بسیاری از پدیده های مختلف در صنعت یا طبیعت شامل فصل مشترک تغییر پذیر هستند برای مثال می توان به ریزش آب از روی سریز اشاره کرد. شبیه سازی چنین پدیده هایی برای درک بهتر از رفتار جریان دو فاز  به منظور بهینه سازی طرح یا محاسبه ضرایب هیدرودینامیکی ضروری است. ردیابی صحیح  فصل مشترک پارامتر کلیدی در شبیه سازی سطح آزاد است. روش های مختلف برای ردیابی سطح  وجود دارد؛ مانند VoF (حجم سیال)، LS (سطوح هم تراز) و FT (ردیابی جبهه) . هر روش دارای مزایا و معایب خاص خود است، با این حال روش VoF  به دلیل سهولت پیاده سازی و پایستاری جرم  رایج ترین روش ردیابی سطح است.  حلگر VoF  در اپن فوم interFoam  است. این حلگر از تکنیکی به نام MULES برای فشرده سازی سطح و بازگرداندن فصل مشترک استفاده می کند. این حلگر برای سیستم دوفازی تراکم ناپذیر هم دما مناسب است.  حلگرهای مشتق شده از interFoam عبارتند از:

•  interDyMFoam: نسخه ای که شبکه ی دینامیک را هم پشتیبانی می کند.
• multiPhaseInterFoam:  حلگری برای شبیه سازی سیستم بیش از دو فاز برای مثال: سیستم آب-نفت-گاز
• compressibleInterFoam: نسخه تراکم پذیر interFoam
• در سالهای اخیر کاربران حلگر  interFoam را  گسترش داده اند تا برخی ویژگی هایی مانند تولید موج را شامل شود. این حلگرها عبارتند از:
• olaFoam
• IHFoam
• wave2Foam

در ادامه  این پست، به برخی از شبیه سازی هایم  با استفاده ازحلگرهای خانواده interFoam اشاره می شود.

جریان سطح آزاد بر روی سرریز

---

جزئیات  شبیه سازی این مساله در فصل هفت از کتابم موجود است.  برای ایجاد شبکه دوبعدی بر روی سریز پله ای از ابزارهای ایجاد شبکه اپن فوم شامل  blockMesh؛ snappyHexMesh  و extrudeMesh  استفاده شده است. هندسه با فرمت stl از نرم افزار CAD وارد شده است. blockMesh برای ایجاد شبکه پایه بکار می رود، سپس  snappyHexMesh شبکه سه بعدی نهایی را با تراش شبکه پایه در اطراف فایل CAD ورودی  استخراج می کند. برای ردیابی بهتر فصل مشترک شبکه بصورت محلی پالایش (ریز) شده است.  در نهایت، برای ایجاد شبکه مناسب برای شبیه سازی دو بعدی، شبکه  در جهت عمود جریان اکسترود شده تا تنها یک سلول داشته باشد.

جریان آشفته با مدل kOmegaSST در نظر گرفته شده است.

 

جریان سطح آزاد در برخورد با جسم نیمه مغروق

---

طرح کلی مساله  در شکل زیر نشان داده شده است. شبیه سازی با حلگر olaFoam انجام شده است.  این حلگرشرط مرزی برای ایجاد  و جذب موج فراهم می کند. شبیه سازی من با OpenFOAM-3.0.1 انجام شده است. با این حال، لازم به ذکر است که مرزهای ایجاد و جذب موج به نسخه اخیر OpenFOAM-v5 افزوده شده است ودیگرنیازی به نصب olaFoam نیست.

طرح مساله:

در این مساله شبکه با ابزار blockMesh ایجاد شده است و شبکه در نزدیکی فصل مشترک و جسم نیمه مغروق ریزتر درنظر گرفته شده است.

نمای نزدیک تر از شبکه در نزدیکی جسم نیمه مغروق

 

رفتار موج در شکل زیر نشان داده شده است برای شبیه سازی جریان آشفته  مدل توربولانسی  LES اعمال شده است.

 

تعیین ضرایب هیدرودینامیکی در این مساله دارای اهمیت است. از این رو نیروی برا و پسا در این مطالعه محاسبه شده است. نیروی برا در شکل زیر نشان داده شده است.

مخزن متحرک

---

این مساله جز مسائلی است که من در آموزش اپن فوم در انجمن هیدرولیک ایران ارائه می کنم. شبکه ی این مساله با دو ابزار blockMesh و snappyHexMesh ایجاد شده است و برای حرکت نوسانی مخزن از قابلیت شبکه ی دینامیک در حلگر interDyMFoam استفاده شده است.