شبیه‌سازی عددی معیارهای آستانه حرکت ذرات رسوب با رویکرد اویلری – لاگرانژی

Abstract

انتقال ذرات جامد در جریان سیال، یک پدیده رایج در طبیعت بوده و نمونه معمول آن در علم هیدرولیک انتقال رسوب در رودخانه‌ها می‌باشد. در یک کانال با بستری متشکل از مواد رسوبی، در جریان‌های با دبی ناچیز ذرات بستر هیچ‌گونه حرکتی نداشته و در محل خود ثابت باقی می‌مانند. با افزایش دبی، ذرات بستر شروع به حرکت کرده که این لحظه آستانه حرکت ذرات رسوب نامیده می‌شود. در این پژوهش با استفاده از یک مدل عددی بر اساس نرم‌افزار OpenFOAM، به شبیه‌سازی دوبعدی آستانه ‌حرکت گروهی ذرات رسوب در جریان آشفته پرداخته شده است. رویکرد اتخاذ شده در شبیه‌سازی به‌صورت اویلری- لاگرانژی بوده که در آن فاز پیوسته به‌صورت اویلری و با روش حجم محدود و ذرات رسوب به‌صورت لاگرانژی و با روش ردیابی ذرات شبیه‌سازی می‌شوند. در مدل حاضر اثر سیال بر ذره، ذره بر سیال و همچنین نیروهایی که ذرات رسوب به یکدیگر وارد می‌کنند، در نظر گرفته شده است. برای لحاظ نمودن اثر برخورد ذرات رسوب به یکدیگر، از رویکرد تماس نرم و مدل برخورد فنر دمپر اصطکاک استفاده گردید. نتایج حاصل از مدل عددی در قالب روش سرعت بحرانی با محققین دیگر مورد مقایسه قرار گرفته و یک رابطه برای معیار آستانه حرکت ذرات پیشنهاد شده است. همچنین آستانه‌ی حرکت ذرات رسوب با معیارهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد مدل حاضر به خوبی توانسته پدیده‌ی مذکور را با دقت مناسبی شبیه‌سازی کند.