Numerical modeling of sloshing using the radial basis function collocation method
- Global styles
- Apa
- Bibtex
- Chicago Fullnote
- Help
Abstract
Bu çalışmada kap içerisinde bulunan sıvıların çalkalanma hareketleri incelenmiştir. Rijit tanklar ele alınmış, ve sıvı davranışı ağsız radial tabanlı fonksiyon kolokasyon yöntemi (RBFCM) ile sayısal olarak modellenmiştir. Çalışmada öncelikle iki boyutlu tanklar incelenmiş, potansiyel akış teorisi kullanılarak çevirisiz, sıkıştırılamaz akış için Laplace denklemi doğrusal olmayan yüzey sınır şartları ile birlikte çözülmüştür. Tank içindeki sıvının yanal, dikey ve yanal ve dikey birlikte sarsılma altındaki hareketleri incelenmiş, ve literatürdeki çözümsel, sayısal, ve deneysel sonuçlar ile kıyaslanmıştır. Küçük ve orta genlikteki dalgalar için çok iyi sonuçlar elde edilmiştir, büyük genlikteki dalgalar için ise tatmin edici sonuçlar elde edilmiştir. Sonuçta elimizdeki modelleriin literatürdeki diğer yaygın modellere rakip olabileceği gösterilmiştir. Çalışmanın geri kalanında üç boyutlu tanklar incelenmiş, bu sefer doğrusal yüzey sınır şartları ele alınmıştır. Dikdörtgen prizma ve silindir şeklindeki tanklar modellenmiştir. Bu çalışmada ek olarak Sanal Kütle (Virtual Mass) modelleri de kullanılmış, ayrıca laboratuvar deneyleri gerçekleitirilmiştir. Elde edilen modeller doğrusal kuramla kıyaslanmıştır ve çok iyi sonuçlar elde edilmiştir. Son olarak ta, gerçek boyutlardaki bir petrol tankının içindeki sıvının gerçek bir deprem altındaki davranışı incelenmiştir. Sonuçta ele alınan iki ve üç boyutlu model deneylerinde RBFCM yönteminin çalkalanma konusunun modellenmesinde etkili bir yöntem olduğu gözlemlenmiştir. Yöntem yeni olmasına rağmen ağsız oluşu ve yüksek boyutlardaki problemler için kolayca uygulanabilir olması, üstün özelliklerinden bir kaçıdır. A series of numerical models have been developed to study sloshing in 2D and 3D Rigid Tanks. The problem is approached with Potential Flow Theory and Laplace?s equation is solved with Neumann type lateral and bottom boundary conditions and with Dynamic and Kinematic free surface boundary conditions. For the numerical method to solve the initial-boundary value problem; Meshless Radial Basis Function Collocation Method is used and a predictor-corrector type time marching scheme is used with Adams-Bashworth predictors and Adams-Moulton correctors. The 2D models were verified by performing some numerical tests and comparing the results with available second or third order asymptotic analytical formulae from the literature, numerical experiments from the literature, and with lab experiments from the literature. For the 3D models, linear analytic formulae were used for verification. The results were supported with laboratory experiments, and by employing another numerical model developed using the Virtual Mass technique. Fully nonlinear boundary conditions with deformable boundaries have been used in the 2D sloshing models. The numerical tanks have been tested with linear standing wave, lateral excitation, vertical excitation and combined lateral and vertical excitation inputs. Fast convergence and excellent accuracy is obtained for the low amplitude test cases. For the high amplitude sloshing cases, some experimental techniques are used and a good accuracy is achieved. For the 3D sloshing studies, linearized mathematical formulation was used; and the RBFCM, Virtual Mass, and the Laboratory Experiment models were benchmarked by demonstrating their performances in estimating the sloshing mode shape frequencies. Finally, a sample tank from the industry was analyzed by applying real earthquake motions using the RBFCM and Virtual Mass models, and the calculated maximum wave amplitudes were compared. The numerical experiments show that the models created in this study may be utilized for the research on the optimum tank design; which may eventually lead to improvements on the design code.
Collections