ارائه الگوريتم مرز غوطه ور شبكه بولتزمن- شبكه فنر جهت بررسي رفتار صفحه تغيير شكل پذير دوبعدي تحت اثر جريان سيال

Proposing Immersed Boundary-Lattice Boltzmann-Lattice Spring Algorithm for Simulation of 2-D Deformable Plate in Steady Flow

در اين مطالعه يك روش تركيبي و دوبعدي مرز غوطه ور- شبكه بولتزمن- شبكه فنر پيشنهاد شده است. در اين روش تركيبي از معادلات شبكه بولتزمن به علاوه الگوريتم اعمال نيروي چندمرحله‌اي به عنوان حل‌گر دامنه سيال و از روش مرز غوطه ور براي محاسبه نيروي اندركنشي سيال و جامد استفاده شده است. براي تحليل تغيير شكل جسم نيز روش شبكه فنر به كار گرفته شده است. در اين مدل، جسم جامد به صورت مجموعه اي از فنرهاي خطي فرض مي‌شود كه به صورت منظم در كنار هم قرار مي‌گيرند. جهت كاهش ناپايداري‌ها و محدوديت‌هاي موجود در انتخاب سايز شبكه و گام زماني رو ش‌هاي تركيبي قبلي شبكه بولتزمن- شبكه فنر، در اين مطالعه براي اولين بار يك الگوريتم ضمني شبكه فنر منطبق بر روش مرز غوطه ور- شبكه بولتزمن ارائه شده است. درنهايت، حل‌گرهاي سيال و جامد به ترتيب با شبيه‌سازي جريان عبوري از روي جسم صلب و همچنين تغيير شكل تير يك سرگيردار تحت بارگذاري محوري و خمشي صحت سنجي مي‌شوند. سپس يك صفحه دوبعدي الاستيك كه در قسمت مياني خود ثاب تشده در حضور جريان سيال شبيه‌سازي مي‌شود. نتايج عددي در كد توسعه داده شده با استفاده از نرم افزار كامسول نيز جهت اطمينان بيشتر مقايسه مي‌شود كه دقت اين روش تركيبي را نشان مي‌دهد. همين طور نشان داده مي‌شود كه كاهش صلبيت صفحه باعث كاهش ضريب درگ و همين طور به تعويق افتادن شروع شرايط ناپايا در جريان حول صفحه مي‌شود

An immersed boundary-lattice Boltzmann method along with a lattice spring configuration is proposed. Fluid-solid interaction was accounted for by an additional force density in the lattice Boltzmann equation enhanced with the split-forcing approach. To analyze deformation of a flexible body, a robust lattice spring model is implemented. In this way, solid body is considered by collection of linear springs which are connected regularly inside the body. To reduce instabilities and limitation in selection of lattice spring length and time step, for the first time, we extended an implicit approach based on lattice Boltzmann-lattice spring method. Finally, flow and solid solvers are respectively validated by simulation of flow over a rigid plate and deformation of cantilever beam under axial and bending forces. Then, a deformable plate which is fixed in the middle is simulated. Results are also compared with the results of COMSOL’s software which show accuracy of the presented hybrid method. It is also shown that decreasing of the rigidity of the plate causes reduction of drag coefficient and retardation in initiation of the unsteady conditions.