حل معادلات ضربه قوچ دو بعدی با استفاده از شارموج تغییر یافته و مدل آشفته بالدوین-لوماکس

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 8، دوره 29، شماره 1 - شماره پیاپی 17، اسفند 1396، صفحه 97-110   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v29i1.58072

نویسنده

حسین مهدیزاده^*

دانشگاه بیرجند

چکیده

در این مقاله معادلات جریان غیر ماندگار در لوله ها کشسان در حالت دو بعدی ، توسط یک روش بخش موج گودونف مدل سازی می گردند. مدل عددی ارائه شده در اینجا قادر است ترم های اصطکاک را در داخل تفاوت دو سلول مجاور روش حجم محدود قرار داده و شارموجهای مرتبط با آن را محاسبه نماید. برا ی لحاظ کردن عبارات اصطکاک در اینجا از مدل آشفته بالدوین-لوماکس استفاده می گردد. در ابتدا الگوی عددی برای حل معادلات ضربه قوچ برای یک لوله متصل به مخزن استفاده شده و نتایج عددی حاصل با حل دقیق در دو حالت بدون اصطکاک و همچنین با نظر گرفتن ترم های اصطکاک پایدار مقایسه می گردد.

کلیدواژه‌ها

ضربه‬ قوچ؛ الگوریتم پخش موج؛ روش شار موج؛ الگوی بالدوین لوماکس

مراجع

1. Ghidaoui, M.S., Zhao, M., McInnis, D.A. and Axworthy, D.H., "A Review of Water Hammer Theory and Practice", Applied Mechanics Reviews, Vol. 58(1), pp. 49-76, (2005).

2. Samani, H.M.V. and Khayatzadeh, A., "Transient flow in pipe networks", Journal of Hydraulic Research, Vol. 40(5), pp. 637-644, (2002).

3. Chaudhry, M.H. and Hussaini, M.Y., "Second-Order Accurate Explicit Finite-Difference Schemes for Waterhammer Analysis", Journal of Fluids Engineering, Vol. 107(4), pp. 523-529, (1985)

4. Godunov, S.K., "A difference method for numerical calculation of discontinuous solutions of the equations of hydrodynamics", Matematicheskii Sbornik, Vol. 47, pp. 271-306, (1959).

5. LeVeque, R.J., "Finite volume methods for hyperbolic problems", Cambridge University Press, (2002).

6. Toro, E.F., "Shock capturing methods for free surface shallow flows", United Kingdom: John Wiley & Sons, (2001).

7. Toro, E.F., "Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics", Tokyo: Springer, (1997).

8. Hwang, Y.-H. and Chung, N.-M., "A fast Godunov method for the water-hammer problem", International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 40(6), pp. 799-819, (2002).

9. Zhao, M. and Ghidaoui, M.S., "Investigation of turbulence behavior in pipe transient using a k–∊model", Journal of Hydraulic Research, Vol. 44(5), pp. 682-692, (2006).

10. Riasi, A., Nourbakhsh, A. and Raisee, M., "Unsteady turbulent pipe flow due to water hammer using k–θ turbulence model", Journal of Hydraulic Research, Vol. 47(4), pp. 429-437, (2009).

11. Wahba, E.M., "Runge–Kutta time-stepping schemes with TVD central differencing for the water hammer equations", International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 52(5), pp. 571-590, (2006).

12. Mahdizadeh, H., Stansby, P.K. and Rogers, B.D., "On the approximation of local efflux/influx bed discharge in the shallow water equations based on a wave propagation algorithm", International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 66, pp. 1295-1314, (2011).

13. Mahdizadeh, H., Stansby, P. and Rogers, B., "Flood Wave Modeling Based on a Two-Dimensional Modified Wave Propagation Algorithm Coupled to a Full-Pipe Network Solver", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 138(3), pp. 247-259, (2011).

14. Swamee, P.K. and Jain, A.K., "Explicit equations for pipe-flow problems", J. Hydraul. Div., Vol. 102(5), pp. 657-664, (1976).

15. LeVeque, R.J., "Balancing source terms and flux gradients in high-resolution Godunov methods: The quasi-steady wave-propagation algorithm", Journal of Computational Physics, Vol. 146(1), pp. 346-365, (1998).

16. Bale, D.S., Leveque, R.J., Mitran, S. and Rossmanith, J.A., "A wave propagation method for conservation laws and balance laws with spatially varying flux functions", SIAM Journal on Scientific Computing, Vol. 24(3), pp. 955-978, (2002).

17. Baldwin, B. and Lomax, H., "Thin-layer approximation and algebraic model for separated turbulent flows", AIAA paper, pp. 78-257, (1978).

18. Bergant, A., Vitkovsky, J., Simpson, A. and Lambert, M., "Valve induced transients influenced by unsteady pipe flow friction", in Proc of the 10th int meeting of the work group on the behaviour of hydraulic machinery under steady oscillatory conditions, (2001).

19. Marcinkiewicz, J., Adamowski, A. and Lewandowski, M., "Experimental evaluation of ability of Relap5, Drako®, Flowmaster2™ and program using unsteady wall friction model to calculate water hammer loadings on pipelines", Nuclear Engineering and Design, Vol. 238(8), pp. 2084-2093, (2008).

20. "Some Recent Measurements in a Two-Dimensional Turbulent Channel", Journal of the Aeronautical Sciences, Vol. 17(5), pp. 277-287, (1950).

21. Wahba, E.M., "Turbulence modeling for two-dimensional water hammer simulations in the low Reynolds number range", Computers & Fluids, Vol. 38(9), pp. 1763-1770, (2009).