بررسی اثرات هیدرودینامیکی سطح آزاد و بستر آب بر جریان حول یک هندسه مستطیلی غوطه ور به روش حجم سیال

در این پژوهش، رفتار هیدرودینامیکی جریان حول یک هندسه مستطیلی غوطه ور در نزدیکی بستر و سطح آزاد آب مورد بررسی قرار گرفته است. این تحلیل، به کمک نرم افزار فلوئنت و با استفاده از روش چند فازی حجم سیال ( vof) انجام گرفته و برای شبیه سازی آشفتگی از مدل استاندارد  κ-ε استفاده شده است. پس از بررسی استقلال حل از فضای محاسباتی و نیز تعداد شبکه، در ابتدا اثرات تغییر عمق هندسه ی غوطه ور در آب از سطح آزاد و نیز تغییر سرعت جریان سیال بر شکل موج سطح آزاد و ضرایب هیدرودینامیکی بررسی شده و ادامه، اثرات نزدیک کردن این هندسه به کف مورد ارزیابی قرار گرفته است. این شبیه سازی، در محدوده سرعت بین20 تا 80 متر بر ثانیه و در عمق غوطه وری (فاصله از سطح آزاد) بین 1 تا 28 برابر ضخامت پرتابه مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج پژوهش حاضر نشان می دهد با دور شدن صفحه مستطیلی غوطه ور از سطح آزاد (افزایش عمق) در یک سرعت مشخص سیال، ضریب پسا و برآی منفی افزایش و در مقابل، با افزایش سرعت سیال در یک عمق مشخص از سطح، عملکرد هیدرودینامیکی سیستم افزایش می یابد. همچنین با نزدیک شدن هندسه به بستر (کف) آب، ضریب برآ تا 60 درصد افزایش می یابد در حالی که در ضریب پسا تغییر قابل توجهی ایجاد نمی شود. به علاوه، در یک عمق مشخص از کف، با افزایش سرعت سیال، عملکرد هیدرودینامیکی به صورت قابل ملاحظه ای افزایش و ضریب پسا به دلیل توسعه منطقه ویک و ایجاد کاویتی بر روی سطح پرتابه تا حدود 15 درصد کاهش می یابد.

investigating the hydrodynamic effects of the free surface and water bed on the flow around a submerged rectangular geometry using vof

in this research, the hydrodynamic effects of the flow around a submerged rectangular surface near the bed and the free surface of water has been investigated. this analysis was done using fluent and the multiphase method of volume of fluid (vof) and the standard k-ɛ model was used to simulate turbulence. after checking the mesh and computational space independency, first the effects of changing the depth of the geometry immersed in water from the free surface and also changing the velocity of the fluid flow on the waveform of the free surface and hydrodynamic coefficients were investigated and then the effects of close this geometry has been evaluated on the floor. the results of the present research show that as the submerged rectangular plate moves away from the free surface (increasing the depth) at a specific water velocity, the drag coefficient and negative effect increase, and on the contrary, with the increase of the fluid velocity at a specific depth from the surface, the performance the hydrodynamics of the system increases. also, as the geometry approaches the water bed (floor), the hydrodynamic performance is improved, while there is no significant change in the drag coefficient. in addition, at a certain depth from the floor, the hydrodynamic performance increases significantly with the increase in fluid velocity.