توسعه یک روش عددی به منظور شبیه سازی هیدرودینامیک سازه های دریایی

رساله حاضر، به ارائه چارچوب توسعه یک روش عددی بر مبنای گسسته سازی حجم محدود معادلات حاکم، به منظور ارزیابی عملکرد هیدرودینامیکی سازه های ساحلی و فراساحلی صلب ثابت یا متحرک، در جریان آرام گذرای تک فازی یا دوفازی سیالات لزج و تراکم ناپذیر، در فضای دو بعدی پرداخته است. با انتخاب چیدمان هم مکان برای حفظ متغیرها در میدان حل، یک روش گام جزئی در حل میدان سرعت و فشار مورد استفاده قرار گرفته است. به علاوه، یک روش حجمی بر مبنای محاسبه نسبت حجمی سیال، برای شبیه سازی سطح آزاد در نظر گرفته شده است. به منظور گسسته سازی دامنه محاسباتی نیز، از رویکرد شبکه های روی هم - شامل یک شبکه زمینه ثابت غیریکنواخت کارتزین و یک یا چند شبکه روافتاده از سلول های چهار وجهی با قابلیت حرکت - استفاده شده است. لازم به ذکر است، در شرایطی که سازه دارای حرکات آزاد بوده و از جریان اطراف خود اثر بپذیرد، نیاز به محاسبه حرکات خطی و زاویه ای آن نیز مطرح شده و این کار، با حل معادلات تغییر اندازه حرکت خطی و زاویه ای جسم صلب انجام می شود. به منظور ارزیابی روش عددی پیشنهاد شده - علیرغم آنکه سعی گردیده است تا اصول روش عددی در فضای سه بعدی بیان شود - یک کُد در فضای دوبعدی توسعه یافته و مطالعات موردی انجام شده است. این مسائل شامل انتقال میدان اسکالر در جریان برشی معلوم، جریان حفره، جریان نامتقارن حول استوانه در کانال، موج آیری، موجساز گوه ای، سقوط آزاد استوانه به درون آب و در نهایت، حرکات سازه شناور در مقابل موج ساخته شده با موجساز پاروئی، می باشند. مسائل به گونه ای انتخاب شده اند که امکان ارزیابی صحت، دقت و بررسی توانایی روش عددی به طور کامل فراهم آیند. شبیه سازی جریان دوفازی در حضور شبکه های روی هم و با استفاده از حل عددی معادله انتقال نسبت حجمی و بدون استفاده از روش های بازسازی سطح، از نوآوری های رساله حاضر می باشد. همچنین، استفاده از یک میانیابی غیربقائی در انتقال تمامی متغیرهای میدان جریان دوفازی مذکور، که در عین سادگی پیاده سازی، حساسیت در تشابه کیفیت سلول های محاسباتی مجاور هم در شبکه های مختلف را کاهش داده است، از دیگر نوآوری ها می باشد. برای گسسته سازی جمله گرادیان فشار و نیز تقریب فشار در حین انتقال در میان شبکه ها در جریان دوفازی، یک میانیابی وزنی جدید پیشنهاد گردیده که با ساده سازی انجام شده در شبیه سازی سطح آزاد در تطابق است. معرفی روشی به منظور یافتن سلول میزبان یک نقطه در فضای محاسباتی - که سرعت حل را در مقایسه با روش های موجود افزایش می دهد - از دیگر نکات برجسته رساله حاضر است. همچنین، با توجه به عدم وجود ملاحظه خاص در ارائه اساس روش عددی، توسعه پایدار الگوریتم به فضای سه بعدی امکان پذیر خواهد بود. بر این اساس، فلوم موج عددی توسعه یافته است که علاوه بر امکان پیاده سازی انواع موجسازهای گوه ای، پاروئی و پیستونی، حرکات سه درجه آزادی و بزرگ یک سازه شناور را در مقابل امواج ثبت نموده و امکان بررسی حرکات نسبی چند سازه را نیز، دارد.