شبیه‌سازی دو بعدی برخورد گوه به سیال نیوتنی و سیال غیرنیوتنی از نوع هرشل‌بالکلی-دایلاتنت با استفاده از روش Wcsph

مسئله برخورد گوه به سطح آزاد سیال کاربردهای مهمی در زمینه‌های مختلف مهندسی و در صنایع دریایی دارد و محاسبه نیروی وارد به گوه به خصوص در لحظات اولیه برخورد مورد علاقه بسیاری از محققان می باشد. هدف این مقاله حل عددی برخورد گوه به سیال نیوتنی و سیال غیرنیوتنی هرشل بالکلی دایلاتنت با استفاده از روش لاگرانژی هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم پذیری ضعیف است. برخی سیالات غیرنیوتنی مانند سیال دایلاتنت یا هرشل بالکلی دایلاتنت به دلیل داشتن خاصیت غلیظ شوندگی در محل اعمال تنش، در برابر ورود گوه به سیال از خود مقاومت نشان می دهند. در این تحقیق از الگوریتم پیش بینی و تصحیح جهت حل معادلات استفاده شده است. جهت ایجاد پایداری از تصحیح چگالی(در سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی) و ویسکوزیته مصنوعی (فقط در سیال نیوتنی) استفاده شده است. جهت اعتبار سنجی سطح آزاد و بررسی صحت استفاده از سیال هرشل بالکلی دایلاتنت مسئله شکست سد با استفاده از شرط مرزی انعکاسی حل شده است. در ادامه مسئله برخورد گوه به سیال نیوتنی صحت سنجی شده و با تغییر سه پارامتر لزجت، تنش تسلیم و توان نرخ برش در سیال هرشل بالکلی و استفاده از شرط مرزی نیروی دافعه موناقان مسئله برخورد شبیه سازی شده و نتایج آن به صورت مقادیر نیرو، ضریب فشار و سرعت گوه با هم و همچنین با نتایج آزمایشگاهی سیال نیوتنی مقایسه شده است. جهت صرفه‌جویی در زمان، مقادیر اولیه فشار هیدرواستاتیکی از ابتدا به سیال اعمال می شود.

2D Simulation of a wedge impact problem into the Newtonian and Herschel Bulkley Dilatant non-Newtonian fluids, using WCSPH method

The impact problems associated with water entry have important applications in various aspects of naval architecture and ocean engineering. Also the calculation of impact force is favorable to many researchers. The purpose of this study is to simulate the impact problem of a wedge into the Newtonian and also Herschel Bulkley dilatant nonNewtonian fluids using the Weakly Compressible Smoothed Particle Hydrodynamics (WCSPH) method. Some nonNewtonian fluids, such as dilatant or Herschel Bulkley dilatant fluids can resist against the wedge entry due to their shear thickening effect. In this research a prediction and correction algorithm is used to solve the governing equations. Density correction and also artificial viscosity (which is used only in Newtonian fluids) are used to prevent the numerical instability. To show the validation, ability and robustness of the generated code to capture the free surface in Newtonian and nonNewtonian fluids, the dam break problem with the image boundary condition is simulated. After validating the code and the used method, the impact problem of a wedge with Monaghan repulsive force boundary condition in Newtonian and Herschel Bulkley Dilatant nonNewtonian fluids are investigated and the results of force, pressure coefficient and velocity of the wedge are presented and compared with experiments and also with each other. To save time, the initial values of hydrostatic pressure are imposed as an initial condition of the fluid.