شبيه سازي عددي معيارهاي آستانه حركت ذرات رسوب با رويكرد اويلري - لاگرانژي

Numerical Simulation of Incipient Motion Parameters of the Sediment Particles with Eulerian-Lagrangian Approach

انتقال ذرات جامد در جريان سيال، يك پديده رايج در طبيعت بوده و نمونه معمول آن در علم هيدروليك انتقال رسوب در رودخانه ها مي باشد. در يك كانال با بستري متشكل از مواد رسوبي، در جريان هاي با دبي ناچيز ذرات بستر هيچ گونه حركتي نداشته و در محل خود ثابت باقي مي مانند. با افزايش دبي، ذرات بستر شروع به حركت كرده كه اين لحظه آستانه حركت ذرات رسوب ناميده مي شود. در اين پژوهش با استفاده از يك مدل عددي بر اساس نرم افزار OpenFOAM، به شبيه سازي دوبعدي آستانه حركت گروهي ذرات رسوب در جريان آشفته پرداخته شده است. رويكرد اتخاذ شده در شبيه سازي به صورت اويلري- لاگرانژي بوده كه در آن فاز پيوسته به صورت اويلري و با روش حجم محدود و ذرات رسوب به صورت لاگرانژي و با روش رديابي ذرات شبيه سازي مي شوند. در مدل حاضر اثر سيال بر ذره، ذره بر سيال و همچنين نيروهايي كه ذرات رسوب به يكديگر وارد مي كنند، در نظر گرفته شده است. براي لحاظ نمودن اثر برخورد ذرات رسوب به يكديگر، از رويكرد تماس نرم و مدل برخورد فنر دمپر اصطكاك استفاده گرديد. نتايج حاصل از مدل عددي در قالب روش سرعت بحراني با محققين ديگر مورد مقايسه قرار گرفته و يك رابطه براي معيار آستانه حركت ذرات پيشنهاد شده است. همچنين آستانه ي حركت ذرات رسوب با معيارهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد مدل حاضر به خوبي توانسته پديده ي مذكور را با دقت مناسبي شبيه سازي كند.

Solid particles transport in fluid flow is a common phenomenon in nature, and its typical example in hydraulic science is sediment transport in rivers. In a channel with a bed of sedimentary materials, there are no moving particles in the streams with a low discharge and remain steady in their place. As the particle velocity increases, the bed particles begin to move, which is called the threshold of motion of the sediment particles. In this study, using a numerical model based on OpenFOAM software, a two-dimensional simulation of the threshold of group motion of sediment particles in turbulent flow has been investigated. The approach used in the simulation is Eulerian-Lagrangian, in which the continuous phase is emulated in a continuous manner in the form of an Eulerian with finite volume method and sediment particles are simulated in a Lagrangian and particle tracing method. In the current model, the effect of fluid on the particle, the particle on the fluid, and the forces that the particles of the sediment enter to each other are considered. In order to consider the effect of sediment particles inner interacting, a soft contact approach and a friction damper spring impact model were used. The results of the numerical model have been compared with other researchers in the form of critical velocity method and a relation has been proposed for the particle motion threshold criterion. Also, Incipient motion of sediment particles with different criteria has been studied. The results show that the present model can simulate the phenomenon well with proper accuracy.