---

در این پژوهش، جریان اختلاطی در مخلوط کننده‌های دایروی و دوقلو با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم پذیر ضعیف بررسی می‌شود. در جهت رفع عیوب روش هیدرودینامیک ذرات هموار، بر اساس طرح پیشبین مصحح و با بکارگیری مصحح‌های پیشرفته تابع کرنل و همچنین استفاده از الگوریتم جابجایی ذرات یک الگوریتم نسبتا دقیق و خوش‌رفتار برای تحلیل مسائل با مرز متحرک ارائه می‌شود. این الگوریتم پس از اعتبار سنجی و بررسی برتری و مزیت‌های آن نسبت به سایر روش-های ذره ای، برای جریان اختلاطی در یک مخلوط کننده دایروی دوقلو بکار گرفته می‌شود. با بررسی مسیر‌های جریان اختلاطی به صورت کیفی، هندسه مناسب در جهت اختلاط سریعتر و بهینه پیش بینی می‌شود. علاوه بر بررسی جریان اختلاطی که به دلیل لاگرانژی بودن ماهیت روش SPH آسان گردیده، اثر جهت حرکت پره‌ها، شکل هندسی و عدد رینولدز بر میزان اختلاط نیز بررسی خواهد شد. بررسی‌ها نشان می‌دهد در حالیکه ضعیفترین عملکرد مربوط است به محفظه دایروی با دوران همجهت پره ها، محفظه دوقلو در حالت دوران همجهت پره‌ها می‌تواند بیش از ۶۰% عملکرد اختلاط را نسبت به محفظه دایروی بهبود بخشد.

---

روروش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)، یک روش بدون شبکه‌بندی، لاگرانژی و ذره‌ای می‌باشد که به علت طبیعت بدون شبکه‌بندی و توانایی این روش در شبیه‌سازی پدیده‌های پیچیده، استفاده از آن در مکانیک سیالات و جامدات توسعه یافته است. این مقاله شامل شبیه‌سازی جریان دوفازی آب و رسوب در پدیده شکست سد با استفاده از روش SPH می-باشد. معادلات حاکم بر جریان شامل معادله مومنتم، پیوستگی، معادله حالت فشار و معادله XSPH (برای محاسبه موقعیت ذرات) می‌باشند. رسوبات به‌صورت سیالات غیرنیوتنی رفتار می‌کنند که برای شبیه‌سازی آنها از مدل‌های سیالات غیرنیوتنی استفاده شده است. رسوبات با استفاده از روش ترکیبی دو مدل کراس و بینگهام شبیه‌سازی شده‌اند. برای صحت‌سنجی مدل، ابتدا نمونه تک فازی شکست سد بررسی و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی و عددی سایر محققین مقایسه شده است. سپس دو نمونه دو فازی شکست سد با ابعاد مختلف بررسی شده که نتایج نمونه۱ با نتایج آزمایشگاهی [۳۱] و نتایج نمونه۲ با نتایج آزمایشگاهی [۱] مقایسه و میزان خطا محاسبه شده است. مقدار خطای بدست آمده از مقایسه تغییرات ارتفاع رسوبات در فواصل ۵ و ۱۴ سانتیمتری مخزن در نمونه عددی و آزمایشگاهی به‌ترتیب برابر با ۵۵/۶ و ۹۴/۵ درصد می‌باشد. مقایسه نتایج نشان ‌می‌دهد که مطابقت خوبی بین نتایج عددی و آزمایشاهی وجود دارد.

---

در این مقاله شکست جت مایع با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار که یک روش عددی لاگرانژی بدون شبکه است، شبیه سازی شده است. بدین منظور، ابتدا معادلات حاکم بر سیال براساس روش هیدرودینامیک ذرات هموار گسسته سازی شد. در این تحقیق از کد متن باز اسفیزیکس برای حل عددی استفاده و همچنین با افزودن اثرات کشش سطحی، کد مذکور توسعه داده شده است. سپس روش ارائه شده با استفاده از مساله نمونه شکست سد با مانع اعتبارسنجی اولیه شد. در نهایت شبیه سازی جریان جت مایع دوبعدی و بررسی رفتار شکسته شدن آن برای جریان تک فاز انجام شده است. طول شکست مایع در رژیم ریلی برای شرایط مختلف جریان نظیر اعداد رینولدز و وبر متفاوت، محاسبه و با یک رابطه تجربی اعتبارسنجی شده است. تمامی حل های عددی برای دو تابع میانیاب وندلند و اسپلاین مکعبی انجام گرفت و در تمامی موارد تابع میانیاب وندلند منجر به نتایج با دقت بهتری شد. همچنین تاثیر لزجت سیال در طول شکست مایع نیز در نهایت مورد بررسی قرار گرفت. مدل سازی های انجام شده نشان داد که روش هیدرودینامیک ذرات هموار می تواند به عنوان یک روش بهینه برای مدل سازی پدیده شکست جت مایع مورد استفاده قرار گیرد.

---

در این مقاله به بررسی فرآیند نفوذ و جابجایی در یک جریان دوبعدی دوفازی آب و هوا توسط روش هیدرودینامیک ذرات هموار پرداخته می‌شود. شبیه‌سازی جریان‌های دوفازی نیازمند آگاهی از وضعیت دقیق سطح مشترک بین دو فاز است که روش اس‌پی‌اچ بدلیل ماهیت لاگرانژی و بدون مش بودن به‌راحتی سطح مشترک بین دو فاز را شناسایی می‌کند. برای شبیه‌سازی از کد متن باز اسفیزیکس دو بعدی تک فاز که برای مسائل سطح آزاد کاربرد فروان دارد، استفاده می‌شود. این کد با اضافه کردن نیروی کشش سطحی و یک فشار اضافی به معادله مومنتوم، به یک کد دوفازی آب و هوا ارتقاء یافته است. همچنین برای درک بهتر فرآیند نفوذ و جابجایی، معادله غلظت نیز مورد بررسی قرار گرفته شده است. برای اعتباربخشی مسئله دوفازی آب و هوا ابتدا مسائل مخزن ساکن آب و هوا و فشار هیدرواستاتیکی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین مسئله شکست سد دوفازی بر روی بستر نامحدود شبیه‌سازی شده و نتایج با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه و نتایج قابل قبولی بدست آمده است. سپس فرآیند نفوذ و جابجایی و توزیع غلظت برای جریان دوفازی آب و هوا برای سه ضریب نفوذ متفاوت انجام شده است و نتایج بدست آمده تطابق خوبی با نتایج تحلیلی داشته است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که روش اس‌پی‌اچ یک روش مناسب برای شبیه‌سازی جریان‌های دوفازی نظیر آب وهوا و همچنین فرآیند نفوذ و جابجایی است.

---

پخش آلاینده‌های روغنی یکی از مشکلات مهم در محیط زیست دریایی است که توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. در این مقاله، شبیه سازی اثر بوم بر روی پخش پلوم نفت با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار مورد بررسی قرار گرفته است. کد متن باز SPHysics۲D با اضافه کردن اثر کشش سطحی و یک فشار اضافی به معادله مومنتوم، به دو فاز توسعه یافته است. چندین مسئله از دینامیک پلوم شبیه سازی شده است و عملکرد کد توسعه یافته ارزیابی می‌شود. ابتدا، نحوه صعود یک پلوم روغن با نسبت چگالی ۰,۸ شبیه سازی شده و نتایج بدست آمده با حل تحلیلی مقایسه شده است. سپس، نحوه صعود یک پلوم با نسبت چگالی ۰.۱ شبیه سازی شده و تغییرات زمانی مرکز جرم و سرعت صعود نشان داده شده است. شبیه سازی موج نویدال روی سواحل انجام و با نتایج تجربی مقایسه شده است. در نهایت، تاثیر بوم با زاویه‌های مختلف روی پخش پلوم روغن مورد بررسی قرار گرفته است. پس از اعتبارسنجی کد با مسئله‌های مختلف، نحوه صعود و پخش پلوم روغن در ساحل بدون اعمال بوم شبیه سازی شده و درصد پلوم عبوری از مکانی مشخص محاسبه شده است. سپس تاثیر بوم با زاویه‌های مختلف در جلوگیری از پخش پلوم روغن مورد بررسی قرار گرفته و با بدست آوردن کمترین درصد پلوم عبوری، بهترین زاویه جهت جلوگیری از پخش پلوم روغن انتخاب شده است. از این رو، روش SPH می‌تواند یک روش بهینه برای شبیه سازی عددی مسئله‌های پیچیده از جمله دینامیک موج آب باشد.

---

مسئله برخورد گوه به سطح آزاد سیال کاربردهای مهمی در زمینه‌های مختلف مهندسی و در صنایع دریایی دارد و محاسبه نیروی وارد به گوه به خصوص در لحظات اولیه برخورد مورد علاقه بسیاری از محققان می باشد. هدف این مقاله حل عددی برخورد گوه به سیال نیوتنی و سیال غیرنیوتنی هرشل بالکلی دایلاتنت با استفاده از روش لاگرانژی هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم پذیری ضعیف است. برخی سیالات غیرنیوتنی مانند سیال دایلاتنت یا هرشل بالکلی دایلاتنت به دلیل داشتن خاصیت غلیظ شوندگی در محل اعمال تنش، در برابر ورود گوه به سیال از خود مقاومت نشان می دهند. در این تحقیق از الگوریتم پیش بینی و تصحیح جهت حل معادلات استفاده شده است. جهت ایجاد پایداری از تصحیح چگالی(در سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی) و ویسکوزیته مصنوعی (فقط در سیال نیوتنی) استفاده شده است. جهت اعتبار سنجی سطح آزاد و بررسی صحت استفاده از سیال هرشل بالکلی دایلاتنت مسئله شکست سد با استفاده از شرط مرزی انعکاسی حل شده است. در ادامه مسئله برخورد گوه به سیال نیوتنی صحت سنجی شده و با تغییر سه پارامتر لزجت، تنش تسلیم و توان نرخ برش در سیال هرشل بالکلی و استفاده از شرط مرزی نیروی دافعه موناقان مسئله برخورد شبیه سازی شده و نتایج آن به صورت مقادیر نیرو، ضریب فشار و سرعت گوه با هم و همچنین با نتایج آزمایشگاهی سیال نیوتنی مقایسه شده است. جهت صرفه‌جویی در زمان، مقادیر اولیه فشار هیدرواستاتیکی از ابتدا به سیال اعمال می شود.

---

مطالعه تغییرات شکل سطح بستر رسوبی ناشی از حرکت جریان آب و ردیابی حرکت ذرات رسوب به علت ماهیت پیچیده خود یکی از مسائل مورد علاقه محققین در علم مکانیک سیالات می‌باشد. در دهه اخیر، مدل‌سازی جریان سیال به کمک روش‌های لاگرانژی از جمله روش هیدرودینامیک ذرات هموار بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه جهت انجام مدل‌سازی از توسعه کد متن باز اسفیزیکس دوبعدی بهره گرفته می‌شود و برای مدل‌سازی رفتار فاز رسوبات از مدل ویسکوپلاستیک μ(I) استفاده می‌شود که این مدل بر اساس ویژگی‌های دانه‌ها از جمله اینرسی و ضریب اصطکاک به دست آمده است. در ابتدا، برای بررسی عملکرد مدل ویسکوپلاستیک به کار گرفته شده در کد برای مسأله تک فاز، از مدل آزمایشگاهی فروپاشی ستون دانه‌ای استفاده می‌شود که در آن میانگین‌گیری هارمونیک میان ویسکوزیته ذرات به کار می‌رود. مقایسه نتایج در این مرحله با مدل آزمایشگاهی بیان‌گر عملکرد مناسب مدل ویسکوپلاستیک می‌باشد. در ادامه، با توسعه کد به جریان دو فاز نیوتنی-غیرنیوتنی و اعمال ویسکوزیته هارمونیک برای تعامل ذرات دانه‌ای و استفاده از معادله اُوِن برای تعامل دو فاز مختلف ، مساله شکست سد بر روی بستر متحرک مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج حاکی از آن است که مدل به کار گرفته شده در این تحقیق دقت قابل قبولی در مقایسه با مدل آزمایشگاهی دارد و می‌تواند برای شبیه‌سازی سیستم‌های دوفازی آب- رسوب به کار گرفته شود.

---

بررسی مسائل چند فیزیکی نظیر بررسی اندرکنش جریان-سازه از اهمیت بالایی در مهندسی مکانیک برخوردار است به‌صورتی‌که تحلیل چنین مسائلی توسط روشهای مختلف عددی توجه محققین را به خود جلب کرده‌است. روش هیدرودینامیک ذرات هموار یک روش‌بدون شبکه کاملا لاگرانژی است که با توجه به‌سادگی و قابلیت بالای آن مسائل سطح آزاد می‌تواند در مطالعه مسائل جریان-سازه به‌کار گرفته شود. در این روش هیچ نیازی به اعمال رفتار خاصی برای شناسایی سطح آزاد وجود ندارد. در این پژوهش با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار برهمکنش میان جریان و سازه در مسائل سطح آزاد مورد مطالعه قرار می‌گیرد، به صورتی که در ابتدا شبیه‌سازی مساله شکست سد در بستری نامحدود و خشک با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می‌شود. سپس، پس از اعمال معادلات حاکم بر مسائل الاستیک، ارتعاش تیر یک سر درگیر مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در نهایت با اعمال معادلات حاکم بر مسائل جریان-سازه، شبیه سازی شکست سد روی دریچه الاستیک نشان داده می‌شود. مقایسه نتایج این شبیه‌سازی با داده‌های عددی و آزمایشگاهی موجود، بیانگر این است که روش هیدرودینامیک ذرات هموار قابلیت بالایی در بررسی مسائل اندرکنش جریان-سازه دارد.

---

در مقاله پیش رو نرم‌افزار کوانتا، که توسط نویسندگان در حال توسعه است، معرفی و راستی آزمایی شده است. این نرم افزار با اهداف پژوهشی و به منظور شبیه‌سازی دو بعدی محیط‌های چند فازی جامد و سیال و به زبان Visual C++ نوشته شده است. در این نرم افزار محیط جامد با استفاده از روش مبتنی بر ذره Bonded Particle Method و محیط سیال با استفاده از روش مبتنی بر ذره Smoothed Particle Hydrodynamics شبیه‌سازی می‌شوند. رفتار نهایی مدل حاصل اندرکنش ذرات با دیگر ذرات همنوع خود و نیز ذرات متعلق به روش دیگر است. ابتدا درباره تئوری روش‌ها و نحوه استفاده از آن‌ها در نرم‌افزار توضیح داده شده و در انتها چند مسئله معیار به منظور راستی آزمایی نرم‌افزار مدلسازی و تحلیل شده و نتایج شبیه‌سازی با نتایج موجود در مقالات مقایسه شده‌اند. برای راستی آزمایی روش ‌BPM از شبیه‌سازی تغییر شکل یک تیر طره و برای راستی آزمایی روش SPH از شبیه‌سازی مسئله جریان حفره‌ای و نیز جریان پوازی استفاده شده است. برای راستی آزمایی محیط دوفازی و اندرکنش بین ذرات BPM و SPH از مدل‌سازی یک سیلندر جامد در مسیر جریان استفاده شده است. بررسی نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان دهنده تطابق مناسب آن‌ها با نتایج تحلیلی و تجربی موجود است.

---

پدیده زمین­ لغزش در دریاچه سدها و رودخانه­ ها، و تولید و انتشار امواج حاصل از آن، بعنوان یکی از مسائل مهم و پیچیده در زمینه مهندسی هیدرولیک مطرح است. امروزه بسط و گسترش روابط عددی و فرآیند مدل­سازی توانسته تا حدودی به درک منطقی از این پدیده­ ها برسد. در این مقاله از یک روش لاگرانژی جهت حل معادلات حاکم بر جریان استفاده شده است. در ابتدا روش هیدرودینامکی ذرات هموار تراکم­ناپذیر سه مرحله­ایی صریح تعریف می ­شود. به منظور معتبرسازی روش، از مسئله شکست سد روی بستر خشک و مسئله زمین­ لغزش زیر سطحی استفاده شده‌ است. در مسئله اول، رسیدن به ضریب همبستگی ۹۹۹۸/۰، متوسط خطای مطلق ۰۵۴۲/۰ و ضریب کارایی مدل نش-ساتکلیف ۹۷۴/۰ برای پارامترهای مورد محاسبه، نشان می­دهد مدل با دقت مناسبی کالیبره شده است که حاکی از قابلیت بالای این روش در شبیه­ سازی جریان­ های با سطح آزاد و پدیده ­های مربوط به امواج می­ باشد. همچنین از مقایسه نتایج اندازه ­گیری شده با آزمایشگاهی در قسمت شبیه­ سازی زمین­ لغزش زیر سطحی، مقادیر آماری ضریب همبستگی و جذر میانگین مربعات خطا بترتیب ۹۵/۰ و ۰۰۷۱/۰ بدست آمدند که این نتایج نشان­ دهنده دقت بالای مدل در محاسبه نیمرخ سطح آب ناشی از زمین­ لغزش زیرسطحی می ­باشد. سپس سه سناریو جهت مدل­ سازی زمین ­لغزش طراحی و اجرا گردید. در این پژوهش به شی ب­ها و جسم غیر صلب، بعنوان یک ماده رئولوژیکی (سیال شبه­پلاستیک) نگریسته شده و تحت سیال غیر نیوتنی کاریویاسودا در مدل­ سازی وارد شدند. در واقع ذرات خاک بستر شیبدار غیر صلب بصورت دانه­ هایی که با خود مشخصات سیال را حمل می­ کنند مدل­ سازی شده ­اند. در نهایت نتایج در زمان­ های ۳/۰ و ۶/۰ ثانیه آورده شده­ و تحلیل گردیدند.

---

---

موقعیت اولیه ذرات در روش هیدرودینامیک ذرات هموار SPH می‌تواند نقش مهمی در کاهش خطاهای عددی و کارایی آن داشته باشد. در این پژوهش با مبنا قراردادن مدل‌سازی بالاروی سطح آب ، و استفاده از تجارب مدل‌سازی‌های پیشین با روش هیدرودینامیک ذرات هموار، شش توزیع متداول توزیع ذرات شامل: توزیع مربعی SC، توزیع مثلثی Triangular، توزیع بر اساس الگوریتم WVT، توزیع براساس الگوریتم Greedy یا حریص، توزیع شش ضلعی Hexagonal و توزیع بر اساس الگوریتم فیبوناچی Fibonacci، مورد بررسی قرارگرفته است. بر اساس نتایج حاصل از بررسی فشار، سرعت و تراز سطح آزاد بالاروی سطح آب در زمان‎های متفاوت مطابق با مدل فیزیکی، میانگین کل خطای مدل‌سازی برای هریک از مدل‌ها (اختلاف مقادیر به دست آمده از مدل‌سازی با نتایج مدل آزمایشگاهی)، ارائه گردیده است. با توجه به نتایج به دست آمده مشخص گردید که دو مدل توزیع ذرات شش ضلعی و توزیع فیبوناچی دارای کمترین میزان میانگین خطای مدل‌سازی (به ترتیب ۱۰,۲% و ۱۱.۱%) هستند. علاوه بر این بر اساس نتایج به دست آمده، مدل WVT دارای خطای مدلسازی کمتری (حدودا ۱۴%) نسبت به سه مدل با توزیع مربعی، مثلثی و Greedy است. لذا از آنجائیکه در این پدیده دو توزیع اولیه ذرات شش ضلعی و فیبوناجی دارای خطای مدل‌سازی کمتری نسبت به توزیع‌های دیگر هستند، برای مدل‌سازی پدیده بالاروی سطح آب به روش SPH بهره‌گیری از این دو توزیع اولیه قابل توصیه می‌باشد.