مقایسه روش های شبکه بولتزمن و تفاضل محدود در حل هم زمان معادلات آب زیرزمینی و انتقال آلودگی

روش شبکه بولتزمن یک روش عددی قدرتمند برای شبیه سازی جریان سیال است. برای بیان روابط حاکم بر جریان آب زیرزمینی در محیط متخلخل دو رویکرد اصلی وجود دارد. رویکرد اول استفاده از معادله ناویر استوکس و رویکرد دوم استفاده از معادله انتشار برای جریان می باشد. در این پژوهش برای جریان آب زیرزمینی از رویکرد دوم استفاده شده است. همچنین معادله حاکم بر انتقال آلودگی در محیط متخلخل، معادله انتقال-پخش می باشد. حل هم زمان معادلات جریان و انتقال آلودگی به وسیله روش شبکه بولتزمن در این پژوهش برای اولین بار صورت پذیرفت. همچنین از روش تفاضل محدود صریح و کرنک نیکلسون برای مقایسه با روش شبکه بولتزمن استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که روش شبکه بولتزمن قادر به حل هم زمان معادله آب زیرزمینی و انتقال آلودگی با دقت بالایی است، به طوریکه دقت آن با روش کرنک نیکلسون برابر می باشد، اما سرعت اجرای آن بسیار بیشتر از روش کرنک نیکلسون است. در ضمن در مقایسه با روش تفاضل محدود صریح، روش شبکه بولتزمن در حل معادلات فوق دارای محدوده پایداری و سازگاری بزرگتری می باشد. در این رابطه عدد پکلت شبکه کوچکتر از 7 برای روش شبکه بولتزمن D1Q2 پیشنهاد می شود.

Keywords:

روش شبکه بولتزمن , روش کرنک نیکلسون , معادله انتشار , معادله انتقال-پخش , آب زیرزمینی