Modares Civil Engineering journal
مهندسی عمران مدرس
MCEJ
Engineering & Technology
http://mcej.modares.ac.ir
1
admin
2476-6763
10.22034
fa
jalali
1394
6
1
gregorian
2015
9
1
15
3
online
1
fulltext
fa
شبیه سازی جریان شکست سد به روش نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم ضعیف (WC-MPS)
Simulation of Dam break flows using Weakly compressible moving-particle semi-implicit method
روشهای بدون شبکه (لاگرانژی) مانند روش نیمهضمنی ذرات متحرک (MPS) و هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)، جدیدترین نسل از این روشها در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی میباشند که توجه محققین را در مسائل کاربردی که در آنها تغییرشکلهای بزرگ و ناپیوستگی جریان وجود دارد، به خود جلب کرده-است. هدف از این پژوهش، توسعه و بهبود شبیهسازی جریانهای با سطح آزاد با استفاده از مدل جدیدنیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکمپذیری ضعیف (WC-MPS) میباشد. در روشMPS ، مقدار فشار با حل معادله پواسون تعیین میشود. حل این معادله نیز به صورت ضمنی انجام میگیرد، که مستلزم صرف زمان زیاد برای رایانه است. در مطالعه حاضر، از WC-MPS برای محاسبه فشار استفاده شدهاست. در این روش، از معادله حالت، مشابه روش SPH، بهره گرفته شدهاست. این معادله به صورت صریح حل می‏شود و وقت زیادی از رایانه را اشغال نمیکند. به منظور ارزیابی روش و مدل پیشنهادی، مسئله شناخته شده و پرکاربرد جریان ناشی از شکست یک سد مورد بررسی قرار گرفتهاست. برنامهنویسی به زبان C انجام شد و آزمایشهای صحتسنجی در خصوص کد نوشته شده صورت گرفت. برای مقایسه رویکرد لاگرانژی با رویکرد اویلری، شکست سد توسط نرم افزار FLOW-3D نیز مدلسازی گردیدهاست. نتایج بررسیها و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد که هر دو رویکرد دارای دقت قابل قبولی در مدلسازی جریان با سطح آزاد میباشند. لیکن دقت رویکرد لاگرانژی، به ویژه روش WC-MPS ارائه شده، نسبت به رویکرد اویلری بیشتر است. روش پیشنهادی دارای نوسانات فشار بوده و در ادامه راهکارهای کاهش این نوسانات بررسی گردیدهاست.
Simulation of free surface flows using Weakly compressible moving-particle semi-implicit method Mesh-free particle (Lagrangian) methods, such as moving-particle semi-implicit (MPS) and smoothed particle hydrodynamics (SPH), are the newest methods in computational fluid dynamics, which have been applied in flow problems with large deformations and inconsistency. The aim of ths research was to develop and improve the simulation of free surface flows, using the new method of weakly compressible MPS (WC-MPS). In the MPS method, pressure is determined by solving Poisson equation. This equation is solved implicitly, which needs too much computer time. In the present research, the WC-MPS method is used to calculate pressure. In this method, as in SPH method, the state equation is used. This equation is solved explicitly, which does not occupy too much computer time. To evaluate the proposed method, the famous applied flow problem of dam break is analyzed. The program is written in C language and validations are performed for this code. To compare the Lagrangian approach with Eulerian approach, dam break is modeled by using FLOW-3D software too. The results of modeling approaches and physical models showed that both approaches have acceptable accuracy in modeling the free surface flow, but the accuracy of Lagrangian approach, especially the WC-MPS, is more than Eulerian approach. The proposed methos had some pressure oscillations, which were analyzed thereafter. Simulation of free surface flows using Weakly compressible moving-particle semi-implicit method Mesh-free particle (Lagrangian) methods, such as moving-particle semi-implicit (MPS) and smoothed particle hydrodynamics (SPH), are the newest methods in computational fluid dynamics, which have been applied in flow problems with large deformations and inconsistency. The aim of ths research was to develop and improve the simulation of free surface flows, using the new method of weakly compressible MPS (WC-MPS). In the MPS method, pressure is determined by solving Poisson equation. This equation is solved implicitly, which needs too much computer time. In the present research, the WC-MPS method is used to calculate pressure. In this method, as in SPH method, the state equation is used. This equation is solved explicitly, which does not occupy too much computer time. To evaluate the proposed method, the famous applied flow problem of dam break is analyzed. The program is written in C language and validations are performed for this code. To compare the Lagrangian approach with Eulerian approach, dam break is modeled by using FLOW-3D software too. The results of modeling approaches and physical models showed that both approaches have acceptable accuracy in modeling the free surface flow, but the accuracy of Lagrangian approach, especially the WC-MPS, is more than Eulerian approach. The proposed methos had some pressure oscillations, which were analyzed thereafter. Simulation of free surface flows using Weakly compressible moving-particle semi-implicit method
روش لاگرانژی",روش اویلری",روش نیمه ضمنی ذرات متحرک",جریان با سطح آزاد",شکست سد
Lagrangian Approach ",Eulerian Approach ",moving-particle semi-implicit method ",Free Surface Flow ",Dam Break
25
37
http://mcej.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-16-1000-2654&slc_lang=fa&sid=16
خسرو
حسینی
100319475328460058275
100319475328460058275
Yes
مدیر گروه سازه های هیدرولیکی - دانشکده عمران- دانشگاه سمنان
احسان
جعفری ندوشن
100319475328460058273
100319475328460058273
No
دانشجوی دکتری- دانشکده عمران دانشگاه سمنان
سید فرهاد
موسوی
100319475328460058272
100319475328460058272
No
استاد دانشکده عمران دانشگاه سمنان
احمد
شکیبائی نیا
100319475328460058271
100319475328460058271
No
محقق، مرکز تحقیقات آب و هوا، دانشگاه ویکتوریا، کانادا
سعید
فرزین
100319475328460058270
100319475328460058270
No
استادیار دانشکده مهندس عمران- دانشگاه سمنان