مدل‌سازي عددي جريان به روش ISPH در مسايل شكست سد، جريان از روي سرريز و عملكرد همزمان دريچه و سرريز

Numerical Modeling of Dambreak, Flow over Sharp Crested Weir and Simultaneous Operation of Gate and Weir using ISPH

مدل‌سازي جريان‌هاي سطح آزاد با استفاده از نسل جديد روش‌هاي عددي موسوم به روش‌هاي بدون المان و به طور خاص روش هيدروديناميك ذرات هموار (SPH) يكي از مسايل مورد توجه در حال حاضر است. در گذشته، بيشترين تحقيقات در اين زمينه، بر اساس كارهاي آزمايشگاهي و با استفاده از روش‌هاي عددي با المان انجام شده است. در اين تحقيق، تعيين وضعيت جريان سطح آزاد، مانند جريان ناشي از شكست سد، عبور آب از روي سرريز يا عملكرد همزمان سرريز و دريچه تحتاني، با استفاده از روش بدون المان هيدروديناميك ذرات هموار تراكم ناپذير2 (ISPH) مطالعه شده است. با توجه به تراكم ناپذير بودن اين جريان‌ها، روش تصوير3 بر پايه ديدگاه كامينز و رادمن (1999) در اين تحقيق به‌كار رفته است. تغييرات اين روش نسبت به نحوه تقريب جمله فشار در معادلات پايستاري مومنتم با استفاده از منحني‌هاي خطا ارزيابي شده است. مقايسه عملكرد نحوه باز كردن ترم فشار با استفاده از منحني‌هاي خطا نشان مي‌دهد كه اين منحني‌ها از روند يكساني پيروي كرده و ميزان خطا در آنها در محدوده قابل قبولي است. روش عددي FVM با تعيين سطح آزاد به‌صورت VOF همراه با برخي نتايج آزمايشگاهي يا تجربي، به‌منظور مقايسه با روش ISPH در حل اين مسايل استفاده شده و نتايج، حاكي از نزديكي قابل قبول اين روش‌ها با يكديگر است.

Smoothed Particle Hydrodynamic (SPH), a new generation of mesh-free numerical methods to model free surface flow, is of great interest among many researchers nowadays. In this paper, ISPH was applied to simulate free-surface flow around hydraulic structures in several classical cases including dambreak, flow over a sharp-crested weir, and simultaneous operation of weir and gate. Due to enforcing incompressibility of flow, Cummins and Rudmans (1999) projection method is used in these cases. Error curves are used to evaluate the sensitivity of ISPH to approximate pressure terms. Two pressure formulations for approximating the left-hand-side of the Poisson equation result in a similar and acceptable trend of error. Comparison of several classical flow cases results using ISPH with experimental data and FVM-VOF shows good agreement between them.