بررسی عددی اسلاشینگ سه بعدی در یک مخزن محتوی مایع
چکیده
پدیده اسلاشینگ هنگامی اتفاق می افتد که مخزنی که بصورت جزئی از سیال پر شده است، تحت نیروهای خارجی پایا و یا گذرا قرار گیرد. در این حالت، سطح آزاد مایع حرکت نموده و به دیواره های مخزن برخورد کرده و با دیواره مخزن تبادل نیرو می نماید. در این پژوهش، یک مدل محاسباتی که قادر به شبیه سازی اسلاشینگ مایع در مخازن سه بعدی که دارای حرکت های خطی و زاویه ای تحت شتاب های خطی و زاویه ای ثابت و یا وابسته به زمان می باشد توسعه داده شده است. در این شبیه سازی، تغییر شکل سطح آزاد مایع-گاز با استفاده از روش نسبت حجمی سیال و الگوریتم یانگز مدل سازی می گرددو سیال نیوتنی و تراکم ناپذیر در نظر گرفته می شود. همچنین در این پایان نامه، تلفیقی از دو روش تئوری و عددی برای شبیه سازی تقابل سیال-سازه استفاده می گردد. معادلات حاکم برای جریان سه بعدی غیر قابل تراکم، معادلات پیوستگی و ناویر استوکس همراه با معادله جابجایی سطح آزاد می باشد. در اینجا معادلات جریان سیال بیانگر اسلاشینگ مایع بوده و معادلات دینامیکی بیانگر حرکت مخزن می باشند که بطور جداگانه در دو برنامه کوپله شده حل می گردند. این برنامه به گونه ای کوپله شده است که در یک زمان، خروجی یک برنامه به عنوان ورودی برنامه دیگر استفاده می گردد. خروجی برنامه سیالاتی نیرو ها وگشتاور های وارده به مخزن به واسطه اسلاشینگ بوده و خروجی برنامه دینامیکی ، سرعت ها و شتاب های وارد بر مخزن می باشد. این برنامه عددی برای شبیه سازی اسلاشینگ درون مخزنی با حرکت نوسانی اجباری استفاده گردید. نتایج عددی بدست آمده از این حرکت شتاب دار وابسته به زمان، با نتایج تحلیلی موجود مقایسه گردید. انطباق خوب نتایج بدست آمده با نتایج تحلیلی نشان دهنده قابلیت روش نسبت حجمی سیال درمدل سازی جریان های پیچیده سطح آزاد می باشد. برنامه عددی توسعه داده شده قادر به شبیه سازی حرکت های پیچیده مخزن از جمله حرکت غلتشی و همچنین حرکت دوران آزاد مخزن بوده و علاوه بر این، می تواند در طراحی و بهینه سازی مخازن سیال و انتخاب بهترین چیدمان تلاطم گیر های مخازن استفاده گردد. لازم به ذکر است برنامه عددی نوشته شده برای مخازن با اشکال مختلف کاربرد دارد ولی در این پایان نامه از مخزن مکعب مستطیلی استفاده شده است.