توسعه و پیاده‌سازی یک روش کارآمد حرکت شبکه برای مدل‌سازی جریان‌های فیلم ناپایا با استفاده از foam-extend

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان‌رشته‌ای، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان‌رشته‌ای، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در مقاله حاضر، یک روش کارآمدِ جابجایی شبکه برای جریان‌های فیلم ناپایا، توسعه یافته و در بستر foam-extend پیاده‌سازی شده است. این روش، با استفاده از قابلیت‌های برنامه‌نویسی شی‌گرا و تفکیک توابع با کارکرد مستقل، علاوه بر ایجاد قابلیت پردازش موازی، مشکلات روش‌های قبلی جابجایی شبکه، همچون تداخل سطح و شبکه، را نیز رفع می‌کند. در مطالعه حاضر، نمونه آزمایش جریان ریزان با سطحِ آزاد بر روی صفحه با سه بسامد 05/0، 079/0 و 15/0 مورد ارزیابی قرار گرفته است. الگوی مشابه رفتاری در بسامد‌های مختلف قابل مشاهده و ردیابی می‌باشد در حالی که با کاهش بسامد نوسان، اندازه امواج رشد می‌کنند و این افزایش منجر به ایجاد نواحی مختلف بحرانی جهت عبور امواج سطحی و تقابل شبکه سطحِ آزاد با نقاط داخلی شبکه میدان می‌گردد. نتایج نشان از افزایش بیش از دو برابری سرعت حل با این روش نسبت به دیگر روش‌های در دسترس جابجایی شبکه دارد. همچنین به حداقل رساندن تعداد سعی و خطا در رسیدن به شبکه‌های مکانی و زمانی مناسب از جمله دیگر مزایای استفاده از این روش جابجایی شبکه می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Alekseenko SV, Nakoryakov VE, Pokusaev BG. Wave formation on vertical falling liquid films. International journal of multiphase flow. 1985 Sep 1;11(5):607-27.
  • Alekseenko SV, Antipin VA, Guzanov VV, Kharlamov SM, Markovich DM. Three-dimensional solitary waves on falling liquid film at low Reynolds numbers. Physics of Fluids. 2005 Dec 1;17(12).
  • Muzaferija S, Peri´ c M. Computation of free-surface flows using the finite-volume method and moving grids. Numerical Heat Transfer. 1997 Dec 1;32(4):369-84.
  • Malamataris NA, Balakotaiah V. Flow structure underneath the large amplitude waves of a vertically falling film. AIChE journal. 2008 Jul;54(7):1725-40.
  • Vakilipour S, Mohammadi M, Ormiston S. A fully coupled ALE interface tracking method for a pressure-based finite volume solver. Journal of Computational Physics. 2021 Feb 15;427:110054.
  • Albert C, Marschall H, Bothe D. Direct numerical simulation of interfacial mass transfer into falling films. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014 Feb 1;69:343-57.
  • Vakilipour S, Hekmatkhah R. Investigation of water vapour absorption into wavy falling films by developing a fully coupled interface tracking finite volume method. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2022 Apr 1;185:122397.
  • Kahouadji L, Batchvarov A, Adebayo IT, Jenkins Z, Shin S, Chergui J, Juric D, Matar OK. A numerical investigation of three-dimensional falling liquid films. Environmental Fluid Mechanics. 2022 Jun;22(2):367-82.
  • Jasak H, Tuković Ž. Dynamic mesh handling in OpenFOAM applied to fluid-structure interaction simulations. InProceedings of the V European Conference on Computational Fluid Dynamics ECCOMAS CFD 2010 2010.
  • Tuković Ž, Jasak H. A moving mesh finite volume interface tracking method for surface tension dominated interfacial fluid flow. Computers & fluids. 2012 Feb 15;55:70-84.
  • Löhner R, Yang C. Improved ALE mesh velocities for moving bodies. Communications in numerical methods in engineering. 1996 Oct;12(10):599-608.
  • Beaudoin M, Jasak H. Development of a generalized grid interface for turbomachinery simulations with OpenFOAM. InOpen source CFD International conference 2008 Dec 4 (Vol. 2). Germany: Berlin.
  • Greco F, Lonetti P, Pascuzzo A. A moving mesh FE methodology for vehicle–bridge interaction modeling. Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2020 Jul 15;27(14):1256-68.
  • You Y, Wang S, Lv W, Chen Y, Gross U. A CFD model of frost formation based on dynamic meshes technique via secondary development of ANSYS fluent. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2021 Jun 1;89:108807.
  • Zhu Q, Xu F, Xu S, Hsu MC, Yan J. An immersogeometric formulation for free-surface flows with application to marine engineering problems. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2020 Apr 1;361:112748.
  • Battaglia L, D’Elía J, Storti M, Nigro N. Numerical simulation of transient free surface flows using a moving mesh technique. 2006 Nov 11;20(14):1-9.
  • Cheraghi B, Mirzavand Boroujeni B, Shafaee M. Hydroelastic coupled vibrations in spherical containers of membrane bottom, partially filled with frictionless liquids. Modares Mechanical Engineering. 2016 Jun 10;16(4):155-62..
  • Cheraghi B, Vakilipour S. Developing an Interface Tracking Coupled Solver for Solving two Phase Flow Fields at Low Reynolds Numbers in foam-extend Platform. Sharif Journal of Mechanical Engineering. 2024 Jun 20.
  • Karmakar A, Acharya S. Numerical simulation of falling film flow hydrodynamics over round horizontal tubes. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2021 Jul 1;173:121175.
  • علی نژاد ج, ابوالفضلی ج. Simulation of Red blood Cell Deformation and Drug Delivery Using LBM. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2017 Nov 22;47(3):159-67.‎.
  • Kassiotis C. Which strategy to move the mesh in the Computational Fluid Dynamic code OpenFOAM. Report École Normale Supérieure de Cachan. Available online: http://perso. crans. org/kassiotis/openfoam/movingmesh. pdf. 2008 Apr 12.
  • Jasak H, Tukovic Z. Automatic mesh motion for the unstructured finite volume method. Transactions of FAMENA. 2006 Nov;30(2):1-20.
  • Jasak H. Dynamic mesh handling in OpenFOAM. In47th AIAA aerospace sciences meeting including the new horizons forum and aerospace exposition 2009 Jan 5 (p. 341).
  • González AO, Vallier A, Nilsson H. Mesh motion alternatives in OpenFOAM. PhD course in CFD with OpenSource software. 2009 Dec.
  • Kahouadji L, Batchvarov A, Adebayo IT, Jenkins Z, Shin S, Chergui J, Juric D, Matar OK. A numerical investigation of three-dimensional falling liquid films. Environmental Fluid Mechanics. 2022 Jun;22(2):367-82.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار