Numerical simulation of the liquid column collapse in the reservoirs of different shapes
The numerical simulation of three different cases of liquid column collapse is carried out. These are the collapses of hexahedral liquid column in a cubic reservoir, cylindrical liquid column, and ringshaped liquid column in a cylindrical reservoir. Mathematical modeling is based on the volume of fluid method. The obtained results show that the lower the liquid column, the longer the liquid front reaches the opposite wall of the reservoir. The velocity maximum is observed at the flow front. The velocity of the front depends on the shape of liquid column in the initial stage. The dimensionless time of passing dimensionless distance of 3.0 in a cylindrical reservoir is equal to 2.58 and 1.76 for diverging and converging waves, respectively, while in a cubic reservoir, the time is equal to 2.09. The time dependences for position of the liquid front, liquid level, pressure value at the control point on the reservoir wall in the process of liquid column collapse are obtained. It is shown that the liquid level drop occurs faster in the case of cylindrical column collapse, and the flow flowing onto the wall is less deep and less speedy.
Keywords
volume of fluid method,
collapse of a liquid column,
numerical simulation,
метод объема жидкости,
обрушение столба жидкости,
численное моделированиеAuthors
| Morenko Irina V. | FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences | morenko@imm.knc.ru |
Всего: 1
References
OpenFOAM - The open source CFD toolbox. URL: http://www.openfoam.com
Мєпієг F.R. Two-equation eddy viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA J. 1994. V. 32. N. 8. P. 1598-1605.
Гарбарук А. В. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений: учебное пособие / А.В. Гарбарук, М.Х. Стрелец, М.Л. Шур. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. 88 с.
Hirt G.W., Nichols B.D. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries // J. Computational Physics. 1981. V. 39. No. 1. P. 201-225.
Бошенятов Б. В., Жильцов К. Н. Исследование взаимодействия волн цунами с подводными преградами конечной толщины в гидродинамическом лотке // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2018. № 51. С. 86-103. DOI 10.17223/19988621/51/8.
Бошенятов Б.В., Лисин Д.Г. Численное моделирование волн типа цунами в гидродинамическом лотке // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2013. № 6 (26). С. 45-55.
Ozmen-Сagatay H., Kocaman S. Dam-Break Flow in the Presence of Obstacle: Experiment and CFD Simulation, Engineering Applications of Computational // Fluid Mechanics. 2011. V. 5. No. 4. P. 541-552.
Храбрый А.И., Зайцев Д.К., Смирнов Е.М. Разработка и примеры приложения специализированного параллельного кода для численного моделирования турбулентных нестационарных течений со свободной поверхностью // Вестник УГАТУ. 2016. Т. 20. № 3(73). С. 153-163.
Kleefsman K.M.T., Fekken G., Veldman A.E.P., Iwanowski B., Buchner B. A Volume-of-Fluid based simulation method for wave impact problems // Journal of Computational Physics. 2005. V. 206. P. 363-393.
Кочерыжкин В.А. Моделирование течений слабосжимаемой вязкой жидкости методом сглаженных частиц // Вестник СПбГУ. Сер. 1. 2011. Вып. 3. С. 112-115.
Храбрый А.И., Смирнов Е.М., Зайцев Д.К. Влияние модели турбулентности на результаты расчета обтекания препятствия потоком воды после обрушения дамбы // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2013. № 1 (165). С. 182-187.
Афанасьев К.Е., Попов А.Ю. Моделирование процесса разрушения плотины методом SPH // Вестник НГУ. Серия: Математика, механика, информатика. 2009. Т. 9. Вып. 3. C. 3-22.
Жайнаков А.Ж., Курбаналиев А.Ы. Верификация открытого пакета OpenFOAM на задачах прорыва дамб // Теплофизика и аэромеханика. 2013. Т. 20. № 4. С. 461-472.
Hu C., Sueyoshi M. Numeriсal Simulation and experiment on dam break problem // J. Marine Sсienсe and Appliсation. 2010. No. 9. P. 109-114.
Давыдова Е.В., Корчагова В.Н. Свободное программное обеспечение для моделирования жидкости со свободной поверхностью // Труды Института системного программирования РАН. 2016. Т. 28. № 1. С. 243-258.
Martin J.C., Moyce W.J. An experimental Study of the Collapse of liquid Columns on a rigid horizontal plane // Phil. Trans. Roy. Soc. London 1952. V. 244. No. 882. P. 312-324.
Lobovsky L., Botia-Vera E., Castellana F., Mas-Soler J., Souto-Iglesias A. Experimental investigation of dynamic pressure loads during dam break // J. Fluids Struct. 2014. V. 48. P. 407-434.
Koshizuka S., Oka Y. Moving-Partiсle Semi-Impliсit Method for fragmentation of inсompressible fluid // Nuсlear Sсienсe and Engineering. 1996. No. 123. P. 421-434.
