شبيه‌سازي عددي موج‌ساز پيستوني به روش عددي لتيس بولتزمن با استفاده از هندسه سلولي چند لايه متحرك

Numerical Simulation of a Piston-Type Wavemaker using Lattice-Boltzmann Method with Moving Nested Grids

استفاده از سامانه‌هاي توليد موج براي مطالعه آزمايشگاهي اثر موج بر سازه‌هاي دريايي تاكنون مورد توجه بسياري از محققين قرار گرفته است. همچنين استفاده از روش‌هاي عددي با قابليت شبيه سازي ديناميك موج در يك سيستم موج ساز عددي، به عنوان جايگزيني مناسب براي مطالعات هزينه‌بر تجربي، همواره مطرح بوده است. از آ نجايي كه نسبت‌هاي طول به ارتفاع و عمق به ارتفاع موج در بسياري از موارد به طور قابل توجهي بزر گتر از يك است، و از طرفي محاسبه دقيق هندسه موج نياز به تمركز بالاي نقاط محاسباتي در محدوده مرز مشترك مايع-گاز دارد، روش‌هاي عددي كه تاكنون ارائه شده اند، بسيار زمان بر مي‌باشند. در اين پژوهش، يك روش عددي سريع براي مدل سازي يك سامانه موج ساز پيستوني ارائه شده است كه بر خلاف روش‌هاي قبلي از سرعت مناسبي برخوردار است. روش ارائه شده تركيبي از روش لتيس بولتزمن با هندسه نقاط محاسباتي چند لايه متحرك و روش ونو براي اعمال شرط مرزي سينماتيكي سطح آزاد مي‌باشد. نتايج حاصل از شبيه‌سازي عددي با تئوري موج ساز و نتايج آزمايشگاهي موجود براي موج ساز پيستوني مقايسه شده كه تطابق بسيار خوبي بين آ نها مشاهده شده است.

Applications of the wavemaker mechanisms in the experimental investigations of wave-structure interactions have attracted various researchers’ attention. Numerical simulations capable of wave generation in a water tank are appropriate substitutes for the expensive experimental studies. Due to the large values of the wave length to wave height ratio and also the water depth to wave height ratio, extremely fine grid points are generally required at the gas-liquid interface and this causes the numerical simulations to be very time consuming. In this study, a new method is proposed for numerical simulation of a piston-type wavemaker which is faster than the previous methods. The proposed method is a combination of a Lattice-Boltzmann method with multilayer moving nested grids and iWeno5 method for treating the kinematic free surface boundary condition. The numerical results of the proposed method are compared with the analytical and experimental data, where a good agreement is observed.