مدل سازی عددی حرکت اجسام در سیال با استفاده از شبکه بولتزمن و برهمکنش سیال و سازه

در این تحقیق حرکت اجسام در سیالات با استفاده روش شبکه بولتزمن و در نظر گرفتن برهمکنش سیال و سازه شبیه سازی عددی می شود. روش شبکه بولتزمن به عنوان حل گر میدان سیال بر اساس شبکه اویلری و روش المان محدود به عنوان حل گر جسم جامد بر اساس توصیف لاگرانژی در نظر گرفته می شود که برای شبیه سازی بر همکنش سیال و سازه با یکدیگر کوپله می-شوند. نیروی سیال بر روی جسم اعمال می شود و تغییر شکل جسم، ناحیه سیال را تغییر می دهد. قابل توجه است که بر همکنش در میان سطح تماس دو ناحیه روی می دهد. یک روش کوپلینگ صریح به نام پارتیشن برای شبیه سازی برهمکنش سازه و سیال با جا به جایی های سازه معرفی شده است که از دو حل گر مجزا برای سیال و جامد استفاده می کند. در حل پارتیشن، حل گرها بایستی خصوصیات فیزیکی مرزهایشان را به صورت دو طرفه منتقل کنند تا شرایط سطح تماس برآورده شود. هر ناحیه ممکن است از شبکه های مختلفی استفاده کند. تراکم پذیری کم شبکه بولتزمن اجازه برای یک الگوریتم کوپلینگ صریح را می دهد. در این بررسی برای افزایش دقت محاسبات در اعداد رینولدز بالا از مدل تخفیف زمانی چندگانه استفاده شده است. همچنین برای جلوگیری از خطاهای عددی درمناطقی که گرادیان های شدیدی وجود دارند، شبکه بهبود یافته بکار برده شده اند. این تحقیق نوسان تیغه یک سر گیر دار متصل به استوانه تحت تاثیر نیرو های خارجی و داخلی در میدان سیال با استفاده از شبکه بولتزمن بررسی می کند. تیغه مورد نظر یک تیر اویلر- برنولی می باشد که بر اساس المان های هرمیتی ایزوپارامتریک گسسته سازی شده است. جابجایی و شیب به عنوان درجه های آزادی مستقل فرض می شوند. برای انتگرال گیری زمانی از روش نیومارک استفاده می شود. مدل سیالی که برای شبکه بولتزمن در نظر گرفته می شود یک مدل دوبعدی می باشد. مهمترین هدف این پروژه بررسی بازده کوپلینگ دو روش برای شبیه سازی دو جهت برهمکنش سیال و سازه غیر دائم در مسائل با جابجایی سازه می باشد. جزئیات محاسبه نیرو، انتقال جابجایی و الگوریتم-های استفاده شده در کوپلینگ توصیف شده است. نتایج برای نیروی لیفت ودرگ روی استوانه و تیغه جامد، رفتار تیغه کشسان نوسانی بر اثر نیروی ثابت در محیط پر از سیال و تیغه کشسان نوسانی بر اثر گردابه های ایجاد شده پشت استوانه بررسی شده و با نتایج عددی مقایسه شده است که تطابق خوبی بین این نتایج وجود دارد. نمونه مورد بررسی در این پروژه را می توان به عنوان یک همزن در میکرو کانال ها در جریان های دوفازی و خنک کننده ها در قطعات کامپیوتر نام برد.