معرفی روش مرز مغروق برای تحلیل مسائل برهم‌کنش سازه با سیال از نوع ارتعاش ناشی از گردابه

روش مرز مغروق یک روش نوین و کارآمد برای حل مسائل برهم‌کنش سازه سیال است. یکی از انواع مهم مسائل برهم‌کنش سازه سیال مسئله ارتعاش ناشی از گردابه استوانه‌ها است. در این مطالعه می‌خواهیم روش مرز مغروق را معرفی کنیم. به این ترتیب که فلسفه، مزایا، محدودیت‌ها و کاربردهای آن ارائه می‌گردد. با توجه به کاربردهای فراوان این روش و برای جلوگیری از عدم تمرکز، کاربرد مسئله ارتعاش ناشی از گردابه به‌عنوان مرکز توجه و نمونه مطالعاتی استفاده شده است. سپس جزئیات روابط حاکم مرز مغروق و گسسته‌سازی‌های آنها تشریح می‌شود. الگوریتم مرز مغروق تکراری که برای مسئله ارتعاش ناشی از گردابه نیز استفاده شده به‌عنوان روش حل معادلات حاکم مطرح می‌شود. پیاده‌سازی و موارد مرتبط با الزامات کدنویسی توضیح داده می‌شوند. در نهایت مسئله ارتعاش ناشی از گردابه در استوانه با این روش حل می‌شود تا توانایی آن نشان داده شود. این پژوهش به‌گونه‎ای طراحی شده که مخاطب به یک جمع‎بندی از عملکرد این روش در مسائل برهم‌کنش سازه سیال و به‌ویژه مسئله ارتعاش ناشی از گردابه می‌رسد. دیده می‌شود که زمان حل و متعاقبا قدرت محاسباتی مورد نیاز در حل مسئله به این روش بسیار کمتر از روش عادی است. روش مرز مغروق با توجه به مزایایی که دارد می‌تواند در آینده تبدیل به روش اصلی حل مسائل برهم‌کنش سازه سیال شود. این مزایا به قدری هستند که پیاده‌سازی روش مرز مغروق را کاملا توجیه‌پذیر می‌کنند.

Introduction of Immersed Boundary Method for Analyzing Fluid-Structure Interaction Problems of Vortex-Induced Vibration Type

Immersed boundary method is a novel and efficient tool for solving fluidstructure interaction problems. One of important fluidstructure interaction problems is vortexinduced vibrations of cylinders. In this study, we want to introduce immersed boundary method. Philosophy, advantages, disadvantages and applications of the method will be presented. Because of wide range of applications of this method and for not losing focus, we shall limit our study only to vortexinduced vibrations. Next, details of governing equations of immersed boundary method and their discretization will be introduced. Iterative immersed boundary algorithm which has been used for vortexinduced vibrations before, will be used to solve governing equations. Finally, implementation and coding requirements will be discussed. This paper is organized in a way so readers can obtain a comprehensive understanding of the method behavior in fluidstructure interaction problems, especially vortexinduced vibrations. Considering the benefits of immersed boundary method, it has the potential to become the main method for analyzing fluidstructure interaction problems. These benefits are considerable enough that makes the implementation of the method justifiable.