İnterpolasyonlu Parçacık Hidrodinamiği Yöntemi İle Serbest Su Yüzeyli Şiddetli Akış Problemlerinin İncelenmesi

Abstract

Bu tez çalışması kapsamında, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği literatüründe görece yeni sayılabilecek ve halen oldukça yaygın bir araştırma konusu olarak gelişimini sürdürmekte olan İnterpolasyonlu Parçacık Hidrodinamiği (Smoothed Particle Hydrodynamics) yöntemi ile serbest su yüzeyli şiddetli akış problemleri 2-boyutlu olarak incelenmiştir. Bu problemler, sırasıyla, baraj yıkılması (dam-break), kısmi olarak sıvı ile doldurulmuş dikdörgen kesitli bir tankın yatay yönde çalkantı hareketi (sway-sloshing) ve serbest su yüzeyine yakın bir cisim etrafında oluşan akımın incelenmesi problemleridir. Bu çalışmanın odaklandığı başlıklardan birisi de literatürde yaygın bir şekilde kullanılan düzeltme terimlerinin bu çalışmada yeni olarak ortaya konulan serbest su yüzeyi düzeltme algoritması ile birlikte sonuçlara olan etkilerinin incelenmesidir. Bu kapsamda literatürde, verilen farklı düzeltme algoritmaları ve bu çalışmanın ortaya koyduğu serbest su yüzeyi düzeltme algoritması ile birlikte baraj yıkılması problemi üzerinde karşılaştırılmış ve her bir algoritmanın sonuçlara olan etkileri incelenmiştir. Ele alınan problemlerde tez çalışması sırasında geliştirilen serbest su yüzeyi düzeltme algoritmasının literatürde verilen deneysel ve bazı sayısal çözümlerle oldukça iyi bir uyumluluk gösterdiği gözlemlenmiştir.

This study aims to simulate non-linear violent free surface flows by using Smoothed Particle Hydrodynamics method. Due to its Lagrangian and meshless nature, the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method is an exceptionally suitable tool for modeling highly nonlinear violent flows with a free surface. In this work, three different 2-D violent free surface flow problems, namely, dam-break, sway sloshing and flow over an obstacle in an open channel are investigated by means of SPH method. One of the main objectives of the present work is the comparison of the effects of numerical treatments on results given in the literature. In this content, different numerical treatment algorithms which have great acceptance among SPH practitioners are implemented on dam-break problem together with a new free surface treatment introduced in this work. The comparative results show that the free surface treatment which is developed in this study have a good agreement with the experimental and some numerical results given in the literature.