بررسی رفتار مدل های آشفتگی مختلف در مدل سازی جریانbackward-facing step

در این مقاله شبیه سازی جریان backward-facing step به منظور بررسی رفتار مدل های مختلف آشفتگی با استفاده از روش های عددی المان محدود و حجم محدود برای گسسته سازی معادلات حاکم بر جریان سیال مورد مطالعه قرار گرفته است. در این تحقیق جریان مدنظر با مدل های یک و دو معادله ای به وسیله روش المان محدود و به کمک کد تجاری COMSOL و در مورد دو مدل آشفتگی تنش رینولدزی به وسیله روش حجم محدود و به کمک کد تجاری FLUENT شبیه سازی شده است. در این تحقیق جریان backward-facing step بر اساس پژوهش کوزمین و همکارانش در سال ۲۰۰۸ مدل سازی و با نتایج تجربی برگرفته از تحقیق کیم و همکارانش در سال ۱۹۸۰ صحت سنجی شده است. هندسه این جریان به صورت دوبعدی و با شرط مرزی پروفیل سرعت توسعه یافته در ورودی، فشار نسبی صفر در خروجی و دیواره های با شرط عدم لغزش شبیه سازی شده است. عدد رینولدز جریان مطابق با تحقیق کوزمین برای سیال هوا عدد ۴۷۶۲۵ بر اساس ارتفاع پله و سرعت میانگین m⁄𝑠 ۱۸.۱۹۱ در ورودی در نظر گرفته شده است. شبکه بندی موردنظر یک شبکه کاملا سازمان یافته کارتزینی با حدود ۸۰۰۰۰ المان برای ۳۰ 𝒚+=می باشد. الگویتم حل معادلات مومنتوم و پیوستگی در کد COMSOL که بر مبنای المان محدود می باشد از نوع ۱P۱+P و در کد FLUENT که بر اساس حجم محدود می باشد از نوع SIMPELC استفاده شدهاست. در نهایت پارامترهای میدان جریان داخل کانال همانند: پروفیل سرعت، گرادیان سرعت و تنش برشی، خطوط جریان داخل کانال و انرژی جنبشی آشفتگی در مدل های مختلف آشفتگی استفاده شده بررسی و تحلیل می شوند.

کلیدواژه ها:

مدل سازی جریان آشفته ، دینامیک سیالات محاسباتی ، روش حجم محدود ، روش المان محدود