مدل سازي عددي جريان ورودي به مخزن با بستر خشك با استفاده از الگوريتم پخش موج اصلاح شده

Numerical Modeling of Water Influx Falling into an Empty Tank using a Modified Wave Propagation Algorithm

در اين مقاله از يك مدل پخش موج تغييريافته گودونو براي مدل سازي سقوط جريان آزاد آب بروي سطح خشك استفاده مي گردد. مدل موردنظر يك مدل خوش توازن بوده و قادر به رفتار كردن مولفه هاي منبع جريان ورودي/خروجي به بستر و هم چنين مولفه هاي اصطكاك در داخل تفاوت شارهاي مجاور روش حجم محدود مي باشد. علاوه بر اين، روش موردنظر از نوعي سرعت تقريبي جديد ريمان براي پخشيدگي بر روي سطح خشك استفاده مي نمايد. در ابتدا جريان ورودي از كف به مخزن به صورت جت آزاد مورد بررسي قرار مي گيرد. سپس ورود جريان آب به حالت سقوط آزاد و از وسط و دو كناره مخزن بر روي سطح خشك شبيه سازي مي گردد. جهت مشخص نمودن اعتبار مدل عددي ارائه شده براي فشارهاي غيرهيدرواستاتيك، از يك عدد بدون بعد بر اساس سرعت ورودي، طول دهانه و ارتفاع سقوط استفاده گرديده است. نتايج حاصله از روش عددي معرفي شده با نتايج حاصله از نرم افزار استار سي دي كه يك نرم افزار تجاري حل معادلات ناوير-استوكس است، مقايسه گرديده است. نتايج عددي نشان مي دهد كه الگوي عددي شار موج معرفي شده با مولفه هاي تقريبي جديد سرعت، قادر به شبيه سازي سقوط براي سطح خشك براي محدوده معرفي شده عدد بي بعد مي باشد.

In this paper a modified Godunov-type wave propagation algorithm is utilised for the modelling of falling water wave over a dry bed. The defined numerical model is well-balanced and is capable to treat the influx/efflux source terms and also the friction term within the flux-differencing of the finite volume neighbouring cells. Additionally, the method employs a rather simple HLLE wave speed for the propagation over dry-state. First the efflux flow from the bed of a reservoir is analyzed. Then, the entrance of falling water wave from the middle and edge sides of the reservoir over a dry bottom is simulated. In order to validate the achieved numerical results for the non-hydrostatic pressure situations a dimensionless number based upon the inflow velocity, the slot length and the falling height is introduced. The obtained results of the defined numerical solver are then compared with the numerical prediction of the STAR-CD which is a commercial Navier-Stokes package. The numerical results demonstrate that the introduced flux-wave solver is able to simulate the falling water waves over the dry-state for a given range of the dimensionless number.