مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

استفاده از روش مسایل معکوس در اعمال مرزهای مستغرق جامد به فرمولاسیون تاوایی-تابع جریان سیال تراکم ناپذیر لزج

نویسندگان
1 دانشیار، گروه هوافضا، دانشکده مکانیک وهوافضا/دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات
2 دانشجوی دکترا-دانشکده مکانیک و هوافضا-دانشگاه آزاد اسلامی-واحد علوم و تحقیقات
چکیده
مقالۀ پیش‌رو روشی جدید برای اعمال شرایط عدم لغزشعدم نفوذ بر روی مرزهای نامنظم مستغرق در یک جریان سیال تراکم-ناپذیر لزج در فرمولاسیون تاوایی-تابع جریان ارایه می‌کند. در این روش، انتگرال‌گیری در زمان به‌صورت شبه ضمنی انجام می-شود، به‌نحوی که در هر گام زمانی معادلات تاوایی-تابع جریان به دو معادله هلمهولتز و پواسون تبدیل می‌شوند. به سمت راست این معادلات جمله‌های چشمه تکینه‌ای، در درون ناحیه جامد، اضافه می‌شوند به‌طوری که بتوان بر روی یک شبکه دکارتی، شرایط مرزی‌ دلخواه را به آنها اعمال کرد. جمله‌های چشمه با استفاده از روش مسایل معکوس به‌نحوی پیدا می‌شوند که شرایط مرزی مناسب به معادلات تاوایی-تابع جریان اعمال شوند. در نهایت با معلوم شدن این جملات چشمه، معادلات پواسون و هلمهولتز با استفاده از حلگرهای سریع پواسون و هلمهولتز بر روی یک شبکه دکارتی حل می‌شوند. به‌دلیل استفاده از حل‌گرهای سریع، این روش‌ در دسته روش‌های دارای راندمان زیاد، با هزینه محاسباتی از مرتبه NlogN، قرار می‌گیرد؛ و همچنین سادگی اعمال آن به مسایل با مرزهای نامنظم باعث انعطاف‌پذیری آن می‌شود. به منظور نشان دادن توانایی‌روش در استخراج جواب‌های فیزیکی، روش پیشنهاد شده برای تحلیل جریان در یک کانال دارای یک مانع جامد مربعی استفاده شده و انطباق نتایج با نتایج تایید شده قبلی نشان داده شده‌است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Using the Method of Inverse Problems in Implementing the Solid Immersed Boundaries on Vorticity-Streamfunction Formulation of the Incompressible Viscous Fluid Flow

نویسندگان English

Fereidoun Sabetghadam 1
Abdullah Shajari-Ghasemkheily 2
1 Aerospace Eng. Dept., Mech. and Aerospace Eng. Faculty, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Mech. and aerospace Eng. Faculty, Science and research Branch Islamic azad University, Tehran, Iran.
چکیده English

A new method is proposed for implementing the no-slip/no-penetration conditions on the irregular immersed boundaries in the vorticity-streamfunction formulation of the incompressible viscous fluid flow. Time integration is performed using a semi-implicit method such that in each time step the vorticity-streamfunction equations are changed to a Helmholtz and a Poisson’s equation. Some singular source terms are added to the right hand sides of these equations, in the solid region, such that the desired boundary conditions can be satisfied. The singular source terms are found, using the inverse problems method, such that the desired boundary conditions of the vorticity-streamfunction equations be satisfied. Since the fast Poisson’s solvers are used, the method is high performance, with the computational effort of O(NlogN); and it is also flexible because it can be applied easily to the complex geometries. The method is applied in simulation of the fluid flow around a square solid obstacle, placed in a channel, and the agreement of the results with the other benchmark results are shown.

کلیدواژه‌ها English

Incompressible fluid flow
Vorticity-Stream function formulation
Immersed Rigid Body
Singular Source Terms