شبيه سازي عددي سقوط آزاد اجسام استوانه‌اي به كمك روش برهم نهادن شبكه

Numerical Simulation of free falling Cylinders using Overset Grid Method

جريان تراكم ناپذير و غيردائم درحركت سقوط آزاد اجسام استوانه اي بامقاطع دايروي، مربعي و مستطيلي به صورت عددي شبيه سازي شده است. رژيم جريان دراين شبيه‌سازي آرام درنظرگرفته شده وازروش برهم نهادن شبكه‌ها ‌ استفاده گرديده است‌. معادلات حاكم برمسئله به دودسته معادلات اندازه حركت مربوط به سيال ومعادلات ديناميك جسم صلب تقسيم شده اند. نيروهاي اعمالي به جسم شامل نيروهاي هيدروديناميكي، نيروي گرانشي وشناوري در نظر گرفته شده اند. معادلات جريان به صورت دوبعدي به روش حجم محدود حل گرديده و شبيه‌سازي حركت سقوط آزاد يك جسم استوانه اي با مقاطع مختلف دايره اي، دردوحالت مكان اوليه مركز كانال وخارج مركزكانال و نيز مقاطع مربعي و مستطيلي درآرايشهاي گوناگون به ارائه نتايج صحت سنجي شده منجرگرديده است. نتايج بدست آمده شامل ضريب درگ براي اعداد مختلف رينولدز در بازه 5/0 تا50، تغييرات سرعت سقوط مركز استوانه، تغييرات سرعت زاويه اي و ميزان انحراف زاويه اي جسم با نتايج تجربي مقايسه شده است. همچنين سقوط آزاد دو استوانه مستطيلي و مربعي مقايسه وتطابق خوبي با مطالعات قبلي احراز شده است.

An incompressible and unsteady flow problem in free falling of cylindrical particles was investigated in the intermediate Reynolds Number. Shape of the body that is used in an initial value problem in a vertical channel for the free falling was considered circular, square and rectangular cylinders. Fluid flow was computed by the Navier-Stokes equations for moderate Reynolds numbers. The particles were moved by effect of hydrodynamic, gravity and buoyancy forces. The governing equations for particle included second Newton law and torque were exerted over the particle. The particle-fluid interaction may treat by introducing a fully two dimensional overset grid Scheme. Overset grid Scheme may allow each component of a flow to be treated accurately and efficiently. The amounts of drag coefficients, free falling velocity, angular velocity and deviation for free falling cylinders were obtained for different Reynolds numbers (0.5≤Re50) and then were compared with experimental results. Free falling of two rectangular and square cylinders in different situations were also treated and the results compared with available data in fair agreement.