شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ جریان آشفته در یک مجرای مربعی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 2، دوره 31، شماره 1 - شماره پیاپی 21، اسفند 1398، صفحه 13-22   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v31i1.84947

نویسندگان

امین رسام^{* 1}؛ زینب پورانصاری²؛ محمدرضا زنگنه³

¹دانشگاه شهیدبهشتی

²علم و صنعت ایران

³دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

در این تحقیق، شبیه‌سازی عددی گردابه‌های بزرگ جریان آشفته با استفاده از مدل زیرشبکۀ اسماگورینسکی دینامیکی (DS) در یک مجرای مربعی در عدد رینولدز اصطکاکی ۱۸۰=  انجام و نتایج حاصل از آن مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای مشخص شدن دقّت شبیه‌سازی با مدل DS، نتایج با داده‌های مرجع حاصل از شبیه‌سازی عددی به روش مستقیم مقایسه شده‌اند. همچنین، برای بررسی تأثیر مدل DS، یک شبیه‌سازی عددی بدون مدل زیرشبکه نیز انجام شده و نتایج آن با مدل DS مقایسه شده است. شبیه‌سازی‌های عددی با استفاده از روش حجم محدود و با دقّت مرتبۀ دوم، برای گسسته‌سازی معادلات ناویر-استوکس، انجام شده‌اند. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که نتایج مدل زیرشبکۀ DS، در شبکۀ مورد استفاده، مطابقت خوبی با داده‌های شبیه‌سازی مستقیم، برای کمّیت‌‌های سرعت متوسط و تنش‌های رینولدز، داشته و بهبود قابل‌ملاحظه‌ای در نتایج شبیه‌سازی با مدل زیرشبکۀ DS نسبت به شبیه‌سازی بدون مدل زیرشبکه مشاهده می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

شبیه‌سازی گرادبه‌های بزرگ؛ مدل اسماگورینسکی دینامیکی؛ جریان آشفته؛ مجرای مربعی

سایر فایل های مرتبط با مقاله

EA2-rasam-Nahayi.pdf

مراجع

1. Vinuesa, R., Noorani, A., Lozano-Duran, A., Khoury, G.K.E., Schlatter, P., Fischer, P.F. and Nagib, H.M., "Aspect ratio effects in turbulent duct flows studied through direct numerical simulation", Journal of Turbulence, 15(10), pp. 677-706, (2014).

2. Gessner, F., "The origin of secondary flow in turbulent flow along a corner", Journal of Fluid Mechanics, 58(1), pp. 1-25, (1973).

3. Gessner, F. and Jones, J., "On some aspects of fully-developed turbulent flow in rectangular channels", Journal of Fluid Mechanics, 23(4), pp. 689-713, (1965).

4. Huser, A. and Biringen, S., "Direct numerical simulation of turbulent flow in a square duct", Journal of Fluid Mechanics, 257, pp. 65-95, (1993).

5. Pinelli, A., Uhlmann, M., Sekimoto, A. and Kawahara, G., "Reynolds number dependence of mean flow structure in square duct turbulence", Journal of Fluid Mechanics, 644, pp. 107-122, (2010).

6. Pirozzoli, S., Modesti, D., Orlandi, P. and Grasso, F., "Turbulence and secondary motions in square duct flow", Journal of Fluid Mechanics, 840, pp. 631-655, (2018).

7. Zhang, H., Trias, F.X., Gorobets, A., Tan, Y. and Oliva, A., "Direct numerical simulation of a fully developed turbulent square duct flow up to Reτ= 1200", International Journal of Heat and Fluid Flow, 54, pp. 258-267, (2015).

8. Hebrard, J., Metais, O. and Salinas-Vasquez, M., "Large-eddy simulation of turbulent duct flow: heating and curvature effects", International Journal of Heat and Fluid Flow, 25(4), pp. 569-580, (2004).

9. Xu, H. and Pollard, A., "Large eddy simulation of turbulent flow in a square annular duct", Physics of Fluids, 13(11): pp. 3321-3337, (2001).

10. Sagaut, P., "Large eddy simulation for incompressible flows: an introduction", Springer Science & Business Media, (2006).

11. Germano, M., Piomelli, U., Moin, P. and Cabot, W.H., "A dynamic subgrid‐scale eddy viscosity model", Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, 3(7), pp. 1760-1765, (1991).

12. Lilly, D.K., "A proposed modification of the Germano subgrid‐scale closure method", Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, 4(3), pp. 633-635, (1992).

13. Archambeau, F., Mechitoua, N. and Sakiz, M., "Code Saturne: A finite volume code for the computation of turbulent incompressible flows-Industrial applications", Journal of Finite Volumes, 1(1): pp. 1-62, (2004).

14. Rasam, A., Wallin, S., Brethouwer, G. and Johansson, A.V., "Large eddy simulation of channel flow with and without periodic constrictions using the explicit algebraic subgrid-scale model", Journal of Turbulence, 15(11), pp. 752-775, (2014).

15. Rasam, A., Wallin, S., Brethouwer, G. and Johansson, A.V., "Improving separated-flow predictions using an anisotropy-capturing subgrid-scale model", International Journal of Heat and Fluid Flow, 65, pp. 246-251, (2017).

16. Hoffmann, K.A. and Chiang, S.T., "Computational fluid Dynamics", Vol. I, Engineering Education System, (2000).

17. Rasam, A., Brethouwer, G., Schlatter, P., Li, Q. and Johansson, A.V., "Effects of modelling, resolution and anisotropy of subgrid-scales on large eddy simulations of channel flow", Journal of Turbulence, (12): pp. N10, (2011).

18. Pope, S.B., "Turbulent flows", IOP Publishing, (2001).