كنترل نوسانات فشار در روش SPH براي شبيه سازي جريان اطراف استوانه

Control of pressure fluctuations in SPH method for simulation of flow past a cylinder

روش SPH يك روش ذره اي و كاملاً لاگرانژي بوده كه بدون استفاده از شبكه به حل ميدان محاسباتي مي پردازد. از مشكلات عمده روش SPH تراكم پذير ضعيف، توليد نوسانات فشار در ميدان محاسباتي مي باشد. در اين تحقيق با اضافه كردن جمله اي تحت عنوان ديفيوژن چگالي به معادله پيوستگي، نوسان‌هاي چگالي و در نتيجه فشار تا حد زيادي كنترل مي شوند. برخلاف روش‌هاي مبتني بر شبكه، جدايي جريان از روي سطح و شرط مرزي جريان ورودي/خروجي، از موارد چالشي روش SPH مي باشند. براي غلبه بر اين مشكلات، الگوريتمي مناسب براي اعمال شرط مرزي جريان ورودي/خروجي و نيز طرح جابجايي ذرات در شبيه سازي جريان اطراف استوانه استفاده مي شود. مقايسه نتايج اين تحقيق با مراجع مختلف، عملكرد خوب روش پيشنهادي در كاهش نوسانات فشار و همچنين حل مسايل حاوي مرز باز و جدايي جريان از سطح را نشان مي‌دهد.

Smoothed particle hydrodynamics (SPH) is a fully Lagrangian particle method which solves a problem without using any mesh or grid. Pressure fluctuation is one of the main drawbacks of the weakly compressible SPH (WCSPH) method that leads to an inaccurate pressure distribution. In the present work, a diffusive term is added to the continuity equation to suppress the density and consequently pressure fluctuations. In contrast to the mesh-based methods, flow separation and inflow/outflow boundary conditions are two challenging issues in the SPH method. To overcome these problems, a new algorithm for inflow/outflow boundary condition as well as a particle shifting method is utilized for simulation of flow past a cylinder. Comparing the results with those of literature, it is shown that the method is capable to decrease the pressure fluctuations and solve problems including open boundaries as well as flow separation.