شبيه سازي عددي و ارزيابي تجربي تلاطم سطح آزاد مايع تحت تحريك عرضي در يك مخزن مستطيلي

Numerical Simulation and Experimental Validation of Free Surface Sloshing in a Rectangular Tank

در اين مقاله، سطح آزاد مايع متلاطم تحت تاثير تحريك عرضي در يك مخزن مستطيلي شكل، به صورت عددي مورد بررسي قرار گرفته و نتايج حاصل با استفاده از مطالعه تجربي ارزيابي شده است. شبيه سازي عددي بر اساس روش كسر حجمي سيال (VOF) انجام شده كه امكان استخراج سطح آزاد را در چنين مساله اي فراهم مي سازد. در مطالعه آزمايشگاهي از يك مخزن با ديواره هاي شفّاف براي بررسي سطح آزاد مايع استفاده شده است كه دامنه و فركانس حركت متناوب آن به وسيله يك سيستم مكانيكي رفت و برگشتي كنترل مي گردد. اين وسيله مكانيكي يك حركت متناوب عرضي براي تحريك مخزن مايع ايجاد مي كند. سطح آزاد مايع متلاطم در مخزن مستطيلي با تصوير برداري و استفاده از پردازش تصوير استخراج شده است. همچنين به منظور مطالعه تاثيرات وجود تيغه صلب در داخل مخزن بر شكل تلاطم و به خصوص روي بيشترين وكمترين جابه جايي سطح آزاد مايع با شرايط تحريك فوق، آزمايشي با يك صفحه عمودي در وسط مخزن انجام شده است. مقايسه نتايج عددي با آزمايش هاي مشابه براي تحريك هايي با دامنه و فركانس كم در بيشترين و كمترين جابه جايي سطح آزاد مطابقت خوبي نشان مي دهد، به نحوي كه متوسط خطاي نسبي برآورد شده كمتر از 10% مي باشد. هر چند كه با افزايش دامنه و فركانس تحريك، مقدار اختلاف ها به علت ايجاد رفتار غير خطي و پيچيده سطح آزاد افزايش مي يابد.

Free surface sloshing of liquid in a rectangular tank induced by lateral excitation has been studied numericallyand experimentally in this paper. The numerical simulation is carried out based on the volume of fluid (VOF) method that provides free surface extraction in such problem. A tank with transparent walls is used to free surface tracking in experimental study while the movement amplitude and frequency of periodic motion is controlled by a reciprocating designed mechanical system. This mechanical device provides a pure lateral periodic motion for liquid tank exciting. Free surface of sloshing liquid in rectangular tankobtained by image processing. Also a test with a vertical plate in the middle of the tank is carried out to study of the solid baffle effects on sloshing mode shapes and especially on maximum and minimum ofliquidfree surface displacement. Comparison of numerical results and similar experimental tests shows good agreement for low amplitude and low frequency of tank excitations in maximum and minimumof free surface displacement. The average of relative errors estimated less than 10% while they increase by increasing amplitude and frequency excitations due to nonlinear behavior of liquid free surface.