شبیه سازی حرکت یک جسم دایروی در جریان سیال درون کانال دوبعدی به کمک روش شبکه بولتزمن

روش شبکه بولتزمن روشی با مبنای ذره ای-جنبشی است که برای شبیه سازی جریان سیالات مورد استفاده قرار می گیرد. مهمترین مزیت این روش نسبت به روش های سنتی دینامیک سیالات محاسباتی، صریح بودن معادله اصلی حاکم بر آن، سادگی اعمال شرایط مرزی گوناگون و قابلیت ذاتی موازی سازی پردازش مسیله می باشد. که آن را به روشی مناسب برای شبیه سازی جریان های متنوع و پیچیده سیال تبدیل می نماید. یکی از مسایل مهمی که در دینامیک سیالات محاسباتی مورد توجه قرار می گیرد، تحلیل حرکت اجسام جامد درون میدان سیال می باشد. با توجه به خصوصیات روش شبکه بولتزمن، این روش ابزار مناسبی برای تحلیل جریان های سیال با مرز متحرک می باشد. در این پایان نامه ابتدا شرایط مرزی مختلف و چگونگی اعمال آنها مورد بررسی قرار می گیرد. برای اعمال شرط عدم لغزش روی دیواره های جامد از شرط مرزی کمانه کردن روی خطوط شبکه استفاده می شود. یکی از مسایل مهم در بررسی حرکت اجسام درون سیال، محاسبه نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر آن ها است. در این تحقیق، دو روش اصلی محاسبه نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر اجسام درون سیال یعنی روش انتگرال تنش روی سطح جسم و روش جدید تبادل ممنتوم بررسی می گردند. در تحلیل جریان های پایه مانند جریان ناشی از اختلاف فشار درون کانال و جریان عبوری از روی یک دسته استوانه، مزیت های روش تبادل ممنتوم مانند دقت بالاتر، هماهنگی با ساختار ذره ای روش شبکه بولتزمن و از همه مهمتر سرعت و سهولت استفاده از آن به بررسی می شود. در پایان با استفاده از شرط مرزی کمانه کردن بر روی خطوط شبکه برای اعمال شرط مرزی مرز متحرک روی دیواره جسم و با استفاده از روش محاسبه نیروی تبادل ممنتوم، حرکت یک استوانه متحرک درون کانال هایی با دیواره های ثابت و متحرک ( جریان کویت) و در دو چارچوب مرجع مختلف متصل به استوانه و متصل به دیواره کانال بررسی می شود و نیروهای وارد بر استوانه در هر دو حالت با هم مقایسه شده وگالیله ای نامتغیر بودن روش شبکه بولتزمن بررسی می گردد.