شبیه‌سازی حرکات شناور به روش حجم محدود

Abstract

در این نوشتار با استفاده از رویکرد حجم محدود و چیدمان هم‌مکان به حل معادلات اساسی حاکم بر جریان یک سیال مؤثر پرداخته شده و توزیع سرعت و فشار به‌روش گام جزئی در یک شبکه‌ی با ساختار ساده محاسبه شده است. خصوصیات فیزیکی این سیال مؤثر، با حل معادله‌ی انتقال نسبت حجمی دوفاز به‌دست می‌آید. در ادامه و با حل معادلات حرکت جسم صلب، جابه‌جایی‌های شناور محاسبه می‌شوند. با استفاده از راهکار شبکه‌ی متصل به جسم، جابه‌جایی‌های به دست آمده در هر گام زمانی بر روی شبکه‌ی محاسباتی نیز اعمال شده و بدین‌ترتیب حرکات شناور در طول زمان ثبت می‌شوند. انتخاب مناسب طرح‌های گسسته‌سازی، به‌خصوص درمورد انتگرال فشار ــ با توجه به اختلاف زیاد جرم حجمی آب و هوا ــ از اهمیت بالایی برخوردار است. در تحقیق حاضر روش میانیابی جدیدی به‌منظور تقریب فشار روی سطح سلول ارائه شده است. براساس این الگوریتم یک نرم‌افزار تهیه، و برخورد مقطع دایره‌یی شکل به سطح آب با در نظر گرفتن تغییرات سرعت ناشی از برخورد شبیه‌سازی شده است. در ادامه، مقاومت هیدرودینامیکی شناور بارج در هنگام پیشروی در آب آرام در دو حالت مقید، و دو درجه آزادی حرکت پیش‌بینی شده است. ارزیابی نتایج بیانگر دقت و اعتبار الگوریتم ارائه‌شده، و امکان استفاده از آن در بررسی مجموع حرکات غیرخطی شناورها به‌خصوص در مراحل اولیه‌ی طراحی است.