فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

سابقه و هدف: شبیه‌سازی همزمان جریان سطحی و زیرسطحی روی بستر منابع آبی پیش‌نیاز مدل‌سازی روند حرکت آلودگی در منابع آب و خاک محسوب می‌شود و یکی از پرچالش‌ترین و مهم‎ترین مدل‌سازی‌ها به منظور حفاظت از منابع آبی و خاک محسوب می‌شود. برای مدل‌سازی این پدیده معمولا جریان در محیط سیال بطور جداگانه مدل‌سازی و نتایج حاصل بعنوان شرایط مرزی برای مدل‌سازی جریان در محیط متخلخل استفاده می‌شوند. در این تحقیق تنها با استفاده از معادلات ناویر استوکس، جریان در هر دو محیط بطور همزمان با روش هیدرودینامیک ذرات هموار شده (SPH) مدل‌سازی شده‌است. هدف این تحقیق، مدل‌سازی حرکت سیال درون محیط متخلخل است.مواد و روش‌ها: در این تحقیق از معادلات ناویر استوکس دارای جملات اضافی استفاده شده‌است که قابلیت حل در هر دو محیط سیال و متخلخل را بطور همزمان دارند. این معادلات با روش SPH گسسته‌سازی و با الگوریتم دو گام نیمه ضمنی حل شده‌اند. این الگوریتم شامل دو گام پیش‌بینی و تصحیح است. در گام پیش‌بینی کلیه متغیرها برای ذرات بصورت صریح و در گام تصحیح بصورت ضمنی محاسبه می‌گردند. جهت صحت‌سنجی مدل تهیه‌شده، شبیه سازی جریان دو بعدی در یک ظرف استوانه‌ای شکل با مدل SPH اتجام شده‌ و سپس نتایج مدل‌سازی حرکت سیال داخل محیط متخلخل با نتایج حل تحلیلی آن مقایسه شده‌اند.یافته‌ها: پس از بررسی نتایج موقعیت سطح آزاد سیال در محفظه حاوی آب، انحراف معیار نسبت مقادیر محاسباتی بر مشاهداتی و میانگین نسبت مقادیر محاسباتی بر مشاهداتی در محاسبه ارتفاع سطح آزاد با مدل عددی حاضر به ترتیب 015/0 و 04/1 و همچنین در محاسبه فشار به ترتیب 18/0 و 2/1 بوده‌است. در ادامه جریان سطحی و زیرسطحی در محفظه حاوی سیال و محیط متخلخل با حل همزمان معادلات ناویر استوکس با روش SPH مدل‌سازی شده‌اند. نتیجه‌گیری: حل همزمان معادلات در دو محیط و همچنین مرز بین دو محیط موجب کاهش خطای ناشی از چند مرحله‌ای بودن مدل‌سازی و دقیق تنظیم نشدن شرایط در مرز بینابینی (خصوصا در مورد هندسه‌های پیچیده) می‌شود. در این تحقیق مقایسه‌ای نیز بین نتایج مدل‌سازی در دو حالت مختلف قرارگیری ذرات مجازی (دارای موقعیت ثابت و متحرک) انجام شده‌است. پس از مقایسه مقادیر سرعت جریان، مشاهده می‌شود که خطا در محاسبه مولفه عمودی سرعت در مرز بین سیال و محیط متخلخل، برای هر دو حالت تقریبا یکسان بوده‌است اما با مقایسه مقادیر مولفه افقی سرعت، در حالت دوم (مجازی متحرک) مقدار انحراف معیار نسبت مقادیر محاسباتی بر مشاهداتی نسبت به حالت اول (مجازی ثابت) به میزان 2/0 به صفر نزدیک‌تر شده‌است که بطور کلی بیانگر ارتقای نتایج در حالت ذرات مجازی متحرک به ثابت بوده است.