معرفي روش مرز مغروق براي تحليل مسائل برهم‌كنش سازه با سيال از نوع ارتعاش ناشي از گردابه

Introduction of Immersed Boundary Method for Analyzing Fluid-Structure Interaction Problems of Vortex-Induced Vibration Type

روش مرز مغروق يك روش نوين و كارآمد براي حل مسائل برهم‌كنش سازه - سيال[i] است. يكي از انواع مهم مسائل برهم‌كنش سازه - سيال مسئله ارتعاش ناشي از گردابه استوانه‌ها است. در اين مطالعه مي‌خواهيم روش مرز مغروق را معرفي كنيم. به اين ترتيب كه فلسفه، مزايا، محدوديت‌ها و كاربردهاي آن ارائه مي‌گردد. با توجه به كاربردهاي فراوان اين روش و براي جلوگيري از عدم تمركز، كاربرد مسئله ارتعاش ناشي از گردابه به‌عنوان مركز توجه و نمونه مطالعاتي استفاده شده است. سپس جزئيات روابط حاكم مرز مغروق و گسسته‌سازي‌هاي آنها تشريح مي‌شود. الگوريتم مرز مغروق تكراري كه براي مسئله ارتعاش ناشي از گردابه نيز استفاده شده به‌عنوان روش حل معادلات حاكم مطرح مي‌شود. پياده‌سازي و موارد مرتبط با الزامات كدنويسي توضيح داده مي‌شوند. در نهايت مسئله ارتعاش ناشي از گردابه در استوانه با اين روش حل مي‌شود تا توانايي آن نشان داده شود. اين پژوهش به‌گونهاي طراحي شده كه مخاطب به يك جمعبندي از عملكرد اين روش در مسائل برهم‌كنش سازه - سيال و به‌ويژه مسئله ارتعاش ناشي از گردابه مي‌رسد. ديده مي‌شود كه زمان حل و متعاقبا قدرت محاسباتي مورد نياز در حل مسئله به اين روش بسيار كمتر از روش عادي است. روش مرز مغروق با توجه به مزايايي كه دارد مي‌تواند در آينده تبديل به روش اصلي حل مسائل برهم‌كنش سازه - سيال شود. اين مزايا به قدري هستند كه پياده‌سازي روش مرز مغروق را كاملا توجيه‌پذير مي‌كنند.

Immersed boundary method is a novel and efficient tool for solving fluid-structure interaction problems. One of important fluid-structure interaction problems is vortex-induced vibrations of cylinders. In this study, we want to introduce immersed boundary method. Philosophy, advantages, disadvantages and applications of the method will be presented. Because of wide range of applications of this method and for not losing focus, we shall limit our study only to vortex-induced vibrations. Next, details of governing equations of immersed boundary method and their discretization will be introduced. Iterative immersed boundary algorithm which has been used for vortex-induced vibrations before, will be used to solve governing equations. Finally, implementation and coding requirements will be discussed. This paper is organized in a way so readers can obtain a comprehensive understanding of the method behavior in fluid-structure interaction problems, especially vortex-induced vibrations. Considering the benefits of immersed boundary method, it has the potential to become the main method for analyzing fluid-structure interaction problems. These benefits are considerable enough that makes the implementation of the method justifiable.