مدل‌سازي جريان دانه‌اي به كمك مدل رئولوژيكي (μ(I در روش SPH

Modeling Granular Flow Using μ (I) Rheological Model in SPH Method

مدل‌سازي جريان‌هاي دانه‌اي به علت ماهيت ذره‌اي و جدا بودن آن‌ها، يكي از مسائل مورد علاقه محققان براي شبيه‌سازي در روش‌هاي ذره‌اي (لاگرانژي) در ديناميك سيالات محاسباتي مي‌باشد. به همين دليل تاكنون تحقيقات گسترده‌اي براي مدل‌سازي اين نوع از جريان‌ها انجام شده است. در اين مطالعات ذرات پيوسته و تراكم‌ناپذير فرض شده و رفتار آن‌ها به كمك مدل‌هاي ويسكوپلاستيك بررسي شده‌اند كه منجر به كاربرد معادلات حركت سيال در اين جريان‌ها شده است. يكي از روش‌هاي پركاربرد لاگرانژي، روش هيدروديناميك ذرات هموار (SPH) است. در اين تحقيق براي بررسي حركت دانه‌اي از كد SPHysics استفاده شده است كه در اين كد براي تعيين مقادير فشار از معادله حالت بهره گرفته مي‌شود. سپس با توسعه آن و بهره‌گيري از مدل رئولوژيكي (μ(I انطباق يافته، جريان دانه‌اي به صورت دو بعدي مدل‌سازي شده است. اين مدل به كمك داده‌هاي آزمايشگاهي و بر اساس مشخصات فيزيكي حركت دانه‌ها، از جمله لختي و مقدار اصطكاك، به دست آمده است. در نهايت براي بررسي عملكرد كد توسعه يافته، نتايج مدل با داده‌هاي آزمايشگاهي مقايسه گرديده است. نتايج حاكي از آن است كه روش هيدروديناميك ذرات هموار مورد استفاده در اين تحقيق، توانايي مدل‌سازي مناسب سطح آزاد و تعيين ذرات بدون حركت در بخش داخلي جريان دانه‌اي را در هر گام زماني دارد.

Due to the nature of the particle and its separation, modeling granular flow is one of the interesting simulation problems in particle (Lagrangian) methods in computational fluid dynamics. Therefore, many studies have been made for modeling these kind of flows. In these studies, particles are supposed to be continuous and incompressible and their behavior is investigated by using visco-plastic models which result in flow motion equations. One of the popular Langrangian methods is smoothed particle hydrodynamics (SPH). In this paper investigation of granular flow using SPHysics code with equation of state is used for determining pressure. Then by developing and implementing regulated μ (I) rheological model, granular flow was modeled as 2D. This model is derived by utilizing experimental data and physical parameters of motion particles as inertia and friction. Finally for investigation of code operation, model results were compared to experimental data. The results show that smoothed particle hydrodynamics method used in this study has the ability of modeling free surface and determining static particles at inertial granular flow at each time step.