مدل‌سازي شكست سد با بستر فرسايش‌پذير با استفاده از روش SPH

2D Numerical Modeling of Movable Bed Dam Break using SPH Method

روش هیدرودینامیك ذرات هموار، یك روش عددی لاگرانژی مبتنی بر مقیاس ذره و مناسب برای مسائل هیدرودینامیك سطح آزاد است. كد عددی SPHysics از جمله كدهایی است كه با روش SPH میدان سیال را حل می‌كند. این كد متن باز قادر به حل محیط سیال تك فاز و محدود به سیالات نیوتنی است. در این تحقیق با توسعه كد دو بعدی سریال SPHysics به یك مدل دو فازی غیرنیوتنی با مدل بینگهام، مسأله شكست سد با بستر متحرك ناشی از رسوبات به روش SPH مدل‌سازی شده است. برای توسعه مدل از تعریف یك ترم جدید برای فشار افزوده استفاده شده است. سپس مدل برای مسائل مختلف شبیه­سازی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج با مدل‌های مشابه و داده‌های آزمایشگاهی مقایسه شده است. در انتها نیز از مدل برای شبیه­سازی مسأله شكست سد در بستری از رسوبات كه به صورت سیال غیرنیوتنی بینگهام مدل شده، مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج با مدل MPS و نتایج آزمایشگاهی صحت­سنجی شده است. نتایج نشان می­دهند مدل SPH توانایی خوبی در مدل‌سازی مسأله با تلاش اجرایی معقول در مقایسه با روش MPS دارد.

Smoothed Particle Hydrodynamic method is a Lagrangian numerical particle method, best fitted for free surface hydrodynamics. SPHysics is one of the most well-known computer models based on SPH. However, this open source code is limited to one-phase Newtonian fluid problems. In this research, after developing the standard serial SPH code to a two-phase non-Newtonian model, the movable bed dam break problem has been modeled. An added pressure term is used in the pressure equation of state. Afterward, the model has been used for various problems and the validity of results was evaluated by related numerical models and experiments. Finally, the model has been challenged with modeling of dam break movable bed material by non-Newtonian Bingham model and compared with MPS method and experimental results.