مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه‌سازی دینامیک یک غشاء الاستیک در یک کانال دارای گودال با استفاده از ترکیب روش شبکه بولتزمن- مرز غوطه‌ور

نویسندگان
1 هیأت علمی
2 دانشجوی کارشناسی ارشد/دانشگاه صنعتی ارومیه
چکیده
در مطالعه حاضر، حرکت و تغییر شکل یک غشاء الاستیک در یک کانال دوبعدی با گودال و بدون گودال با استفاده از ترکیب روش شبکه بولتزمن و روش مرز غوطه‌ور شبیه-سازی می‌گردد. برای حل میدان جریان سیال از روش شبکه بولتزمن و برای شبیه‌سازی اندرکنش سیال و غشاء از روش مرز غوطه‌ور استفاده می‌شود. غشاء الاستیک به صورت یک مرز انعطاف‌پذیر غوطه‌ور در جریان سیال در نظر گرفته می‌شود. در روش مرز غوطه‌ور، غشاء الاستیک در مختصات لاگرانژی نشان داده می‌شود، در صورتی که میدان جریان سیال با یک شبکه‌بندی اویلری یکنواخت و ثابت گسسته می‌شود. اندرکنش بین سیال و مرز غوطه‌ور با استفاده از تابع دلتای دیراک مدل می‌شود. اثرات شرط مرزی عدم لغزش با افزودن یک جمله نیرو به معادله شبکه بولتزمن در نظر گرفته می‌شود. بسته به شدت جریان (یا عدد رینولدز)، موقعیت اولیه غشاء و سفتی آن و اندازه گودال، غشاء الاستیک در داخل گودال فقط حرکت چرخشی داشته و یا توسط جریان به بیرون از آن هدایت می‌شود. نتایج برحسب میدان سرعت و فشار جریان سیال و نیز شکل غشاء در زمان های مختلف نشان داده شده است. نتایج حاصل با نتایج تجربی و عددی موجود مقایسه گردید که تطابق خوبی را نشان داد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Simulation of the dynamics of an elastic membrane in a grooved channel using a combined lattice Boltzmann-immersed boundary method

نویسندگان English

Abdolrahman Dadvand 1
Asad Alizadeh 2
1 Academic Staff
چکیده English

In the current study, the motion and deformation of an elastic membrane in a two-dimensional channel with and without a groove is simulated using a combined lattice Boltzmann-immersed boundary method. The lattice Boltzmann method is used to solve the fluid flow equations and the immersed boundary method is used to incorporate the fluid-membrane interaction. The elastic membrane is considered as a flexible boundary immersed in the flow domain. In the immersed boundary method, the membrane is represented in the Lagrangian coordinates while the fluid domain is discretized on a uniform fixed Eulerian grid. The interaction between the fluid and the membrane is modeled using Dirac delta function. The effects of no-slip boundary condition are enforced by addition of a forcing term to the lattice Boltzmann equation. Depending on the flow rate, the initial location and stiffness of the elastic membrane, the size of the groove, the membrane only rotates inside the groove or the flow moves it out of the groove. The results are presented in terms of flow velocity and pressure fields and membrane configuration at different times. Comparison between the present results and the available numerical and experimental ones shows good agreement between them.

کلیدواژه‌ها English

Lattice Boltzmann Method
Immersed Boundary Method
Elastic membrane
Interaction
Grooved channel