К моделированию задачи осаждения твердой частицы в вязкой несжимаемой жидкости методом гидродинамики сглаженных частиц (SPH)
https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2024-36(4)-15
Аннотация
В работе сформулирована и решена задача определения гидравлической крупности для единичной частицы. Для решения задачи предложена оригинальная разновидность метода сглаженных частиц (SPH), в котором осаждаемая частица оказывает влияние на движение окружающих ее частиц воды, но расчет сил, действующих на частицу (кроме инерционных сил, учитывающих эффекты присоединённой массы), выполняется по формулам аналитической механики для материальной точки. Верификация предложенной математической постановки и реализующего ее алгоритма расчета выполнена с использованием открытого авторского кода «SPH_Lab2d». Получены зависимости для гидравлической крупности частицы от ее диаметра для различных случаев дискретизации объема жидкости. Численные результаты демонстрируют хорошую согласованность с экспериментальными данными и известными феноменологическими зависимостями для кварцевого песка.
Об авторах
Игорь Иванович ПОТАПОВ
Вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Вычислительного центра Дальневосточного отделения Российской Академии наук. Область научных интересов: исследование русловых процессов для равнинных рек с несвязным основанием, речной гидродинамики, донной неустойчивости русла, математическое моделирование эволюции несвязного дна под действием речного потока.
Ольга Владимировна РЕШЕТНИКОВА
Вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Кандидат технических наук, научный сотрудник Вычислительного центра Дальневосточного отделения Российской Академии наук. Область научных интересов: исследование и математическое моделирование механических процессов в сплошных средах.
Список литературы
1. Петров А.Г., Потапов И.И. Избранные разделы русловой динамики. – М.: ЛЕНАНД, 2019. – 244 с. / Petrov A.G., Potapov I.I. Selected sections of riverbed dynamics. – Moscow: LENAND, 2019. – 244 P.
2. Караушев А.В. Теория и методы расчета речных наносов. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977. – 270 с. / Karaushev A. V. Theory and methods of river sediments calculation. Leningrad : Gidrometeoizdat, 1977. 1977. – 270 P.
3. Потапов И.И., Решетникова О.В. Применение стационарной гипопластической модели для моделирования движения сыпучей среды // Вычислительные технологии. – 2019. – Т.24, № 6. – С. 90-98. / Potapov I. I., Reshetnikova O. V. The use of a stationary hypoplastic model for modeling the motion of a granular medium // Computing technologies. – 2019. – Vol.24, no 6. – P. 90-98.
4. Coleman S.E., Nikora V.I. Initiation and growth of fluvial dunes // Marine and River Dune Dynamics, 1 – 3 April 2008, Leeds, United Kingdom. – P. 43 – 49.
5. Sanne L.N. Modeling of sand dunes in steady and tidal flow. Ph.D.-thesis MEK-DTU, Technical University of Copenhagen, Denmark. 2003.– 185 P.
6. Tjerry S. Morphological calculations of dunes in alluvial rivers. Ph.D.-thesis ISVA, Technical University of Denmark. 1995. – 193 P.
7. Boac, J.M., Ambrose, R.P.K., Casada, M.E. et al. Applications of Discrete Element Method in Modeling of Grain Postharvest Operations // Food Eng Rev. 2014 – Vol. 6. – P. 128-149.
8. Szewc K., Pozorski J., Minier J.-P. Simulations of single bubbles rising through viscous liquids using Smoothed Particle Hydrodynamics // International Journal of Multiphase Flow. – 2013. – Vol. 50. P. 98-105.
9. Vahabi M., Sadengy K. On the use of SPH method for simulating gas bubbles rising in viscoelastic liquids // Nihon Reoroji Gakkaishi. 2014. – Vol. 42, №. 5. – P. 309-319.
10. Monaghan J.J. Shock Simulation by the Particle Method SPH // Journal of computational physics. – 1983. – Vol. 52. – P. 374-389.
11. Monaghan J.J. Smoothed particle hydrodynamics and its diverse applications // Annu. Rev. Fluid Mech. – 2012. – Vol. 44. – P. 323-346.
12. Molteni D., Colagrossi A. A simple procedure to improve the pressure evaluation in hydrodynamic context using the SPH // Computer Physics Communications. – 2009. Vol. – 180, №. 6. – P. 861-872.
13. Morris J.P., Fox P.J., Zhu Y. Modeling low Reynolds number incompressible flows using SPH // Comput. Phys. – 1997. – Vol. 136. – P. 214-226.
14. Monaghan J.J. Smoothed particles hydrodynamics // Reports on Progress in Physics. – 2005. – Vol. 68. – P. 1703-1759.
15. Потапов И. И., Решетникова О. В. Исследование влияния двух геометрических параметров на точность решения гидростатической задачи методом гидродинамики сглаженных частиц // Компьютерные исследования и моделирование. – 2021. – Т. 13, № 5. – С. 979-992. / Potapov I. I., Reshetnikova O. V. The two geometric parameters influence study on the hydrostatic problem solution accuracy by the SPH method // Computer research and modeling. – 2021. – Vol. 13, no 5. – P. 979-992.
16. Потапов И.И., Решетникова О.В. Реализация модели движения сыпучей среды методом сглаженных частиц // Информатика и системы управления. – 2019. – Т. 62, № 4. – С. 26-34. / Potapov I. I., Reshetnikova O. V. About the SPH- implementation of the bulk medium motion model // Information Science and Control Systems. – 2019. – Vol. 62, no 4. – P. 26–34.
17. Rubey W. W. Setting velocities of gravel, sand and silt particles // American journal of science. 1933. Vol. 25. P. 325-338.
18. Справочник по гидравлике / Под ред. В.А. Большакова. – 2-е изд., перераб. и доп. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984. – 343 с. / Handbook of Hydraulics / Et al. V.A. Bolshakov. – 2nd et. – Kiev: Higher education. Main publishing, 1984. – 343 P.
Рецензия
Для цитирования:
ПОТАПОВ И.И., РЕШЕТНИКОВА О.В. К моделированию задачи осаждения твердой частицы в вязкой несжимаемой жидкости методом гидродинамики сглаженных частиц (SPH). Труды Института системного программирования РАН. 2024;36(4):191-202. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2024-36(4)-15
For citation:
POTAPOV I.I., RESHETNIKOVA O.V. On Modeling the Grain Settling through Viscous Incompressible Fluid Problem using Smoothed Particle Hydrodynamics Method. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2024;36(4):191-202. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2024-36(4)-15
Послать статью по эл. почте 