محاسبه عددی نیروی موج بر ستونهای استوانه ای درجریان آشفته با اصلاح روش هیدرودینامیک ذرات هموار با استفاده از اصلاح مشتقات کرنل و حلگر ریمن

در این مقاله مدلسازی برخورد موج سه بعدی با تعدادی استوانه‌ پشت سر هم با روش هیدرودینامک ذرات هموار((wcsph صورت گرفته است. شبیه سازی در حالت غیردایم و با استفاده از معادلات ناویراستوکس در حالت لاگرانژی انجام شده است. شبیهسازی جریان آشفته با مدل آشفتگی sps در معادلات مومنتوم انجام شده است. علیرغم مزیت تولید سطح آزاد دقیق توسط روش هیدرودینامیک ذرات هموار اما استفاده از این روش و بخصوص بکارگیری مدل آشفتگی منجر به خطاهای زیادی در میدان فشار و در نتیجه نیرو می شود. بنابراین به علت نوسانات زیاد و غیرفیزیکی میدان فشار در این روش از حلگر ریمن استفاده شده است. بعلاوه اصلاح مشتقات کرنل در کنار عملگر ریمن ناپایستار، بدلیل استفاده از ترمهای دیفیوژن در معادلات مومنتم، انجام شده است. مدل عددی بدون اصلاح کرنل و بدون ریمن spht ، مدل sphtr که در آن فقط ریمن استفاده شده و مدل عددی توسعه یافته sphtncr که علاوه بر ریمن ، اصلاح گرادیان کرنل نیز صورت گرفته است، معرفی شدند. محاسبات نشان دادند که مدل spht دارای نوسانات فشار بسیار زیاد است که با اضافه کردن ریمن ( مدل sphtr) این نوسانات شدید مستهلک شدند، اما همچنان جوابها از نتایج آزمایشگاهی دور است. اما مدل توسعه یافته sphtncr بدلیل استفاده همزمان از ریمان و اصلاح گرادیان کرنل ، نتایج قابل قبولی در شکست سد دو بعدی و سه بعدی ارایه داده است. برای اعتبارسنجی این مدل عددی اصلاح شده، نیروی افقی موج حاصل از شکست سد بر روی مانع با نتایج آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته است. تطابق خوبی بین نتایج این روش با نتایج آزمایشگاهی در پیش‌بینی نیروی کل و نیروی برخورد اولیه وجود داشت. سپس نیروی ناشی از برخورد موج منظم با استفاده از موجساز به یک استوانه و سه استوانه پشت سر هم محاسبه و الگوی جریان آب اطراف آن‌ها مدلسازی شدند.

Numerical Computation of Wave Forces to Cylindrical Piles in Turbulent Flow by WCSPH Method using Combination of Kernel Gradients Correction and Riemann Solvers

Cylindrical piles are commonly used in coastal and offshore engineering as support structures for piers, offshore platforms and wind turbines. In this research wave impact to consecutive cylindrical piles was numerically simulated by Smoothed Particle Hydrodynamics (WCSPH).The Simulation was performed by unsteady state NavierStokes Equations in Lagrangian form. Modelling the real fluid in simulation, the SPS Turbulent method with laminar viscosity was applied in momentum equations. WCSPH has the advantage of exact free surface simulation. But applying this method and especially with turbulent methods causes large errors in pressure field and wave forces. Therefore due to large and unphysical oscillations in pressure field, Riemann Solvers was used to modify the WCSPH. Furthermore due to using diffusion terms in momentum equations, the corrected gradient of kernel was applied. The developed method with nonconservative Riemann solvers with corrected gradient of kernel was called SPHTNCR against the nonmodified method called SPHT. Validating the numerical model, the horizontal wave force was compared to three dimensional dam break experimental data. Good agreement was seen between SPHTNCR results and those of experimental. Then the resulting force of a regular wave to one and three cylindrical piles was computed. Furthermore the flow pattern around the piles was simulated.