توسعه روش نیمه‌ضمنی ذرات متحرک (MPS) به منظور بهبود شبیه‌سازی جریان‌های سطح آزاد با شرایط مرزی باز

روش‌های نیمه‌ضمنی ذرات متحرک (MPS) و هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) از مشهورترین روش‌های ذرات بدون شبکه (لاگرانژی) هستند که توجه محققان را در مسائل کاربردی با تغییرشکل‌های بزرگ و ناپیوستگی جریان به خود جلب کرده‌اند. هدف از این پژوهش، توسعه و بهبود شبیه‌سازی جریان با مرزهای باز با استفاده از مدل جدید ‌نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم‌پذیری ضعیف (WCMPS) است. در بیشتر مطالعات انجام گرفته در زمینه روش‌های لاگرانژی، مدل‌های مورد نظر دارای شرایط مرزی بسته می‌باشند. لذا در این پژوهش، با به‌کارگیری روش بازیافت ذرات در مرزهای ورودی و خروجی، به توسعه و بهبود این مدل در شبیه‌سازی مدل‌های کاربردی با شرایط مرزی باز پرداخته شده و الگوریتم جدیدی برای شرایط مرزی ورودی و خروجی توسعه داده شده است. این الگوریتم نه‌تنها شرایط مرزهای ورودی و خروجی را بهبود می‌دهد، بلکه نوسانات فشار در مرزها را نیز کاهش می‌دهد. همچنین در این تحقیق برای پیش‌بینی بهتر سرعت در نزدیکی مرز، قانون لگاریتمی استاندارد دیوار برای ذرات سیال در مجاورت مرزهای جامد توسعه داده شده است. در ادامه، به منظور ارزیابی روش و مدل پیشنهادی برنامه‌نویسی شده با زبان C، مسأله شناخته شده و پرکاربرد جریان روی بستر خمیده نامتقارن، و سرریز اوجی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی‌ها و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد که مدل پیشنهادی قابلیت و کارایی بالایی در مدل‌سازی جریان‌های با سطح آزاد با شرایط مرزی باز دارد.