به كارگيري طرح ميانياب سازه - سيال «شارپ» در روش تركيبي مرز غوطه‌ور - شبكه بولتزمن جهت مدلسازي جريان سيال غيرنيوتني ازروي سيلندر

Applying ‘SHARP’ interface scheme in the immersed boundary–lattice Boltzmann method for simulation non-Newtonian fluid flow over a cylinder

در مطالعه حاضر، روش تركيبي مرز غوطه ور-شبكه بولتزمن، براي شبيه سازي جريان سيال غيرنيوتني نامحدود از روي يك سيلندر دايره‌اي استفاده گرديده است. براي ايجاد ارتباط بين گره هاي لاگرانژي روي مرز جسم غوطه ور و گره هاي اويلري واقع در ميدان سيال، براي اولين بار از طرح اعمال نيروي مستقيم بر پايه الگوريتم ميانيابي شارپ بهره گرفته شده است. اعمال نيروي ناشي از وجود مرز غوطه ور روي گره هاي واقع در دامنه سيال غيرنيوتني با استفاده از روش شبكه بولتزمن و با در نظر گرفتن الگوريتم اعمال نيروي چند مرحله اي صورت گرفته تا يكنواختي بهتر توزيع نيرو در بازه زماني اعمال آن حاصل شود. تاثير پارامترهاي عددي، روي دقت روش پيشنهادي به طور كامل بررسي گرديده است. رژيم هاي مختلف جريان شامل، جريان هاي پايا و ناپايا در اعداد رينولدز و شاخص هاي مدل سيال غيرنيوتني تواني مختلف بررسي شده اند. نتايج به دست آمده چنين نشان مي دهد كه خواص ريولوژيكي سيالات غيرنيوتني در حضور جسم جامد، به خوبي توسط روش مرز غوطه ور – شبكه بولتزمن با طرح واسط سازه-سيال شارپ با دقت بالا قابل پيش بيني است. از اين الگوريتم در آينده مي‌توان براي مدلسازي حركت اجسام غوطه‌ور در سيالات غيرنيوتني استفاده كرد.

In the current study, the non-Newtonian fluid flow over a circularcylinder has been simulated using the Immersed Boundary – lattice Boltzmann method. In order to couple the Lagrarigian nodes on Immersed Boundary and Eulerian nodes in the fluid domain, the direct forcing method based on sharp interface scheme is employed. The split-forcing lattice Boltzmann method is used to apply the effects of boundary force on non-Newtonian power-law fluid which leads to more monotonic force implantation in times interval. The impact of numerical parameters on the accuracy of the introduced method has been investigated in details. The different fluid regimes consist of steady and unsteady flows in different Reynolds numbers and power-law indices has been investigated. The results show that the immersed boundary – lattice Boltzmann method can completely captured the properties of non-Newtonian fluids in presence of Immersed Boundary.In future,this algorithm can be used for modeling of moving bodies in non-Newtonian fluids.