مدلسازی عددی حرکت جسم شناور

مدلسازی حرکت جسم شناور در بسیاری از مسائل صنعتی مثل بررسی رفتار شناورها و سکوهای نیمه مغروق در دریا کاربرد دارد. در این حالت، جریان اطراف جسم صلب شناور ماهیت گذرای دو فازی (آب و هوا) غیر قابل تراکم داشته و امکان حل تحلیلی معادلات پیچیده حاکم بر آن وجود ندارد. اگرچه انجام آزمایش مطمئن ترین راه برای چنین مدلسازی هایی می باشد، اما هزینه بالای انجام آزمایش و محدودیت در جزئیات اطلاعات، مسیر تحقیقات را به سوی استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی پیش برده است. این مقاله با استفاده از رویکرد حجم محدود، به حل معادلات اساسی حاکم بر جریان سیال (معادلات ناویر - استوکس و پیوستگی) پرداخته و میدان سرعت و فشار را به روش گام جزئی کوپل م ینماید. در ادامه نیز، توزیع دو فاز سیال با حل یک معادله انتقال در کل دامنه محاسباتی بدست می آید. در این حالت می توان فرض نمود که یک سیال موثر با خواص فیزیکی جرم حجمی و لزجت متغیر به جای دو فاز آب و هوا در دامنه محاسباتی وجود دارد. به بیان دیگر، معادلات اساسی حاکم برای یک سیال موثر حل می شوند. در ادامه و با انتگرال گیری از تنشهای اطراف جسم شناور ناشی از توزیع سرعت و فشار، نیروها و گشتاورهای وارد بر آن بدست آمده و با حل معادلات حرکت جسم صلب، جابجایی جسم شناور بدست می آید. در نتیجه برای گام زمانی بعد، شبکه متصل به جسم جابجا شده و این بار معادلات حاکم بر جریان برای شبکه جابجا شده حل می شوند. بدین ترتیب پاسخ زمانی حرکات جسم شناور بدست می آید. در این تحقیق، بر اساس الگوریتم عددی ارائه شده، برنامه ای نوشته شده است. در ادامه، برخورد یک جسم دایره ای شکل با سطح آزاد آب مدلسازی شده و همچنین حرکات آن و تغییر شکل سطح آزاد ناشی از این برخورد با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده است.