شبیه سازی عددی انتقال بار بستر با استفاده از جریانهای دو فازی اولری-لاگرانژی
چکیده
بار بستر بعنوان یکی از مدهای انتقال رسوب از موضوعات پیچیده مرتبط با رودخانه ها، دریاها، خورها و سازه های مربوطه بوده که علت آن نبود معادله حاکم بر حرکت آن می باشد. به تازگی مطالعات مختلفی با اهداف متفاوت در زمینه شبیه سازی این فرآیند صورت گرفته است. تمامی مطالعات صورت گرفته در زمینه آستانه حرکت ذره آزمایشگاهی بوده و تا کنون بصورت عددی شبیه سازی نشده است. همچنین در مورد غلتش ذره نیز فقط یک مطالعه انجام شده است. با توجه به محاسبه نیروهای بین ذره ای با بهره گیری از مدل برخورد نرم می توان این فرآیندها را با دقت مناسبی شبیه سازی نمود. با استفاده از این روش جهش های متوالی ذره را نیز با دقت مناسب تری می توان محاسبه کرد. این موارد ضرورت تحقیق حاضر را بروشنی تبیین می نماید. بنابراین در این مطالعه با استفاده از مدل برخورد نرم (روش المان مجزا) برای محاسبه برخورد بین ذرات، مدهای مختلف حرکتی بار بستر از آستانه حرکت تا جهش پیوسته بصورت یک ذره و گروهی از ذرات شبیه سازی شده است. در تمامی این مراحل نتایج بدست آمده از مدل با نتایج آزمایشگاهی و یا تحلیلی بصورت جداگانه مورد مقایسه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته و پارامترهای مختلف واسنجی شده اند. در هرکدام از این مدها تغییرات نیروهای مختلف در شرایط متفاوتی تجزیه و تحلیل شده و اتمام هر مرحله و وارد شدن ذره به مد حرکتی بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا نتایج بدست آمده از شبیه سازی آستانه حرکت ذره با نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی بخصوص دیاگرام شیلدز مقایسه شده که روند این منحنی را بطرز مناسبی شبیه سازی نموده است. غلتش ذره پس از شبیه سازی و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده آزمایشگاهی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و تأثیر پارامترهای مختلف بر روی آن مورد حساسیت سنجی قرار گرفت است. پس از آن یک جهش ذره مورد شبیه سازی قرار گرفته و نتایج بدست آمده با مقادیر آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته و دقت مقادیر محاسبه شده برآورد شده است. در شبیه سازی جهش پیوسته ذره تأثیر پارامترهای مختلف بر روی جهش ذره مورد ارزیابی قرار گرفته و تغییرات ضریب ارتجاعی در شرایط مختلف هیدرولیکی و مدهای متفاوت مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این بخش این نتیجه بدست آمده که این ضریب تابعی از شراط هیدرولیکی جریان، مد حرکتی ذره می باشد. همچنین سرعتهای ذره و جریان با مقادیر آزمایشگاهی مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفته است. در ادامه این روند حرکت گروهی ذرات و تصادفی بودن این فرآیند شبیه سازی شده است. از نوآوریهای عمده این تحقیق شبیه سازی آستانه حرکت ذره و غلتش آن می باشد که در نوع خود بی نظیر می باشد.