مدل‌سازي دوفازي جريان چگال حاوي رسوبات چسبنده در محيط آبي به روش هيدروديناميك ذرات هموار

Modeling Two Phase Dense Flow Containing Cohesive Sediments in Water Environment Using SPH Method

يكي از مطالعات مورد علاقه محققين در علم هيدروليك و مكانيك سيالات بررسي جريان‌هاي چگال حاوي رسوبات چسبنده (جريان‌هاي گل آلود) در محيط آبي است. اين نوع از جريان‌ها به علت داشتن چگالي بيشتر نسبت به آب در بستر جريان مي‌يابند و در آب بالاي خود نفوذ كرده و منجر به كدرشدن (گل‌آلود شدن) آن مي‌شوند. در مقاله حاضر اين نوع جريان‌ها به كمك شبيه‌سازي دوفازي در روش لاگرانژي هيدروديناميك ذرات هموار مدل‌سازي گشته است. براي مدل‌سازي از توسعه كد دوبعدي اسفيزيكس بهره گرفته شده است كه در آن مقادير فشار به صورت صريح و به كمك معادله حالت محاسبه مي‌شوند. همچنين براي مدل‌سازي فاز رسوبات چسبنده از مدل غيرنيوتني ويسكوپلاستيك تك رابطه‌اي هرشل بالكي پاپاناستاسيو استفاده شده است. در ادامه براي بررسي ميزان نفوذ مخلوط رسوبات چسبنده در آب زلال، از معادله نفوذ و جابجايي در توسعه كد استفاده شد. در نهايت نتايج حاصل از مدل حاضر به صورت تك‌فازي و دوفازي با مدل‌هاي آزمايشگاهي مورد مقايسه قرار گرفت. بررسي‌ها حاكي از آن است كه مدل توسعه داده شده در تحقيق حاضر به طور مطلوبي قادر به مدل‌سازي اين نوع از جريان‌ها است و مي‌تواند براي بررسي ميزان غلظت، نفوذ جريان‌هاي چگال و همچنين ميزان پيشروي آنها در محيط‌هاي آبي به كار گرفته شود.

Investigating dense flows containing cohesive sediments (turbidity currents) in the water environment has been the main interest for researchers in hydraulic and fluid mechanic science. This kind of flow streams at the bed surface because of higher density than water and penetrate to overhead water, which causes turbidness. In the present research, this kind of flow has been modeled using two-phase simulation with smoothed particle hydrodynamics Lagrangian method. A SPHysics2D code has been developed for modeling, in which pressure value is calculated using the equation of state. Also, Herschel-Bulkley-Papanastasiou single relation non-Newtonian viscoplastic model has been used for modeling the cohesive sediment phase. After that for investigating the amount of penetration of cohesive sediment mixture in limpid water, the advection-diffusion equation was used for developing code. Finally, one and two-phase results obtained from the present model were compared to experimental models. The study shows that the present developed model is able to model these flows desirably and could be utilized for studying concentration amount, dense flow penetration and their propagation in the water environment.