روح اله فاتحی

طیف وسیعی از جریان های موجود در طبیعت را جریان های متغیر سریع همراه با سطح آزاد و مرز متحرک تشکیل می دهند که دارای کاربردهای عملی بسیار زیادی می باشند. از این میان، پدیده شکست سد و در پی آن رها شدن ناگهانی توده عظیم آب انبار شده به همراه حرکت شدید رسوبات به صورت غیر ماندگار به شکل های مختلف از قبیل مخلوط مایع-ذرات ریز دانه با رئولوژی پیچیده، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این فرآیند، اندرکنش شدیدی میان جریان، انتقال رسوبات و تغییرات مورفولوژی بستر رودخانه وجود دارد و منجر به خسارات جانی، اقتصادی و زیست محیطی فراوان می گردد. به عنوان نمونه سبب تغییرات گسترده و شدید مورفولوژی و هندسه رودخانه، آبشستگی تاسیسات هیدرولیکی، تخریب مناطق شهری، صنعتی و کشاورزی پایین دست و ایجاد مشکلات در شبکه های انتقال و توزیع آب می شود. عواملی همچون ارتباط پارامترهای غیرخطی متعدد، تغییرات سریع در عمق آب و وقوع پرش هیدرولیکی، تغییرات زیاد سطوح آزاد و توپوگرافی پیچیده و متغیر سبب گشته که مطالعه ماهیت جریان حاوی رسوب ناشی از شکست سد دارای پیچیدگی هایی گردد. در این پژوهش، پدیده هیدرودینامیکی انتقال رسوب ناشی از شکست سد، با استفاده از روش لاگرانژی بدون شبکه بندی هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) مورد مطالعه، شبیه سازی و تحلیل قرار می گیرد. شبیه سازی جریان با قید تراکم ناپذیری و استفاده از روش تصویر فشار (ISPH)، از چالش های مهم فعلی در روش SPH است. در این راستا، مباحثی چون ارضای شرط تراکم ناپذیری سیال، نحوه گسسته سازی معادلات حاکم، مدل سازی سطح آزاد با تغییر شکل های بزرگ در جریان های با رینولدز بالا، نوسانات میدان فشار و توزیع همگن ذرات محاسباتی هنوز به صورت موضوعاتی بحث برانگیز مطرح می شوند که احتیاج به مطالعه و بررسی همه جانبه دارند. نخست، دو طرح جدید برای گسسته سازی مشتقات مکانی مرتبه اول و دوم در معادلات ناویر-استوکس در روش SPH معرفی شده است که نقاط ضعف طرح های موجود را برطرف کرده و خاصیت سازگاری را دارا می باشد. سپس روابطی جدید برای بهبود شبیه سازی و پیش بینی دقیق نیمرخ های سطح آزاد در گذر زمان پیشنهاد شده است. به منظور توزیع یکنواخت ذرات در SPH نیز، یک رابطه اصلاح شده الگوریتم جابجایی ذرات ارائه می شود. در حل جریان های تراکم ناپذیر سطح آزاد، با روش های صریح رایج و رویکرد تصویر فشار، متغی