شبيه‌سازي عددي امواج غيرخطي با استفاده از روش PLIC VOF

Numerical Simulation of Nonlinear Waves Using PLIC VOF Method

شبيه‌سازي عددي امواج غيرخطي در كاربردهاي عملي از اهميت خاصي برخوردار است. در اين مقاله جزئيات توسعه‌ي يك مدل عددي دوبعدي در قائم كه در آن از روش حجم سيال تكه‌اي‌خطي براي ضبط سطح آزاد استفاده شده، ارائه شده است. در اين مدل معادلات ميانگين‌گيري شده‌ي نوير استوكس به روش حجم محدود گسسته شده و با كمك روش پروجكشن حل مي‌شوند. براي مدل‌سازي اثرات آشفتگي جريان از مدل با در نظر گرفتن جملات شناوري استفاده شده است. براي صحت سنجي مدل ابتدا يك موج دامنه كوتاه ايستا در مخزن محدود شبيه‌سازي شده، سپس انتشار موج استوكس منظم، موج تنها و موج كوتاه غيرخطي شبيه‌سازي مي‌شود. با مقايسه نتايج عددي با نتايج تحليلي و آزمايشگاهي مي‌توان دريافت كه مدل موجود توانايي بالايي براي شبيه‌سازي امواج غيرخطي سطحي دارد. همچنين به‌وضوح مي‌توان ديد كه روش حجم سيالي كه براي ضبط سطح آب استفاده شده داراي دقت مناسبي است.

Numerical simulation of nonlinear waves is of prime importance. In this research the WISE 2DV numerical model has been deployed. In the WISE model Reynoldsaveraged NavierStokes (RANS) equations have been solved using finite volume discretization and projection method. The method of volume of fluid for surface has been implemented in the model. For implementation of VOF method, Youngs scheme has been utilized. In this scheme color function advection is based on piecewise linear interface reconstruction. The k–ε model is used for turbulence closure of RANS equations. For validation of the model a short amplitude sloshing wave in a tank, regular wave in a flume and propagation of solitary wave have been simulated, and the results have been compared with analytical solutions, which show very good agreements. A nonlinear short wave propagation has also been simulated, and predictions have been compared against experimental results, which confirms the model ability in prediction of nonlinear short waves.