شبیه‌سازی آب‌شستگی پشت دیواره‌های ساحلی به روش لاگرانژی با استفاده از مدل رئولوژی (i)𝜇

حرکت سریع و پیچیده رسوبات در محیط‌های رودخانه‌ای و ساحلی با جریان بسیار فرسایشی و گذرا مشکلات زیادی را برای مهندسان رودخانه در موضوع ژئومورفولوژی رودخانه‌های آبرفتی ایجاد می‌کند. پیش‌بینی دقیق این پیچیدگی‌ها در سیستم آب - رسوب (یک سیستم جریان دانه‌ای متراکم چند فازی) هنوز یک چالش عمده برای مدل‌های مبتنی بر شبکه است. باتوجه‌به توانایی روش‌های لاگرانژی بدون شبکه در مدل‌سازی تغییر شکل‌های بزرگ و ناپیوستگی‌ها، روش‌های لاگرانژی بدون شبکه می‌توانند یک فرصت منحصربه‌فرد برای مقابله با چنین پیچیدگی فراهم کنند. پژوهش حاضر قابلیت‌های مدل نیمه‌ضمنی ذرات متحرک با تراکم ضعیف weakly compressibility moving particle semi-implicit (wc-mps) در مدل‌سازی برهم‌کنش خاک - سیال را توسعه می‌دهد تا امکان مدل‌سازی انتقال رسوب و اثرات آب‌شستگی را در پشت دیواره‌های ساحلی فراهم کند. در این روش مواد دانه‌ای به‌صورت یک سیال غیر نیوتنی و ویسکوپلاستیک در نظر گرفته شده است. برای پیش‌بینی رفتار غیر نیوتنی فاز دانه‌ای، از مدل رئولوژیکی 𝜇(i) استفاده شده است. به‌منظور تایید کاربرد مدل حاضر در شبیه‌سازی برهم‏کنش فازهای مایع و جامد، ابتدا مسئله پرکاربرد شکست سد روی بستر فرسایش‌پذیر مدل‌سازی شد. متوسط خطای مدل مد نظر تقریباً 6 درصد محاسبه شد که نشان‌دهنده کارایی و دقت مدل مد نظر در این مسئله است. در انتها، آب‌شستگی دیواره‌های ساحلی شبیه‌سازی شد. بررسی‌ها نشان داد که فرایندهای مرتبط با فرسایش و آب‌شستگی به‌خوبی توسط روش لاگرانژی حاضر قابل مدل‌سازی بوده و نتایج عددی با اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی مطابقت بسیار خوبی (با متوسط خطای مدل برابر با 10 درصد) را نشان داد.

simulation of scouring behind coastal walls by lagrangian method using the 𝜇 (i) rheology model

the rapid and complex movement of sediments in rivers and coastal areas with highly erosive and unsteady flows presents river engineers with numerous problems in the geomorphology of alluvial rivers. accurately predicting these complex processes in the water-sediment system (a multiphase, dense, granular flow system) is still a major challenge for mesh-based models. due to the ability of meshless lagrangian methods to model large deformations and discontinuities, meshless lagrangian methods can provide a unique way to deal with this complexity. in the current research, the capabilities of the weakly compressibility moving particle semi-implicit (wc-mps) model in soil-fluid interaction modeling are developed to enable the modeling of sediment transport and erosion effects behind coastal walls. in this method, granular material is considered a non-newtonian and viscoplastic fluid. the 𝜇(i) rheological model has been used to predict the non-newtonian behavior of the granular phase. to verify the application of the present model in simulating the interaction of liquid and solid phases, first, the widely used problem of dam break on an erodible bed was modeled. the nrmse model was calculated to be approximately 6%, which indicates the efficiency and accuracy of the target model in this problem. at the end, the scouring of coastal walls was simulated by the wc-mps method using 𝜇(i) rheology model. investigations show that the processes related to erosion and scouring can be well modeled using the current lagrangian method. the numerical results show excellent agreement with the laboratory measurements. it should be noted that the mean error of the mentioned model is estimated to be 10%.