بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش، عملکرد روش PANS در شبیهسازی جریان آشفته با عدد رینولدز 140,000 حول یک استوانه با مقطع دایرهای بهصورت عددی مورد ارزیابی قرار گرفته است. جریان اطراف یک استوانه محک مناسبی برای سنجش این روش به شمار میرود.
در این راستا، جهت بررسی دقیق جریان، مدل سازی به صورت سه بعدی انجام شده و برای حل عددی معادلات از نرم افزار فلوئنت1 استفاده شده و معادلات میانگین گیری شده جزئی ناویر-استوکس - PANS - با استفاده یو – دی – اف2 به نرم افزار فلوئنت اعمال شده است. نتایج بدست آمده از روش پنس با نتایج تجربی موجود و سایر مدل سازی های عددی مقایسه شده که نشان میدهد روش پنس تطابق قابل قبولی با نتایج تجربی داشته و همچنین نسبت به روش های دو معادلهای دیگر دقیق تر است.
-1 مقدمه
از آنجا که شبیه سازی مستقیم معادلات ناویر استوکس با محدودیتهای سخت افزاری مواجه بوده و همچنین زمان بر و پر هزینه می باشد، استفاده از مدلهای آشفتگی اجتناب ناپذیر است. با استفاده از رهیافتهای موجود در شبیه سازی جریان آشفته که روز به روز بر دقت و قدرت آنها درپیش بینی بهتر جریان های مختلف افزوده می گردد، می توان داده های بهتری را برای کاربرد های علمی و صنعتی بدست آورد.
تاکنون از روش های شبیه سازی جریان های آشفته در هندسه ها و جریان های مختلف استفاده شده و با مقایسه آنها، دقت و قدرت هر کدام از این روشها در تحقیقات مختلف گزارش شده است.
رمضانی زاده و همکاران[1] 3 به مطالعه اثر ورود جت سه تایی به جریان اصلی که توسط جوادی و همکاران 2] و [3 معرفی شده بود در سه نرخ مختلف سرعت ورودی جریان اصلی 0/5، 1 و 1/5 از طریق روش شبیه سازی گردابه های بزرگ پرداختهاند. بررسی های آنها نشان می دهد که با افزایش نرخ سرعت، نرخ نفوذ جت در جریان اصلی افزایش می یابد که موجب افزایش اختلاط بیشتر جت با جریان اصلی خواهد شد همچنین زمانی که جت وارد جریان اصلی میشود یک رژیم بسیار چرخشی با عنوان سی-آر- وی- پی4 - گردابه های دو تایی ناهمسانگرد - تشکیل می دهد.
زمانی که فاصله در راستای X از محل خروج جت افزایش می یابد، تمرکز سی-آر-وی-پی در تمامی نرخ سرعت ها افزایش می یابد که اصلی ترین تاثیر این رفتار چرخشی مخلوط شدن جت با جریان اصلی است. بازدیدی و جهرمی[4] به بررسی استفاده از مدل جبری ضمنی - مدل آی- ای- اف – اف راجرز و همکاران - 5 برای پیش بینی شار حرارت آشفته در خنک کاری لایه ای که با مدل رینولدز پایین - اس- ام – سی - ترکیب شده، پرداخته اند. با توجه به بررسی انجام شده بارزترین اختلاف بین نتایج روش اس-ای– دی و روش آی – ای – اف در مؤلفه در راستای جریان شار حرارتی آشفته مشخص میگردد.
در مجاورت دیواره مؤلفه های عمود به دیواره و جانبی شار حرارتی آشفته که با روش های جی- جی- دی – اچ و آی- ای– اف بدست آمده به طور قابل ملاحظه ای بالاتر از نتایج مدل اس – ای – دی می باشد. گریماجی و همکاران6 [5] در سال 2006 به بررسی روش پنس و مقایسه نتایج آن با مدل سازی یو- رنس7 پرداختند. نتایج حاصل از تحقیق آنها نشان داد که روش پنس بسیار بهتر از روش یو-رنس بر روی مانع8 میباشد. و با تنظیم فیلتر کنترلی انرژی جنبشی - fk - می توان مقیاسهای ناپایای بیشتری را رصد کرد.
لاکشیمپاتی و گریماجی در سال 2009 [6] بعد ها به بررسی جریان حول استوانه با استفاده از مدل سازی پنس کی-امگا پرداخته و نتایج بدست آمده را با نتایج پنس کی-اپسیلون مقایسه کردند. نتایج نشان میدهد که روش پنس کی–امگا در نزدیک دیواره نتایج بهتری را در مقایسه با مدل سازی پنس کی-اپسیلون بدست می دهد. در این تحقیق تلاش شده است
مزایا و کاستیهای روش میانگین گیری از معادلات ناویر استوکس - - PANS در مقایسه با نتایج تجربی موجود و نتایج عددی مدل های دو معادله ای k-ω SST و k-ω استاندارد مورد بررسی قرار گیرد تا جایگاه این روش از نظر دقت محاسباتی مشخص گردد. جهت بررسی این مسئله، تولید شبکه در نرم افزار گمبیت و تحلیل جریان در نرم افزار فلوئنت انجام شده ولی از آنجا که نرم افزار فلوئنت قابلیت تحلیل جریان به روش های وی– ال– ای– اس که روش پنس نیز زیر مجموعه آن میباشد را ندارد لذا جهت ایجاد قابلت حل جریان به روش پنس، یو– دی– اف هایی در زبان برنامه نویسی C++ نوشته شده و به نرم افزار فلوئنت کوپل شده است.
این اقدام منجر گردیده تا همزمان بتوانیم هم از قدرت نرم افزار فلوئنت در حل دقیق تر و سریعتر جریان آشفته حول هندسه-های پیچیدهتر استفاده کنیم و هم از بستر ایجاد شده از کد نویسی، بتوانیم روش پنس را در تحلیل مربوطه بکار بریم.
-2 جریان آشفته و معادلات حاکم بر روش پنس
سه روش اصلی که برای محاسبه جریان های آشفته استفاده می شوند عبارتند از: شبیه سازی عددی مستقیم - دی–ان-اس - 9 ، شبیه سازی گردابه های بزرگ - ال–ای-اس - 10 و رهیافت آماری بر پایه معادلات ناویر– استوکس میانگین گیری شده رینولدز - رنس - .11 در دهه های اخیر نیز روش های جدیدی که مابین روش های فوق طبقه بندی میگردد بسیار مورد توجه قرار گرفته است که یک از این روش ها "شبیه سازی گردابه های بسیار بزرگ - وی-ال-ای–اس - "12 میباشد. هر کدام از روش های فوق با توجه به نحوه حل معادلات ناویر-استوکس در طیف انرژی آشفته که در شکل1 نشان داده شده، طبقه بندی می گردند.
