| تعداد نشریات | 14 |
| تعداد شمارهها | 680 |
| تعداد مقالات | 7,068 |
| تعداد مشاهده مقاله | 10,684,884 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 9,779,484 |
مدلسازی سیال تراکمناپذیر در محفظه بسته حاوی بستر متخلخل با روش SPH | ||
| مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
| دوره 32، شماره 3، مهر 1404، صفحه 137-160 اصل مقاله (2.93 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2025.22031.3702 | ||
| نویسندگان | ||
| حبیبه شیبانی فرد1؛ امیر احمد دهقانی* 2؛ میثم سالاری جزی3؛ رسول معمارزاده4؛ محمد عبدالحسینی5 | ||
| 1دانشجوی دکتری مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
| 2نویسنده مسئول، استاد گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
| 3دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران. | ||
| 4استادیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه ولیعصر رفسنجان، رفسنجان، ایران | ||
| 5استادیار گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: شبیهسازی همزمان جریان سطحی و زیرسطحی روی بستر منابع آبی پیشنیاز مدلسازی روند حرکت آلودگی در منابع آب و خاک محسوب میشود و یکی از پرچالشترین و مهمترین مدلسازیها به منظور حفاظت از منابع آبی و خاک محسوب میشود. برای مدلسازی این پدیده معمولا جریان در محیط سیال بطور جداگانه مدلسازی و نتایج حاصل بعنوان شرایط مرزی برای مدلسازی جریان در محیط متخلخل استفاده میشوند. در این تحقیق تنها با استفاده از معادلات ناویر استوکس، جریان در هر دو محیط بطور همزمان با روش هیدرودینامیک ذرات هموار شده (SPH) مدلسازی شدهاست. هدف این تحقیق، مدلسازی حرکت سیال درون محیط متخلخل است. مواد و روشها: در این تحقیق از معادلات ناویر استوکس دارای جملات اضافی استفاده شدهاست که قابلیت حل در هر دو محیط سیال و متخلخل را بطور همزمان دارند. این معادلات با روش SPH گسستهسازی و با الگوریتم دو گام نیمه ضمنی حل شدهاند. این الگوریتم شامل دو گام پیشبینی و تصحیح است. در گام پیشبینی کلیه متغیرها برای ذرات بصورت صریح و در گام تصحیح بصورت ضمنی محاسبه میگردند. جهت صحتسنجی مدل تهیهشده، شبیه سازی جریان دو بعدی در یک ظرف استوانهای شکل با مدل SPH اتجام شده و سپس نتایج مدلسازی حرکت سیال داخل محیط متخلخل با نتایج حل تحلیلی آن مقایسه شدهاند. یافتهها: پس از بررسی نتایج موقعیت سطح آزاد سیال در محفظه حاوی آب، انحراف معیار نسبت مقادیر محاسباتی بر مشاهداتی و میانگین نسبت مقادیر محاسباتی بر مشاهداتی در محاسبه ارتفاع سطح آزاد با مدل عددی حاضر به ترتیب 015/0 و 04/1 و همچنین در محاسبه فشار به ترتیب 18/0 و 2/1 بودهاست. در ادامه جریان سطحی و زیرسطحی در محفظه حاوی سیال و محیط متخلخل با حل همزمان معادلات ناویر استوکس با روش SPH مدلسازی شدهاند. نتیجهگیری: حل همزمان معادلات در دو محیط و همچنین مرز بین دو محیط موجب کاهش خطای ناشی از چند مرحلهای بودن مدلسازی و دقیق تنظیم نشدن شرایط در مرز بینابینی (خصوصا در مورد هندسههای پیچیده) میشود. در این تحقیق مقایسهای نیز بین نتایج مدلسازی در دو حالت مختلف قرارگیری ذرات مجازی (دارای موقعیت ثابت و متحرک) انجام شدهاست. پس از مقایسه مقادیر سرعت جریان، مشاهده میشود که خطا در محاسبه مولفه عمودی سرعت در مرز بین سیال و محیط متخلخل، برای هر دو حالت تقریبا یکسان بودهاست اما با مقایسه مقادیر مولفه افقی سرعت، در حالت دوم (مجازی متحرک) مقدار انحراف معیار نسبت مقادیر محاسباتی بر مشاهداتی نسبت به حالت اول (مجازی ثابت) به میزان 2/0 به صفر نزدیکتر شدهاست که بطور کلی بیانگر ارتقای نتایج در حالت ذرات مجازی متحرک به ثابت بوده است. | ||
| کلیدواژهها | ||
| جریان سطح آزاد؛ محیط متخلخل؛ مدلسازی عددی؛ روش هیدرودینامیک ذرات هموارشده تراکم ناپذیر؛ سیال تراکم ناپذیر | ||
| مراجع | ||
|
1.Khayyer, A., Gotoh, H., Shimizu, Y., Gotoh, K., Falahaty, H., & Shao, S. (2018). Development of a projection-based SPH method for numerical wave flume with porous media of variable porosity. J. of Coastal Engineering. 140, 1-22. 2.Lin, P. (2008). Numerical Modeling of Water Waves. Taylor & Francis. New York, 504p. 3.Memarzadeh, R., & Hejazi, K. (2012). ISPH numerical modeling of nonlinear wave run-up on steep slopes. J. of the Persian Gulf. 3(10), 17-26. 4.Cimolin, F., & Discacciati, M. (2013). Navier–Stokes/Forchheimer models for filtration through porous media. J. of Applied Numerical Mathematics.72, 205-224. 5.Lucy, L. B. (1977). A numerical approach to the testing of the fission hypothesis. J. of Astronomical. 82(12), 1013-1024. 6.Monaghan, J. J. (1992). Smoothed particle hydrodynamics. Annual review of astronomy and astrophysics. 30(1), 543-574. 7.Monaghan, J. J., & Kos, A. (1999). Solitary waves on a Cretan beach. J. of waterway, port, coastal, and ocean engineering. 125(3), 145-155. 8.Shao, S., & Gotoh, H. (2004). Simulating coupled motion of progressive wave and floating curtain wall by SPH-LES model. J. of Coastal Engineering. 46(2), 171-202. 9.Ataie-Ashtiani, B., Shobeyri, G., & Farhadi, L. 2008. Modified incompressible SPH method for simulating free surface problems. J. of Fluid Dynamics Research. 40(9), 637. 10.Huang, C. J., Chen, C. H., & Chang, H. H. (2011). Propagation of water waves over permeable rippled beds. J. of Ocean engineering. 38(4), 579-591. 11.Shao, S. (2010). Incompressible SPH flow model for wave interactions with porous media. J. of Coastal Engineering. 57(3), 304-316. 12.Peng, C., Xu, G., Wu, W., Yu, H.S., & Wang, C. (2017). Multiphase SPH modeling of free surface flow in porous media with variable porosity. J. of Comput & Geotech. 81, 239-248. 13.Kazemi, E., Tait, S., & Shao, S. (2020). SPH based numerical treatment of the interfacial interaction of flow with porous media. International Journalfor Numerical Methods in Fluids, 92(4), 219-245. ISSN 0271-2091. 14.Lian, Y., Bui, H. H., Nguyen, G. D., Tran, H. T., & Haque, A. (2021). A general SPH framework for transient seepage flows through unsaturated porous media considering anisotropic diffusion. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 387, 114169. 15.Liu, J., Zhang, T., & Sun, S. (2022). Study of the imbibition phenomenon in porous media by the smoothed particle hydrodynamic (SPH) method. Entropy, 24(9), 1212. 16.Mhaski, S., & Ramana, G. V. (2024). Modelling Coupled Flow-Solute Transport in Porous Media using Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Computers and Geotechnics, 167, 106097. 17.Shao, S., & Lo, E. Y. (2003). Incompressible SPH method for simulating Newtonian and non-Newtonian flows with a free surface. J. of Advances in water resources, 26(7), 787-800. 18.Liu, G. R., & Liu, M. B. (2003). Smoothed particle hydrodynamics: a meshfree particle method. World scientific, 302p. 19.Crespo, A. J. C. (2008). Application of the smoothed particle hydrodynamics model SPHysics to free-surface hydrodynamics, PhD Thesis, Department of physics, university of Vigo, 150p. 20.Memarzadeh, R., Sheybanifard, H., & Zounemat-Kermani, M. (2020). Numerical and Experimental Study of Abrupt Wave Interaction with Vertical and Inclined Rectangular Obstacles. J. of Applied Fluid Mechanics. 14(3), 921-933. 21.Memarzadeh, R. (2017). Multi-phase numerical simulation of sediment transport on movable bed by SPH method, PhD Thesis, Department of civil Eng., Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, 148p. [In Persian] 22.Akbari, H., & Namin, M. M. (2013). Moving particle method for modeling wave interaction with porous structures. J. of Coastal Engineering. 74, 59-73. 23.Sheybanifard, H. (2015). Numerical simulation of Surge irrigation by SPH method, Master Thesis, Department of Water Eng., Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, 102p. [In Persian] | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 145 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 109 |
||