مدل‌سازی دوفازی جریان چگال حاوی رسوبات چسبنده در محیط آبی به روش هیدرودینامیک ذرات هموار

یکی از مطالعات مورد علاقه محققین در علم هیدرولیک و مکانیک سیالات بررسی جریان‌های چگال حاوی رسوبات چسبنده (جریان‌های گل آلود) در محیط آبی است. این نوع از جریان‌ها به علت داشتن چگالی بیشتر نسبت به آب در بستر جریان می‌یابند و در آب بالای خود نفوذ کرده و منجر به کدرشدن (گل‌آلود شدن) آن می‌شوند. در مقاله حاضر این نوع جریان‌ها به کمک شبیه‌سازی دوفازی در روش لاگرانژی هیدرودینامیک ذرات هموار مدل‌سازی گشته است. برای مدل‌سازی از توسعه کد دوبعدی اسفیزیکس بهره گرفته شده است که در آن مقادیر فشار به صورت صریح و به کمک معادله حالت محاسبه می‌شوند. همچنین برای مدل‌سازی فاز رسوبات چسبنده از مدل غیرنیوتنی ویسکوپلاستیک تک رابطه‌ای هرشل بالکی پاپاناستاسیو استفاده شده است. در ادامه برای بررسی میزان نفوذ مخلوط رسوبات چسبنده در آب زلال، از معادله نفوذ و جابجایی در توسعه کد استفاده شد. در نهایت نتایج حاصل از مدل حاضر به صورت تک‌فازی و دوفازی با مدل‌های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی‌ها حاکی از آن است که مدل توسعه داده شده در تحقیق حاضر به طور مطلوبی قادر به مدل‌سازی این نوع از جریان‌ها است و می‌تواند برای بررسی میزان غلظت، نفوذ جریان‌های چگال و همچنین میزان پیشروی آنها در محیط‌های آبی به کار گرفته شود.

Modeling two phase dense flow containing cohesive sediments in water environment using SPH method

Investigating dense flows containing cohesive sediments (turbidity currents) in water environment has been a main interest for researchers in hydraulic and fluid mechanic science. This kind of flow streams at bed surface because of higher density than water and penetrate to overhead water, which causes turbidness. In the following research, this kind of flow has been modeled using twophase simulation with smoothed particle hydrodynamics Lagrangian method. A SPHysics2D code has been developed for modeling, in which pressure value is explicitly calculated using equation of state. Also, HerschelBulkleyPapanastasiou single relation nonNewtonian viscoplastic model has been used for modeling cohesive sediment phase. After that for investigating the amount of penetration of cohesive sediment mixture in limpid water, advectiondiffusion equation was used for developing code. Finally, one and two phase results obtained from the present model were compared to experimental models. The study shows that the present developed model is able to model these flows desirably and could be utilized for studying concentration amount, dense flow penetration and their propagation in water environment.