بخشی از مقاله
خلاصه
در این مطالعه به بررسی ناپایدار و دو بعدی جریان آرام اطراف یک استوانه ثابت در اعداد رینولدز مختلف <1000 - - 20<Re پرداخته شدهاست، هدف در این شبیهسازی بررسی تغییرات ضریب دراگ و لیفت و همچنین محاسبه عدد استروحال - strouhal number - و فرکانس تشکیل گردابه - vortex shedding frequency - در پشت استوانه به کمک روش FFT - Fast Fourier Transform - است و با نتایج تجربی مورد ارزیابی قرار گرفته است، که حل عددی در این شبیهسازی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی - CFD - و به کمک نرمافزار متن باز openfoam صورت گرفت و هندسه مسئله توسط ابزار [1] blockMeshDictداخل نرمافزار openfoam مدل شده و شبکهبندی به کمک مش سازمان یافته صورت گرفتهاست.
.1 مقدمه
یکی از مسائل مهمی که هم از لحاظ آکادمیکی و هم از لحاظ صنعتی حائز اهمیت است مبحث جریانهای خارجی هستندکه من جمله میتوان به عبور جریان سیال بر روی یک استوانه، airfoil و... اشاره کرد. در کار حاضر عبور سیال از روی یک استوانه ثابت مورد بررسی قرار گرفته است، محدودهی رژیم جریان که با عدد بدون رینولدز مشخص می-شود[2]بین 20 تا - 20 Re 1000 - 1000 است که این بازه جزء جریان آرام محسوب میشود.
ویلیام سون و برون - 1998 - یک رابطه تجربی برای عدد رینولدز و عدد استروحال در محدودهی - - 50 Re 1000 ارائه کردند، آنها این رابطه را با وابستگی عدد استروحال به پهنای گردابه تشکیل شده در پشت استوانه بدست آوردند، که نه تنها به قطر فیزیکی جسم، بلکه به مشخصات جدایش روی جسم که بر اثر تنش برشی رخ میدهد نیز وابستگی دارد، نتایج بدست آمده به این صورت بود که برازش دو و سه جمله از دادههای تجربی کمترین میزان خطا را دارد.[4]
بارکلی و هندرسون - - 1996 پایداری دنبالهی تشکیل شده در پشت استوانه را در اعداد - 140 Re 300 - به صورت عددی آنالیز کردند، آنها با استفاده از روش المان طیفی معادلههای ناویه استوک و پیوستگی را گسسته کرده و سپس با روش Gauss-lobatto چند جملهایها را به طریق عددی حل کردند، نتایج بررسی آنها نشان داد که دنبالههای دو بعدی در پشت استوانه در عدد رینولدز بحرانی - - Re=188/1 5 به دنبالههای غیر خطی ناپایدار سه بعدی تبدیل میشوند، درRe= 259 این حالت کاملا اتفاق افتادهاست.[5]
لیسنکو و همکاران - - 2012 با استفاده از تکنیک LES - Large Eddy Simulation - در عدد رینولدز 3900 و عدد ماخ 0,2 جریان اطراف استوانه را مورد بررسی قرار دادند، شبیهسازی عددی آنها با استفاده از روش حجم محدود مرتبه دوم و همچنین بهکار بردن الگوی - scheme - تفاضل میانی برای جملهی حرکت توده بود، مدل مورد استفادهی آنها - بوده است و شبیهسازی را با نرم افزار متن باز openfoam انجام دادند، هدف اصلی، سنجیدن و قابلیت اجرای تقریب LES برای پیشبینی جریان آشفته بودهاست، آنها به بررسی ضریب دراگ، لیفت و فشار اطراف استوانه پرداختند و با دادههای تجربی مقایسه کردند.[6]
ورشنی - 2012 - ساختار گردابهها در پشت یک استوانه مایل را آزمایشگاهی مورد بررسی قرار داد، قطر استوانه بین 0,5mm تا 3,5mm و عدد رینولدز بین 150 تا 2000 انتخاب کرد و استوانه در معرض سیال با زاویهی حمله از 30 تا 90 درجه نصب شده بود، نتایج بدست آمده این گونه بود که وقتی زاویه حمله از 60 تا 30 درجه کاهش پیدا میکند، فرکانس تشکیل گردابه از 0,9 تا 1,15 هرتز تغییر میکند که دراین حالت با تغییر عدد رینولدز تقریبا ثابت است، و به علاوه به این نتیجه رسید که گردابهها در Re 700 کاملا پایدار هستند و در Re 1000 به سرعت ازبین میروند که پایداری این گردابهها به زاویهی حمله نیز وابستهاست، و به این نکته پی برده شد که در زاویهی حمله 45 درجه گردابهها کاملا پایدار هستند و در زاویههای حمله کمتر و بیشتر از 45 درجه، ورتکسها شروع به ناپایداری میکنند.[7]
هدف در کار حاضر محاسبهی ضرائب دراگ و لیفت و رسم آنها برحسب زمان، میانگین ضریب دراگ و حداکثر ضریب لیفت برحسب عدد Re بوده و رابطهی بین Re-St نیز محاسبه و رسم شده و با رابطهی تجربی مقایسه شدهاست، استفاده از نرم افزار openfoam و انتخاب بهترین حلگر برای این شبیهسازی و بررسی استقلال حل از شبکهبندی از دیگر اهداف این شبیهسازی بودهاست.
