روي نحوه پخش پلوم نفتي به روش هيدروديناميك ذرات هموار

The effects of boom on oil plume dispersion using smoothed particle hydrodynamics (SPH

پخش آلاينده‌هاي روغني يكي از مشكلات مهم در محيط زيست دريايي است كه توجه بسياري از محققان را به خود جلب كرده است. در اين مقاله، شبيه سازي اثر بوم بر روي پخش پلوم نفت با استفاده از روش هيدروديناميك ذرات هموار مورد بررسي قرار گرفته است. كد متن باز SPHysics2D با اضافه كردن اثر كشش سطحي و يك فشار اضافي به معادله مومنتوم، به دو فاز توسعه يافته است. چندين مسئله از ديناميك پلوم شبيه سازي شده است و عملكرد كد توسعه يافته ارزيابي مي‌شود. ابتدا، نحوه صعود يك پلوم روغن با نسبت چگالي 0.8 شبيه سازي شده و نتايج بدست آمده با حل تحليلي مقايسه شده است. سپس، نحوه صعود يك پلوم با نسبت چگالي 0.1 شبيه سازي شده و تغييرات زماني مركز جرم و سرعت صعود نشان داده شده است. شبيه سازي موج نويدال روي سواحل انجام و با نتايج تجربي مقايسه شده است. در نهايت، تاثير بوم با زاويه‌هاي مختلف روي پخش پلوم روغن مورد بررسي قرار گرفته است. پس از اعتبارسنجي كد با مسئله‌هاي مختلف، نحوه صعود و پخش پلوم روغن در ساحل بدون اعمال بوم شبيه سازي شده و درصد پلوم عبوري از مكاني مشخص محاسبه شده است. سپس تاثير بوم با زاويه‌هاي مختلف در جلوگيري از پخش پلوم روغن مورد بررسي قرار گرفته و با بدست آوردن كمترين درصد پلوم عبوري، بهترين زاويه جهت جلوگيري از پخش پلوم روغن انتخاب شده است. از اين رو، روش SPH مي‌تواند يك روش بهينه براي شبيه سازي عددي مسئله‌هاي پيچيده از جمله ديناميك موج آب باشد.

Dispersion of oil pollutants is one of the important topics of great concern which should be modeled for a wide range of hydrodynamic systems such as seas and oceans. In this paper, the effects of using booms on the oil plume are simulated using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Method. The open-source SPHysics2D code is developed into two phase by adding the effects of surface tension and an added pressure term to the momentum equation. Several problems of plume dynamics are shown, and the performance of the developed code is evaluated. Firstly, the rising pattern of an oil plume with the density ratio of 0.8 is simulated where the results are compared with the analytical solution. Then, the rising pattern of a plume with density ratio of 0.1 is simulated and the time evolutions of the rising velocity and center of mass are shown. The simulation of the cnoidal wave on beaches is conducted and compared with an available experimental result. Finally, the effects of a boom with different angles on the oil plume dispersion are investigated. It will be shown that the SPH method could be an optimized method for the numerical simulation of the complex problems such as water wave dynamics and two-phase flows.