Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Bijan Boroomand
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) بیژن برومندقهنویه (استاد راهنما)
 
STUDENT
Soheil Bazazzadeh
سهیل بزاززاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

3-Dimentional sloshing of free suface fluid Analysis Using Exponential Basis Functions
In this thesis, a semi-analytical and meshless method is proposed to solve free-surface fluid problems. Two approaches, one based on using the pressure field as the potentaial of the accelerations and another based on using a velocity potential, areemplpoyedto solve the equations in 3-dimension. In the first approach, Navier-Stoks equations for incompressible inviscidfluids convert into a pressure Laplace equation which is solved, in each time step, by a meshless method using residual-free basis functions. Subsequently, fluid parameters such as accelerations, velocites and displacements are calculated. The boundary conditions of the problem are defined in terms of acclerations (at the walls) and the pressure (at the free surface).The free surface of the fluid is updated using a Lagrangian approach. The solution to the pressure field is approximatedby as a series of exponential basis functions (EBFs). These functions are selected in a manner so that they exactly satisfy the pressure Laplace equation. The coefficients of the series are determined by satisfying the boundary conditions over a selection of boundary points using a collocation scheme through a special discrete transformation. In the second approach, i.e. using velocity potential for incompressible inviscid fluids, Navier-Stokes equations convertinto another Laplace equation (i.e. for the potential function). The boundary conditions of the problem in this case are thus d efined in terms of velocities (at the walls) and the value of the potential function (at the free surface). Using the meshlessfor this latter problem, velocities and thus displacementsare determined. Since in both aforementioned approaches, the solution accuracy of the3D Laplace equation affects the convergence of the solution over time, a new algorithm for the selection of the EBFs is introduced in this thesis. Linear and non-linear sloshings in cubic and cylinderical tanks are considered for the validation of the resultswhich are compared with those of other Lagrangian methods. Significantly lower computational time is one of the advantages of the proposed method. Key words : Exponential basis functions, Meshless method, Navier-Stokes equations, Lagrangian free surface flow, Pressure theory, Ptential flow theory.
در این پایان نامه، روشی نیمه تحلیلی و بدون شبکه برای حل معادلات حرکت سیال دارای سطح آزاد ارائه شده است. از دو نوع نگرش که یکی بر پایه ی تئوری فشار و دیگری بر پایه‌ی تئوری پتانسیل سرعت استوار است، برای حل این نوع مسائل به صورت سه بعدی استفاده شده است. در تئوری فشار، معادلات ناویر استوکس برای سیال تراکم ناپذیر غیر لزج به صورت معادله ی لاپلاس فشار تبدیل خواهد شد که در هر گام زمانی با یک روش بدون شبکه با استفاده از توابع پایه، حل شده و سایر پارامتر های سیال مانند شتاب، سرعت و جابه‌‌جایی از آن حاصل می شود. با توجه به نگرش لاگرانژی هندسه‌ی سیال به هنگام می شود و حل در زمان پیش می‌رود. پاسخ معادله به صورت یک سری از توابع پایه نمایی با ضرایب ثابت در نظر گرفته می‌شود، توابع فوق به گونه ای انتخاب می‌شوند که معادلات دیفرانسیل در داخل ناحیه حل به طور دقیق ارضا شوند. ضرایب ثابت نیز از ارضای شرایط مرزی بر روی مجموعه نقاطی از مرز، با استفاده از یک تبدیل ویژه به دست می آیند. در نگرش دوم یعنی استفاده از پتانسیل سرعت، برای سیال تراکم نا‌پذیر غیر لزج؛ معادلات ناویر استوکس به صورت معادله‌ی لاپلاس پتانسیل سرعت تبدیل خواهد شد که با استفاده از حل بدون شبکه‌ی توابع پایه نمایی، سرعت ودر نتیجه جابه‌جایی قابل محاسبه است. همچنین از یک الگوریتم زمانی کوتاه تر استفاده شده که زمان حل را به طور قابل توجهی به نصف کاهش می‌دهد. از آنجا که دقت در ارضای معادله لاپلاس 3 بعدی از اهمیت ویژه‌ای برای همگرایی بیشتر حل در طول زمان دارد، در این پایان‌نامه الگوی جدیدی برای انتخاب توابع نمایی معرفی می شود. در ادامه پس از ارائه مثال ها‌ی خطی و غیر خطی در مخازن مکعبی، مکعب مستطیل و استوانه‌ای به مقایسه‌ی نتایج حاصل از آن ها با دیگر روش‌های لاگرانژی موجود پرداخته می‌شود، که به لحاظ صرف وقت و هزینه‌ی محاسبات بسیار درخور توجه است. 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