تحلیل و مقایسه روش شبیه سازی گردابه های بزرگ (LES) و گردابه های جداشده (DES) با دقیق ترین مدل های RANS در پیش بینی جریان پله بازگشتی

مدل سازی دقیق جریان های آشفته به ویژه در هندسه های همراه با جدایش جریان، یکی از چالش های اساسی در دینامیک سیالات محاسباتی است. در پژوهش حاضر، جریان روی پله بازگشتی (Backward-Facing Step) با عدد رینولدز ۴۷۶۲۵ به عنوان بستری جهت ارزیابی رفتار مدل های آشفتگی مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف اصلی، مقایسه عملکرد رهیافت های میانگین گیری رینولدزی (RANS) با روش های پیشرفته تر شبیه سازی گردابه های بزرگ (LES) و شبیه سازی جداشده (DES) است. معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود و الگوریتم SIMPLEC بر روی یک شبکه سازمان یافته کارتزینی گسسته سازی و حل شده اند. صحت سنجی نتایج با استفاده از داده های تجربی کیم و همکاران انجام پذیرفت. نتایج نشان داد که روش LES با زیر مدل Smagorinsky با خطای ۸۳/۱درصد، دقیق ترین پیش بینی را از طول بازگشت جریان ارائه می دهد، در حالی که مدل های RANS اگرچه در پیش بینی کلیات جریان موفق بوده اند، اما توانایی کمتری در بازتولید ساختارهای گردابه ای ناپایدار و نوسانات جریان داشته اند. همچنین روش DES با خطای ۷۶/۶ درصد عملکردی بینابین از خود نشان داد. این مطالعه برتری روش های وابسته به زمان (LES) را در تحلیل فیزیک دقیق جریان های دارای گرادیان فشار نامساعد شدید تایید می کند.

کلیدواژه ها:

مدلسازی جریان آشفته ، دینامیک سیالات محاسباتی ، روش حجم محدود ، LES ، DES