شبیه‌سازی عددی معیارهای آستانه حرکت ذرات رسوب با رویکرد اویلری – لاگرانژی

انتقال ذرات جامد در جریان سیال، یک پدیده رایج در طبیعت بوده و نمونه معمول آن در علم هیدرولیک انتقال رسوب در رودخانه‌ها می‌باشد. در یک کانال با بستری متشکل از مواد رسوبی، در جریان‌های با دبی ناچیز ذرات بستر هیچ‌گونه حرکتی نداشته و در محل خود ثابت باقی می‌مانند. با افزایش دبی، ذرات بستر شروع به حرکت کرده که این لحظه آستانه حرکت ذرات رسوب نامیده می‌شود. در این پژوهش با استفاده از یک مدل عددی بر اساس نرم‌افزار openfoam، به شبیه‌سازی دوبعدی آستانه ‌حرکت گروهی ذرات رسوب در جریان آشفته پرداخته شده است. رویکرد اتخاذ شده در شبیه‌سازی به‌صورت اویلری لاگرانژی بوده که در آن فاز پیوسته به‌صورت اویلری و با روش حجم محدود و ذرات رسوب به‌صورت لاگرانژی و با روش ردیابی ذرات شبیه‌سازی می‌شوند. در مدل حاضر اثر سیال بر ذره، ذره بر سیال و همچنین نیروهایی که ذرات رسوب به یکدیگر وارد می‌کنند، در نظر گرفته شده است. برای لحاظ نمودن اثر برخورد ذرات رسوب به یکدیگر، از رویکرد تماس نرم و مدل برخورد فنر دمپر اصطکاک استفاده گردید. نتایج حاصل از مدل عددی در قالب روش سرعت بحرانی با محققین دیگر مورد مقایسه قرار گرفته و یک رابطه برای معیار آستانه حرکت ذرات پیشنهاد شده است. همچنین آستانه‌ی حرکت ذرات رسوب با معیارهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد مدل حاضر به خوبی توانسته پدیده‌ی مذکور را با دقت مناسبی شبیه‌سازی کند.

Numerical Simulation of Incipient Motion Parameters of the Sediment Particles with EulerianLagrangian Approach

Solid particles transport in fluid flow is a common phenomenon in nature, and its typical example in hydraulic science is sediment transport in rivers. In a channel with a bed of sedimentary materials, there are no moving particles in the streams with a low discharge and remain steady in their place. As the particle velocity increases, the bed particles begin to move, which is called the threshold of motion of the sediment particles. In this study, using a numerical model based on OpenFOAM software, a twodimensional simulation of the threshold of group motion of sediment particles in turbulent flow has been investigated. The approach used in the simulation is EulerianLagrangian, in which the continuous phase is emulated in a continuous manner in the form of an Eulerian with finite volume method and sediment particles are simulated in a Lagrangian and particle tracing method. In the current model, the effect of fluid on the particle, the particle on the fluid, and the forces that the particles of the sediment enter to each other are considered. In order to consider the effect of sediment particles inner interacting, a soft contact approach and a friction damper spring impact model were used. The results of the numerical model have been compared with other researchers in the form of critical velocity method and a relation has been proposed for the particle motion threshold criterion. Also, Incipient motion of sediment particles with different criteria has been studied. The results show that the present model can simulate the phenomenon well with proper accuracy.