توسعه یک حلگر هم‌ گیر جریان جهت حل جریان سطح آزاد با الگوریتم تعقیب سطح فاصل در بستر فوم ‌اکستند

در مقاله حاضر، پیاده ‌سازی یک حلگر هم‌گیر همزمان و ضمنی فشار و سرعت جهت حل جریان‌های سطحِ آزاد در بستر فوم‌اکستند ارائه شده است. پیاده‌سازی حلگر هم‌گیر فشار و سرعت درکنار الگوریتم تعقیب سطحِ پیش‌فرض موجود در فوم‌اکستند، منجر به ایجاد حلگری معادل با حلگر پیش‌فرض در فوم‌اکستند با نام  اینترترک فوم، شده است. الگوریتم حاضر تماماً به کمک ساختارها، کلاس‌ها و توابع موجود در بستر فوم‌اکستند اعمال شده و تمامی قابلیت‌های این بستر کماکان قابل استفاده می‌باشد. همچنین در این حلگر از کتابخانه‌های مربوط به ماتریس‌های بلوکی موجود به همراه قابلیت حل موازی استفاده شده است. سیستم دستگاه ماتریسی بلوکی، به عنوان پایه‌ی حلگر هم‌گیر مورد استفاده قرار گرفته است. کاهش تعداد حلقه‌های داخلی و همینطور حل یک مرحله‌ای فشار و سرعت به عنوان یکی از اصلی‌ترین تفاوت‌های ذاتی با حلگر پیش‌فرض است. با ساختار استفاده‌شده برای حلگر هم‌گیر ، امکان هم‌گیر کردن دیگر متغیرها درکنار سرعت و فشار نیز ایجاد شده است. در واقع، این حلگر اولین گام به سوی حلگر هم‌گیر سرعت، فشار، دما و اجزا با قابلیت انتقال حرارت و جرم است. توانایی حلگر توسعه داده‌شده در حل نمونه‌های آزمایش مختلفی شامل مخزن سه‌بعدی، حل جریان سطحِ آزاد حولِ ایرفویل، جریان در عبور از سطح شیب‌دار، نشان داده شده است. با توجه به قابلیت حل همزمان فشار و سرعت در حلگر حاضر، انتظار است که کاربرد این حلگر در فیزیک و هندسه‌های پیچیده با درجه هم‌گیری بالا، چشمگیر باشد. قابلیت حل همزمان، امکان کاهش تعداد تکرار یا در نظر گرفتن گام زمانی نسبتاً بالاتر مربوط به حل جریان را فراهم آورده‌است. نتایج نشان می‌دهد که برای حل جریان بدون انتقال حرارت و جرم، حلگر پیش‌فرض علارغم تعداد تکرار بیشتر برای حل معادله فشار، حداقل به مقدار چهار برابر، سرعت حل بالاتری ازخود نشان داده‌است.

developing a coupled free-surface flow solver using interface tracking algorithm in foam-extend

in the present study, the implementation of a coupled implicit solver is presented for solving the free-surface flows. the implementation of the coupled pressure and velocity along with the default interface tracking algorithm has led to the creation of a solver equivalent to the basic foam-extend solver, which is called intertrackfoam. all of the features of the foam-extend platform can still be used i.e. mesh motion and parallel processing. also, the libraries related to the block matrices available in foam-extend are used in the developed solver. the block matrix system is utilized as the basis of the coupled solver. the single-step solution of pressure and velocity is known as one of the main differences with the default solver. the ability of the developed solver to solve various test cases including a three-dimensional tank, solving the free-surface flow around an airfoil, and the flow passing over the ramp is demonstrated. the simultaneous solution capability has provided the possibility of reducing the number of iterations or considering a relatively higher time step related to solving the flow field. this aforementioned solver is the first step towards the velocity, pressure, temperature, and species-coupled solver with heat and mass transfer capability.