مدلسازی عددی جریان دو بعدی / با تقارن محوری در برخورد جسم جامد با سطح آزاد مایع با استفاده از روش حوزه حل مجازی و نسبت حجمی سیال

در تحقیق حاضر به مدلسازی عددی برهمکنش جامد و سیال در حضور سطح آزاد در حالت دوبعدی/با تقارن محوری پرداخته شده است. مدل ارائه شده از روش سریع حوزه حل مجازی برای مدلسازی حرکت جسم جامد و از روش نسبت حجمی سیال برای پیشبینی حرکت سطح آزاد استفاده می کند. در مدل ارائه شده اجسام جامد در حوزه حل به صورت سیال با ویسکوزیته بالا در نظر گرفته میشوند که باعث حرکت صلب آنها می شود. معادلات حاکم بر سیال در تمامی حوزه محاسباتی که شامل خود جسم جامد نیز میباشد حل میشوند. با استفاده از این روش، اعمال شرط مرزی عدم لغزش روی سطح جسم جامد و برابر بودن نیروهای هیدرودینامیکی وارده به جسم جامد و عکس العمل این نیروها به صورت غیرمستقیم صورت می پذیرد. با توجه به این که برقراری شرط عدم لغزش بر روی سطح جسم جامد با استفاده از افزایش مقدار ویسکوزیته در داخل جسم جامد صورت پذیرفته است، در گامِ اولِ این پژوهش گسست هسازی عبارت ویسکوزیته در معادلات ناویر استوکس با استفاده از روش ضمنی انجام شده است. سپس محاسبات مربوط به حضور جسم جامد در محیط سیال به برنامه عددی افزوده شده است. به منظور اعتبارسنجی نتایج حاصل برای مدلسازی حرکت جسم جامد در محیط سیال، نتایج شبیه سازی برای سقوط آزاد یک و دو جسم جامد دایروی و همچنین ورود اجسام جامد کروی به سطح آزاد مایع با نتایج ارائه شده توسط سایر محققین مقایسه شده است. در تمامی مدلسازی های انجام شده نتایج به دست آمده تطابق خوبی را نشان می دهند.