مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه‌سازی تلاطم سطحی سیال در مخازن مستطیلی تحت تحریک هارمونیک به روش بدون شبکه توابع پایه نمایی تعمیم‌یافته

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
حمیدرضا رشیدی 1
سیدمهدی زندی 1
فرشید مسیبی 2
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده عمران و حمل و نقل، دانشگاه اصفهان، ایران
2 گروه مهندسی عمران، دانشکده عمران و حمل و نقل، دانشگاه اصفهان، ایران.
چکیده
پدیده‌ی تلاطم سطحی سیال از مسائل پیچیده در پدیده‌های جریان با سطح آزاد است. روش‌های عددی بدون شبکه به عنوان روشی نوین، کاربرد فراوانی در حل این مساله دارند. در این روش­ها، عدم وجود شبکه­بندی و المان­های پیچیده برای دامنه مسائل با توجه به تغییر هندسه حل در طول زمان، انعطاف­پذیری زیادی در حل مسائل عددی به وجود می­آورد. در تحقیقات صورت گرفته در گذشته مسئله‌ی تلاطم سطحی سیال در مخازن با استفاده از حل معادله‌ی لاپلاس، با توجه به پتانسیل سرعت، صورت گرفته است، اما حل این مسئله با معادلات فشار، چندان مورد توجه نبوده است؛ بنابراین با استفاده از معادلات فشار و یک الگوریتم زمانی لاگرانژی مناسب، روش توابع پایه نمایی تعمیم یافته برای مسائل مخازن تحت تحریک دینامیکی توسعه داده شده است. تقریب حل با استفاده از روش بدون شبکه‌ی توابع پایه نمایی تعمیم یافته صورت می‌گیرد و کل دامنه حل به تعدادی نقطه‌ی گرهی گسسته سازی شده و سپس با در نظر گرفتن شرایط مرزی مناسب، مجهولات مسئله تقریب زده می‌شوند. در این تحقیق، مثال‌های خطی و غیرخطی، تحت تحریک هارمونیک، به صورت دو بعدی از مخازن مکعب مستطیلی، حل شده است و نتایج حاصل از آن‌ها، با روش‌های حل تحلیلی، دیگر روش‌های حل عددی و همچنین، داده‌های آزمایشگاهی، مقایسه شده است. نتایج، نشان می‌دهند که به لحاظ صرف وقت و هزینه‌ی محاسبات، روش حاضر، در حالت دو بعدی، در مقایسه با دیگر روش‌های لاگرانژی موجود، بسیار درخور توجه است.
کلیدواژه‌ها
تلاطم سطحی سیال
روش بدون شبکه
شبیه‌سازی عددی
توابع پایه نمایی
مخزن ذخیره مستطیلی

موضوعات

عنوان مقاله English

Simulation of Sloshing in Rectangular Tanks under Harmonic Excitation by the Generalized Exponential Basis Functions Meshless Method

نویسندگان English

H.R. Rashidi 1
M. Zandi 1
F. Mossaiby 2
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Transport, University of Isfahan, Iran
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Transport, University of Isfahan, Iran
چکیده English

Sloshing phenomenon is one of the complex problems in free surface flow phenomena. Numerical methods as a new method can be used to solve this problem. In these methods, the lack of a mesh and complex elements the domain of problems due to the change in geometry of the solution over time provides a lot of flexibility in solving numerical problems. In the previous researches, the sloshing problem reservoirs , using the Laplace equation with respect to the velocity potential, but the solution to this problem with pressure equations has not much considered; therefore, using the pressure equations and a suitable time algorithm, generalized exponential basis function method has been developed for dynamic stimulation reservoirs. The approximation is solved, using a meshless method of generalized exponential basis functions and the entire domain of problem will discrete to a number of nodes and then with appropriate boundary conditions, the unknowns are approximated. In this study, linear and nonlinear examples have been solved under harmonic stimulation, in two-dimensional form of rectangular cube tanks, and the results of them have been compared with the analysis solving methods, other numerical methods, and experimental data. The results show that the present method in two-dimensional mode is very noticeable compared with other available methods because of accuracy in solving problem and spending time.

کلیدواژه‌ها English

sloshing
Meshless method
Numerical simulation
Exponential basis functions
Rectangular storage tank
Abramson HN. The dynamic behavior of liquids in moving containers, with applications to space vehicle technology [Internet]. Washington: NASA; 1966 [cited 15 Jan 2018]. Available from: https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19670006555 [Link]
Gingold RA, Monaghan JJ. Smoothed particle hydrodynamics: Theory and application to non-spherical stars. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1977;181(3):375-389. [Link] [DOI:10.1093/mnras/181.3.375]
De Chowdhury S, Sannasiraj SA. Numerical simulation of 2D sloshing waves using SPH with diffusive terms. Applied Ocean Research. 2014;47:219-240. [Link] [DOI:10.1016/j.apor.2014.06.004]
Rouzbahani F, Hejranfar K. A truly incompressible smoothed particle hydrodynamics based on artificial compressibility method. Computer Physics Communications. 2017;210:10-28. [Link] [DOI:10.1016/j.cpc.2016.09.008]
Swegle JW, Hicks DL, Attaway SW. Smoothed particle hydrodynamics stability analysis. Journal of Computational Physics. 1995;116(1):123-134. [Link] [DOI:10.1006/jcph.1995.1010]
Zandi SM, Boroomand B, Soghrati S. Exponential basis functions in solution of incompressible fluid problems with moving free surfaces. Journal of Computational Physics. 2012;231(2):505-527. [Link] [DOI:10.1016/j.jcp.2011.09.016]
Zhang T, Ren YF, Fan CM, Li PW. Simulation of two-dimensional sloshing phenomenon by generalized finite difference method. Engineering Analysis with Boundary Elements. 2016;63:82-91. [Link] [DOI:10.1016/j.enganabound.2015.11.008]
Mossaiby F, Ghaderian M, Rossi R. Implementation of a generalized exponential basis functions method for linear and non-linear problems. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2016;105(3):221-240. [Link] [DOI:10.1002/nme.4985]
Mossaiby F, Bahonar MJ, Asadi A. Solving time-dependent problems using the generalized exponential basis functions method. Modares Mechanical Engineering. 2017;17(10):271-280. [Persian] [Link]
Boroomand B, Soghrati S, Movahedian B. Exponential basis functions in solution of static and time harmonic elastic problems in a meshless style. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2010;81(8):971-1018. [Link]
Zandi SM. Fluid-structure interaction using exponential basis functions via a lagrangian meshless method [Dissertation]. Isfahan: Isfahan University of Technology; 2008. [Persian] [Link]
Zandi SM. Nonlinear free surface flow with moving boundaries via a local meshless method using exponential basis functions [Dissertation]. Isfahan: Isfahan University of Technology; 2014. [Persian] [Link]
Chen YH, Hwang WS, Ko CH. Sloshing behaviours of rectangular and cylindrical liquid tanks subjected to harmonic and seismic excitations. Earthquake Engineering and Structural Dynamics. 2007;36(12):1701-1717. [Link] [DOI:10.1002/eqe.713]
Faltinsen OM. A numerical nonlinear method of sloshing in tanks with two-dimensional flow. Journal of Ship Research. 1978;22(3):193-202. [Link]
Wu GX, Ma QW, Taylor RE. Numerical simulation of sloshing waves in a 3D tank based on a finite element method. Applied Ocean Research. 1998;20(6):337-355. [Link] [DOI:10.1016/S0141-1187(98)00030-3]
Goudarzi MA, Sabbagh-Yazdi SR. Investigation of nonlinear sloshing effects in seismically excited tanks. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2012;43:355-365. [Link] [DOI:10.1016/j.soildyn.2012.08.001]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 19، شماره 6
خرداد 1398
صفحه 1397-1408