انتقال بار بستر تحت رژیم پرش رسوبات در جریان آشفته بخش اول: توسعه مدل

در پژوهش حاضر یک مدل عددی سه ­بعدی برای شبیه سازی حرکت دانه­های رسوب بر مبنای رویکرد اویلری-لاگرانژی توسعه داده شده است. نیروهایی که بر دانه ­های رسوب وارد می­گردند شامل درگ، لیفت برشی، لیفت چرخشی (مگنوس)، شناوری، جرم اضافه شده، تاریخی بست و همچنین گشتاور چرخشی هستند. معادلات دیفرانسیل مومنتم غیرخطی مرتبه دوم برای محاسبه سرعت­های خطی و زاویه­ای و همچنین موقعیت دانه ­های رسوب استفاده شده اند. علاوه بر اینکه نوسانات جریان آشفته در سه جهت در مدل گنجانده شده است، قابلیت شبیه سازی حرکت دانه­ های رسوب به صورت پرش های متوالی از طریق یک مدل برخورد رسوبات در نظر گرفته شده است. این دو عامل منجر به ماهیت کاملاً تصادفی مدل می شوند. صحت­ سنجی مدل توسعه داده از طریق بررسی اثر حداقل تعداد پرش لازم برای استقلال آماری نتایج و همچنین مقدار گام زمانی انجام شده است. اعتبار سنجی مدل با مقایسه داده­های معتبر آزمایشگاهی با نتایج مدل برای محدوده­ی ماسه ریز تا شن درشت در ارتباط با پارامترهای مختلف انتقال رسوب شامل طول پرش، ارتفاع پرش و سرعت متوسط پرش انجام شده است. به منظور بررسی صلاحیت مدل مفهومی اثر حذف برخی از نیروها و نوسانات جریان آشفته که در مطالعات پیشین بر روی استفاده از آن ها اتفاق نظری نبوده، مطالعه شده است. نتایج حاکی از آن است که مدل توسعه داده شده قابلیت آن را دارد که به عنوان یک آزمایشگاه عددی برای بررسی عوامل مختلف مؤثر بر انتقال رسوب در مرحله پیش­بینی مورد استفاده قرار گیرد. این موضوع در بخش دوم این سری مقالات مد نظر قرار گرفته است.