Skip to main content
SUPERVISOR
Bijan Boroomand
بیژن برومندقهنویه (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Ebrahimi
علی ابراهیمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

The use of modified local form of exponential basis functions in the analysis of 2-dimensional free surface fluid
In this dissertation, local form of Exponential Basis Functions (EBFs) method is used to solve Laplace equation governing incompressible inviscid free surface fluid flow. Generally, mass conservation and momentum conservation equations, known as Navier-Stokes equations, govern isothermal fluid flows. Assuming incompressible inviscid fluid flow, the aforementioned equations convert into a Laplace equation in terms of the fluid’s pressure when a Lagrangian description is employed. Acceleration of the particles is calculated by solving such a Laplace equation with a set of boundary conditions. Likewise, Navier-Stokes equations convert into Laplace equation for the velocity potential if, again, incompressible inviscid non-rotational fluid flow is assumed. By solving this equation, the velocity of the particles is calculated. Focusing on Laplace equation in either of these cases, in this investigation local form of exponential basis functions is used to solve the problems. In this method, a series of exponential basis functions, each one satisfying Laplace equation, is assumed as an approximate solution for the equation within a cloud (representing a subdomain). The boundary conditions are then satisfied in the clouds constructed at boundaries. Therefore, the method can be categorized in meshless/integral-free methods. This is one of the advantages of the method in solving time-dependent problems, in this dissertation free-surface flows, using a time marching algorithm. To illustrate the capabilities of the method, some free-surface fluid problems are solved and the accuracy of method is demonstrated. Key words : Exponential basis functions, Meshless method, Navier-Stokes equations, Lagrangian fluid flow, Pressure theory, Velocity Potential theory.
در این پایان‌نامه، روش بدون شبکه توابع پایه نمایی در فرم محلی جهت حل معادله لاپلاس حاکم بر حرکت سیال تراکم ناپذیر غیر لزج دارای سطح آزاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. معادله لاپلاس مذکور با استفاده از دو نظریه متفاوت که یکی بر پایه فشار و دیگری بر پایه پتانسیل سرعت استوار است، به دست می‌آید. به‌طورکلی، معادلات بقای جرم و بقای اندازه حرکت که تحت عنوان معادلات ناویر-استوکس شناخته می‌شوند، بر حرکت سیالات حاکم هستند. با فرض تراکم ناپذیر و غیر لزج بودن سیال، معادلات مذکور به معادله لاپلاس برحسب فشار سیال تبدیل می‌شوند. با حل این معادله به همراه شرایط مرزی مربوطه، شتاب سیال و در پی آن سرعت و جابجایی نقاط محاسبه می‌شوند. درصورتی‌که سیال غیر چرخشی نیز در نظر گرفته شود، با اعمال یک ساده‌سازی دیگر می‌توان به یک معادله لاپلاس برحسب تابع پتانسیل سرعت دست یافت. در این صورت با حل معادله مزبور، سرعت و سپس جابجایی نقاط به دست می‌آیند. در این تحقیق با توجه به اینکه نتیجه هر دو نظریه فشار و پتانسیل سرعت یک معادله لاپلاس است، از روش توابع پایه نمایی به فرم محلی جهت حل مسائل مربوطه استفاده می‌گردد. به این صورت که پاسخ معادله دیفرانسیل در هر ابر (که زیر دامنه‌ای از کل دامنه است) به‌صورت مجموعی از پایه‌های صدق کننده در معادله در نظر گرفته شده و سپس شرایط مرزی مسئله با نوشتن روابطی روی هر ابر ارضا می‌شود. در این روش، هیچ‌گونه نیازی به شبکه‌بندی دامنه حل و نیز حل انتگرال‌های پیچیده نیست. این ویژگی روش توابع پایه نمایی را به یکی از روش‌های توانا در زمینه حل مسائلی که نیازمند تکرار مراحل حل در گام‌های زمانی کوچک‌تر جهت حل مسئله در زمان هستند، تبدیل می کند. جهت نشان دادن توانایی این روش در کنار سرعت بسیار بالا، مسائل مختلفی با استفاده از روش مذکور حل‌شده و دقت مناسب روش تأیید می‌شود. کلمات کلیدی توابع پایه نمایی، روش بدون شبکه، معادلات ناویر استوکس، معادلات لاگرانژی حرکت سیال، تئوری فشار ، تئوری پتانسیل سرعت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی