Нумеричко моделирање отворених токова засновано на праћењу флуидних делића

Abstract

У докторској дисертацији се анализира практична страна примене у хи- дротехници, једне од најпознатијих представника нумеричких метода које не захтевају рачунску мрежу, која се на енглеском језику назива Smoothed Particle Hydrodynamics (скраћено SPH). Применљивост методе испитана је коришћењем две варијанте методе, једне која служи за нумеричко мо- делирање просторног струјања и друге која служи за моделирање стру- јања у хоризонталној равни. С обзиром на то да су разматране варијанте методе нумерички неконзистентне и да досадашњим теоријским анали- зама није потврђена стабилност методе, постојао је интерес да се у раду на примерима из хидротехничке праксе оцени тачност методе. Такође, с обзиром да је метода изворно намењена моделирању изразито неуста- љених појава, а да има одређене предности које би се и у другим слу- чајевима могле искористити, анализирана је применљивост методе и у моделирању устаљених појава. У анализи су коришћена два стандардна SPH модела која су у току израде дисертације допуњена (измењена) како би се решавали изабрани проблеми из области хидраулике отворених то- кова. Тачност SPH методе је оцењивана у решавању проблема рушења бране, бурног течења у закривљеним цевима и струјања на моделу речне кривине. Допуне коришћених модела су се односиле на проблеме дефи- нисања граничних услова, моделирања дисипације механичке енергије и одређивања притиска приликом интеракције флуида и чврстих тела...

The application of the Smoothed Particle Hydrodynamics method (SPH) in free surface flow modelling is analysed in this dissertation. For this purpose, two different versions of the SPH model are used. The first model deals with the 3D flow, while the second one is used for solving shallow water equations. Since the previous theoretical analyses have not confirmed stability of the SPH method, there was an interest to assess the accuracy of the SPH method in different engineering problems. In addition to the analysis of unsteady phenomena, special attention is given to the assessment of the method’s ability to simulate steady flow. The accuracy of the SPH method is evaluated in solving dambreak problems, the supercritical flow in a circular bend and the 2D-flow in natural watercourses. Two standard SPH models are used in this dissertation, both of which were modified (improved) in order to simulate the studied phenomena. Modifications of the models are made to obtain proper modelling of boundary conditions, energy dissipation process and fluid-structures interaction...