شبیه‏سازی ردیابی جسم غوطه‏ور تحت اثر انتقال حرارت جابجایی آزاد

مسئله‏‏ی تعیین نیروهای هیدرودینامیکی روی جسم صلب در یک سیال متحرک، موضوعی با سابقه‏‏ی طولانی است. این موضوع در بسیاری از زمینه‏‏های مهندسی که شامل جریان‏‏های چند فازی می‏‏شوند، از جمله ته‏‏نشینی، بهبود احتراق یا کاهش ساییدگی توسط قطرات کوچک در توربین‏‏های بزرگ ظاهر می‏‏شود. تمامی این مسائل به پراکندگی ذرات مربوط بوده، که مدل‏‏سازی آن‏‏ها نیازمند فهم دینامیک این ذرات است. به‏عنوان یک گام ابتدایی رایج به منظور دست‏یابی به این هدف، عموماً تحلیل حرکت اجسام منفرد انجام می‏پذیرد. در این پژوهش، حل عددی جسم صلب مغروق در سیال ارائه شده است. جریان سیال تحت اثر انتقال حرارت جابجایی آزاد بوده و سبب حرکت جسم می‏شود. فرض شده که جسم به شکل مستطیلی است. شبیه‏سازی جریان گذرای دو بعدی سیال با استفاده از قوانین ناویر-استوکس برای سیال و قوانین حرکت نیوتن برای جسم جامد انجام شده است. معادلات ناویر-استوکس با استفاده از روش المان محدود و معادلات حرکت نیوتن با استفاده از یک طرح صریح حل می‏شوند. در هر گام زمانی، موقعیت جسم به صورت صریح تصحیح شده، و در میدان محاسباتی مجدداً تولید شبکه صورت می‏گیرد. حل زمان قبل بر روی شبکه‏ی جدید نگاشته می‏شود. در نهایت معادله‏ی غیر خطی ناویر-استوکس و معادلات گسسته شده‏ی نیوتن برای سرعت جسم روی شبکه‏ی جدید حل می‏شوند. نتایج شبیه‏سازی عددی نشان می‏دهد که انتخاب روش مناسبی جهت درون‏یابی اطلاعات جریان، می‏تواند رفتار گذرای جسم را در حین حرکت نشان دهد.