روش بهبود یافته هیدرودینامیک ذرات روان برای شبیه‌سازی جریان سرریز لبه تیز

تحقیق پیش رو به بررسی عددی جریان روگذر از یک سرریز لبه تیز بر اساس روش هیدرودینامیک ذرات روان در حالت دو بعدی می پردازد. میدان جریان حاصل شدیداً پویا بوده و سطح آزاد آن به دلیل جریان روگذر تغییر شکل و انحنای زیادی دارد. دامنه حل در امتداد افق بین مرزهای ورودی (بالادست) و خروجی جریان (پایین دست) گسترش یافته حال آن که جریان در امتداد قائم بین کف آبراهه و سطح آزاد متحرک محدود است. رویکردی متفاوت برای شروع محاسبات و اختصاص شرایط اولیه پیشنهاد شده است که همگرایی نسبتاً سریع جریان به حالت ماندگار را به دنبال دارد. همچنین جمله تصحیح هیدرواستاتیک با هدف بهبود خاصیت حفظ حجم سیال به معادله بقای جرم در شکل گسسته افزوده شده است. صحت این ادعا با شبیه سازی طولانی مدت مخزن هیدرواستاتیک در حضور و نیز عدم حضور جمله مذکور تصدیق می شود. افزون بر آن، نتایج از افزایش دقت محاسبات در پیش بینی تراز افتان آب در مخزن بالادست سرریز برای حالت بدون جریان ورودی حکایت می کند. بدین منظور یک رابطه تقریبی در قالب حل تحلیلی معادله بقای جرم ارائه شده است. ضمن مقایسه نتایج تحقیق حاضر با داده های آزمایشگاهی موجود برای نیم رخ تیغه جریان عبوری از سرریز و نیز توزیع سرعت و فشار، تطابقی رضایت بخش حاصل شده است.

Improved Smoothed Particle Hydrodynamics for Free Surface Flow over SharpCrested Weir

This work presents a numerical investigation of free surface overflow from a sharpcrested weir based on 2D weaklycompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method. The flow field behaves highly dynamic with strongly deforming free surfaces generated by overtopping jet. A different way of initializing the computation is developed with the relative merits of more rapid convergence to desired steady state. Improved preservation of bulk fluid volume is obtained by recourse to a new hydrostatic correction term, substituted into the mass conservation law. This is confirmed by analyzing the hydrostatic tank test separately in absence and in presence of the correction term. Improvement is also achieved in predicting the draining process of weirreservoir system when there is no inflow. Comparison with experimental nappe envelops as well as velocity and pressure distributions demonstrate satisfactory agreement in each case.