Skip to main content
SUPERVISOR
Ebrahim Shirani,Ahmad Reza Pishevar
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ehsan Goraki Fard
احسان گورکی فرد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Simulation of Moving Body in Field Flow and Fluid Structure Interaction with using Lattice Boltzmann Method
In recent year lattice Boltzmann method) LBM) which is obtained from kinetic theory has advanced numerously. It is good and efficient method for solving fluid flow equation at low Mach number. In other hand fluid structure interaction problems which are very applicable in various fields in industry and medical application is interested very much.In this paper LBM is used to simulate fluid flow based on Eulerian grid and finite element is used for solid structure based on Lagrangian approach. These methods are coupled for simulation of fluid structure interaction. In our simulation force which is created by fluid is applied to the solid structure and then fluid field is changed by deflection of structure. It is noticeable that interaction is accrued between interfaces. The explicit coupling method for simulation of fluid structure interaction in large deformation is introduced that in this method has been used of two separated solver for solid and fluid part. The lattice Boltzmann approach has to be categorized as an embedded approach, as it is based on fixed Cartesian grids. Local refinement can be achieved e.g. by using quad type grids. The extra computational cost for handling moving geometries over the fixed grid is due to the computation of link distances to the moving boundaries and restricted to a region close to these boundaries .Multiple relaxation time (MRT) models is used for increasing computation accuracy at high Reynolds number. Oscillation of cantilever beam because of internal and external force which has been attached to a cylinder has been studied in this thesis. The LB solver has been coupled with a transient solid structure solver based on one-dimensional beam elements. The model is an Euler-Bernoulli beam and the finite element discretization is based on isoperimetric Hermit elements with nodal displacements and slopes as independent degrees of freedom. For the time integration a Newmark scheme and a modal analysis has been used. Our goal is to investigate the validity and efficiency of coupling the two approaches to simulate transient bidirectional Fluid–Structure interaction problems with geometrically non-linear structural deflections. We describe in detail the force evaluation techniques, displacement transfers and the algorithm used to couple these completely different solvers. Diagram of displacement versus time for several of interaction problems is shown and is compared with computational method results and it is seen that there are good agreements between the results. The results show the ability of LBM for simulation of fluid structure interaction. The application of this project can be used in micro channel at two phase flow as mixer and fans in computer devices. Keywords: Lattice Boltzmann Method, Fluid Structure Interaction; Finite Element, Coupling Algorithm.
در این تحقیق حرکت اجسام در سیالات با استفاده روش شبکه بولتزمن و در نظر گرفتن برهمکنش سیال و سازه شبیه سازی عددی می شود. روش شبکه بولتزمن به عنوان حل گر میدان سیال بر اساس شبکه اویلری و روش المان محدود به عنوان حل گر جسم جامد بر اساس توصیف لاگرانژی در نظر گرفته می شود که برای شبیه سازی بر همکنش سیال و سازه با یکدیگر کوپله می شوند. نیروی سیال بر روی جسم اعمال می شود و تغییر شکل جسم، ناحیه سیال را تغییر می دهد. قابل توجه است که بر همکنش در میان سطح تماس دو ناحیه روی می دهد. یک روش کوپلینگ صریح به نام پارتیشن برای شبیه سازی برهمکنش سازه و سیال با جا به جایی های سازه معرفی شده است که از دو حل گر مجزا برای سیال و جامد استفاده می کند. در حل پارتیشن، حل گرها بایستی خصوصیات فیزیکی مرزهایشان را به صورت دو طرفه منتقل کنند تا شرایط سطح تماس برآورده شود. هر ناحیه ممکن است از شبکه های مختلفی استفاده کند. تراکم پذیری کم شبکه بولتزمن اجازه برای یک الگوریتم کوپلینگ صریح را می دهد. در این بررسی برای افزایش دقت محاسبات در اعداد رینولدز بالا از مدل تخفیف زمانی چندگانه استفاده شده است. همچنین برای جلوگیری از خطاهای عددی درمناطقی که گرادیان های شدیدی وجود دارند، شبکه بهبود یافته بکار برده شده اند. این تحقیق نوسان تیغه یک سر گیر دار متصل به استوانه تحت تاثیر نیرو های خارجی و داخلی در میدان سیال با استفاده از شبکه بولتزمن بررسی می کند. تیغه مورد نظر یک تیر اویلر- برنولی می باشد که بر اساس المان های هرمیتی ایزوپارامتریک گسسته سازی شده است. جابجایی و شیب به عنوان درجه های آزادی مستقل فرض می شوند. برای انتگرال گیری زمانی از روش نیومارک استفاده می شود. مدل سیالی که برای شبکه بولتزمن در نظر گرفته می شود یک مدل دوبعدی می باشد. مهمترین هدف این پروژه بررسی بازده کوپلینگ دو روش برای شبیه سازی دو جهت برهمکنش سیال و سازه غیر دائم در مسائل با جابجایی سازه می باشد. جزئیات محاسبه نیرو، انتقال جابجایی و الگوریتم های استفاده شده در کوپلینگ توصیف شده است. نتایج برای نیروی لیفت ودرگ روی استوانه و تیغه جامد، رفتار تیغه کشسان نوسانی بر اثر نیروی ثابت در محیط پر از سیال و تیغه کشسان نوسانی بر اثر گردابه های ایجاد شده پشت استوانه بررسی شده و با نتایج عددی مقایسه شده است که تطابق خوبی بین این نتایج وجود دارد. نمونه مورد بررسی در این پروژه را می توان به عنوان یک همزن در میکرو کانال ها در جریان های دوفازی و خنک کننده ها در قطعات کامپیوتر نام برد. کلمات کلیدی : برهمکنش سیال و سازه، شبکه بولتزمن، المان محدود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی