تحلیل اندرکنش هم‌زمان تلاطم گذرا سیال و دینامیک واگن ریلی مخزن‌دار با استفاده از مدل عددی کوپل‌شده CFD-MBD

Abstract

در این مقاله مدل عددی کوپل‌شده CFD-MBD برای ارزیابی دقیق رفتار واگن ریلی مخزن‌دار حامل سیال معرفی شده است. پاسخ ارتعاشاتی واگن براساس مدل دینامیکی چندجرمی (MBD) سه‌بعدی شامل اجزای بدنه، دو بوژی و چهار مجموعه چرخ و محور با ۱۹درجه آزادی به روش رانگ‌کوتا مرتبه چهار به دست آمده است. مدل تلاطم گذرا سیال داخل مخزن با استفاده از روش دینامیک سیال محاسباتی (CFD) ترکیب‌شده با تکنیک حجم سیال (VOF) به‌منظور حل معادلات ناویر- استوکس و ردیابی سطح آزاد سیال آنالیزشده است. راستی‌آزمایی نتایج عددی با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی انجام شده است. سپس با توسعه فرآیند عددی کوپل‌کردن مدل‌های CFD و MBD، اندرکنش هم‌زمان تلاطم گذرا سیال و دینامیک واگن در نظر گرفته شده است. با مطالعه پارامتری روی حجم پرشوندگی، شکل سطح مقطع مخزن و لزجت سیال مشخصه‌های دینامیکی واگن مخزن‌دار نیمه‌پر در شرایط ترمزگیری استخراج شده است. نتایج نشان می‌دهد افزایش حجم پرشوندگی، دامنه نوسان مرکز مختصات گرانش سیال را کاهش می‌دهد. کمترین دامنه تلاطم سیال در حجم پرشوندگی‌های مختلف مربوط به سطح مقطع بیضی اصلاح‌شده است. لزجت سیال تاثیر ناچیزی بر نیروی تلاطم طولی و مسافت توقف واگن مخزن‌دار نیمه‌پر دارد.