شبيه‌سازي عددي شكست موج تنها بر روي ساحل شيب‌دار به‌ روش هيدروديناميك ذرات هموار نسبتاً تراكم‌پذير

Numerical Simulation of Breaking Solitary Wave on the Sloping Beach Using WCSPH Method

در اين مقاله از يك مدل عددي بدون شبكه بنام هيدروديناميك ذرات هموار نسبتاً تراكم‌پذير (WCSPH) براي شبيه‌سازي روند شكست موج تنها بر روي ساحل شيب‌دار استفاده شده است. اين مدل دو بعدي بوده و سيال را به‌صورت كمي تراكم‌پذير درنظر مي‌گيرد و علاوه بر حل معادلات حاكم بر سيال لزج براي به‌دست آوردن ميدان سرعت و چگالي، از حل معادله حالت براي به‌دست آوردن فشار استفاده مي‌كند. اين مسيله باعث كاهش حجم محاسبات نسبت به روش پايه مدل هيدروديناميك ذرات هموار مي‌شود. براي شبيه‌سازي آشفتگي سيال در روند شكست موج از مدل آشفتگي SPS كه به‌وسيله تيوري شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ (LES) به‌دست آمده، استفاده شده است. در تحقيق حاضر، براي بررسي دقت مدل در شبيه‌سازي سطح آزاد ابتدا مدلسازي شكست سد انجام شد و نتايج مدل با نتايج آزمايشگاهي Martin و Moyce(1952) مقايسه شد. سپس براي معتبرسازي مدل آشفتگي، نتايج پديده شكست سد توسط مدل با نتايج آزمايشگاهي Issa (2005) مورد مقايسه قرار گرفت. اين مقايسه‌ها نشان داد كه مدل تهيه شده ابزاري قوي جهت شبيه‌سازي رفتار جريان سيال آشفته است. در انتها تغييرات يك موج تنها در حال شكست بر روي ساحل شيب دار مدل‌سازي شده و نتايج مورد بحث قرار گرفت.

In this article, a numerical meshless method called Weakly Compressible Smoothed Particle Hydrodynamic (WCSPH) is used to simulate the solitary wave breaking process on the beach. The present model is a two dimensional model that considers the fluid weakly compressibility. This model solves the viscous fluid equations to obtain velocity field and density and solves the equation of state to obtain the pressure field. This leads to computational efficiency of the model in comparison with basic SPH model. To simulate the fluid turbulence in wave breaking process, the Sub Particle Scale (SPS) model that is obtained from Large Eddy Simulation (LES) theory of turbulence is used. In this research to consider the accuracy of free surface simulation, first a dam break test is performed to compare the model results with experimental data of Martin and Moyce (1952). Afterwards to verify the turbulence model, a comparison between model results of dam break phenomenon and experimental results of Issa (2005) is carried out. These comparisons showed that the developed model is a powerful tool for simulation of the turbulent flow behavior. Finally, the transform of a breaking solitary wave on the sloping beach is modeled and the results were discussed.