شبیهسازی حرکت جسم جامد در یک سیال نیوتونی با استفاده از یک روش مرزمستور شبهطیفی موازیشده تاواییمبنا
نویسندگان
1 گروه هوافضا- دانشگاه آزاد اسلامی-واحد علوم و تحقیقات
2 عضو هیئت علمی-گروه هوافضا-دانشگاه آزاد اسلامی-واحد علوم و تحقیقات- تهران
doi
چکیده
در مقاله حاضر روشی عددی برای شبیهسازی اندرکنش دوسویه یک جسم جامد صلب با یک سیال تراکمناپذیر نیوتونی در یک پیکربندی دوبعدی تشریح میشود. در این روش مرزهای جامد متحرک توسط توابع پایه شعاعی مدل شده، به یک حلگر مرز مستور شبهطیفی معادلات ناویر-استوکس در شکل تاوایی-سرعت اعمال شدهاند. در ابتدای هر گام زمانی سرعتهایی بقایی که شرایط مرز مستور متحرک را نیز ارضاء میکنند، به همراه یک میدان تاوایی اصلاح شده، مستقیماً و بدون نیاز به تعریف یک تابع نیروی خارجی برای اصلاح جملههای جابجایی و پخش، مورد استفاده قرار میگیرند. با توجه به استقلال شرطمرزیهای مؤلفههای سرعت از یکدیگر، در هر گام زمانی، معادلات پواسن سرعت بهصورت موازی حل شدهاند. دینامیک جسم جامد با دقت مرتبه دوم زمانی دنبال میشود که در آن نیروهای حاصل از اندرکنش مرز جامد و سیال از یک روش انتگرالی بر پایه تاوایی محاسبه شدهاند. انتگرالگیری زمانی از یک روش رانج کوتای مرتبه سوم موازیشده انجام شده است. استفاده از حلگر سریع شبهطیفی بههمراه موازیسازی حل معادلات پواسون سرعت و موازیسازی انتگرالگیری زمانی؛ در ترکیب با مدلکردن مرز جامد با استفاده از توابع پایه شعاعی، الگوریتمی بسیار سریع و کارآمد را نتیجه میدهد که شبیهسازی زمان واقعی را (که نیازمند حداقل 21 نمایش از میدان جریان در هر ثانیه است) امکانپذیر ساخته است. دقت و کارایی روش از طریق حل چند مسئله نمونه نشان داده شده است.
