شبیهسازی عددی جریان آب عبوری از روی پله با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم‌پذیری ضعیف با به کارگیری کرنل اسپیلاین درجه سوم

Abstract

روش‌های مبتنی بر شبکه‌بندی که از گذشته ابزاری مفید برای مدل‌سازی جریان بوده‌اند، دارای محدودیت‌هایی می‌باشند. روش هیدرودینامیک ذرات هموار از جمله روش‌های رایج بدون شبکه است که مورد توجه قرار گرفته‌‌است. با توجه به کاربرد وسیع روش هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم‌پذیری ضعیف، در پژوهش حاضر انتشار جریان آب عبوری از روی پله، با استفاده از این روش، شبیه‌سازی شده‌است. بدین منظور ابتدا معادلات حاکم بر سیال گسسته‌سازی گردیده‌‌است. سپس نتایج عددی مسئله انتشار جریان شکست سد با داده‌های تجربی صحت‌سنجی شده‌است. با توجه به اهمیت فاصله ذرات و تابع کرنل در روش هیدرودینامیک ذرات هموار، تاثیر این دو پارامتر بر نتایج روش مذکور مورد بررسی قرار گرفته‌است. نتایج صحت‌سنجی نشان‌دهنده سطح بالایی از دقت و سازگاری بین نتایج شبیه‌سازی و داده‌های مرجع است. سپس، دو سناریو شبیهسازی شده‌است: (1) جریان شکست سد از دو پله به سمت پایین سقوط کرده، به بستر رسیده و در دو جهت انتشار یافته‌است. (2) دو پله به شکل مانع در جهت جریان قرار داده شده و برخورد جریان آب با این موانع بررسی شده‌است. نتایج شبیه‌سازی با نتایج حاصل از نوعی مدل عددی حجم سیال به وسیله نرمافزار استار سی‌دی مقایسه گردیده‌است و یک تجزیه و تحلیل کمی با محاسبه نرم اقلیدسی انجام شده‌است که این معیار خطا از 0.00012723 تا 0.00049367 متر متغیر است. مقایسه نتایج شبیهسازی‌های انجام شده با داده‌های عددی و آزمایشگاهی نشان می‌دهد که روش هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم‌پذیری ضعیف می‌تواند به عنوان روشی مناسب جهت شبیه‌سازی جریان آب عبوری از روی پله مورد استفاده قرار گیرد.