واسنجی مدل اسماگورینسکی جهت شبیه سازی جریان درون حفره و مقایسه نتایج در شبکه های متمرکز و جابجا شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی عمران، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

چکیده

در این مقاله، جریان سیال درون حفره به صورت دو بعدی شبیه­سازی شده است. به منظور مدل نمودن اثرات آشفتگی از روش شبیه­سازی گردابه­های بزرگ و برای در نظر گرفتن اثرات زیر شبکه­ای گردابه­های کوچک، از مدل زیر شبکه اسماگورینسکی استفاده شده است. در این روش، ضریب اسماگورینسکی مقدار ثابتی بوده که می­بایست به صورت تجربی مشخص شود. مقادیر پیشنهادی توسط سایر محققین در محدوده [0.065-0.25] است. در این تحقیق، شبکه های متمرکز و جابجا شده در تحلیل جریان درون حفره مورد استفاده قرار گرفته و نتایج برای مقادیر مختلف ضریب اسماگورینسکی با یکدیگر مقایسه شد. همچنین توزیع سرعت در قسمت های مختلف حفره مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج عددی نشان می­دهد، مدلهای تهیه شده در این تحقیق با منظور نمودن ضریب اسماگورینسکی در بازه [0.5-0.7] با دقت خوبی قادر به شبیه سازی اینگونه مسائل هستند. همچنین استفاده از شبکه جابجا شده در مقایسه با شبکه متمرکز،  به نتایج دقیق­تری منجر می­شود. با افزایش عدد رینولدز، گرادیان سرعت افقی و قائم در محل دیواره افزایش و در قسمت میانی حفره کاهش می­یابد. همچنین شبکه­های متمرکز و جابجا شده در اعداد رینولدز پائین نتایج نسبتاً یکسانی در پیش­بینی سرعت افقی و قائم در مرکز حفره ارائه می­نمایند. اما با افزایش عدد رینولدز، نتایج به دست آمده توسط شبکه جابجا شده از دقت بیشتری برخوردار بوده و نیز گرادیان سرعت افقی و قائم در شبکه متمرکز کمتر از مقادیر پیش بینی شده توسط شبکه جابجا شده است.

کلیدواژه‌ها


[1] Smagorinsky J, General Circulation Experiments With The Primitive Equations, Mon. Weath.  Rev.  Vol. 91(3):  99–164, 1992..
[2] Ghia U., Ghia K.N. and Shin C.T, High-Re Solutions for Incompressible Flow Using the Navier-Stokes Equations and a Multigrid Method, Journal of Computational Physics, Vol 48:  387-411, 1982.
[3] Prasad A.K. and Koseff R., Reynolds number and end-wall effects on a lid-driven cavity flow, Journal of  Phys. Fluid , 208-218, 1998.
[4] Sheu T.W.H. and Tsai S.F., Flow topology in a steady three-dimensional lid-driven cavity, International Journal Computers & Fluids. Vol 31: 911–934, 2002.
[5] Peng Y.F., Shia Y.H. and Hwang R.R., Transition in a 2-D lid-driven cavity flow, International Journal Computers & Fluids. Vol 32:337–352, 2003.
[6] Bruneau C.H. and Saad M., The 2D lid-driven cavity problem revisited, International Journal Computers & Fluids. Vol 35:326–348, 2006.
 [7] Gorkan A., Battaglia F., Fox R.O., Hill J.C. and Reveilon J., Large eddy simulations of incompressible turbulent flows using parallel computing techniques, Int. J. Numer. Meth. Fluids, Vol 56: 1819–1843, 2008.
 [8] Anupindi K., Lai W. and Frankel S., Characterization of oscillatory instability in lid driven cavity flows using Lattice Boltzmann method, Computers & Fluids, Vol. 92: 7-21, 2014.
[9] Safdari A. and Kim K.C., Lattice Boltzmann simulation of the three-dimensional motions of particles with various density ratios in lid-driven cavity flow, Applied Mathematics and Computation. Vol. 265: 826-843, 2015.
[10] Li Z. and Wood A., ccuracy analysis of an adaptive mesh refinement method using benchmarks of 2-D steady incompressible lid-driven cavity flows and coarser meshes, Journal of Computational and Applied Mathematics. Vol. 275, 262-271, 2015.
[11] Hua Z., Zhenga X.,  Maa Q.W. and  Duana W.Y., 2015. "Fluid Flow in a Cavity Driven by an Oscillating Lid by an Improved Incompressible SPH", Procedia Engineering, Vol. 126, 275:279.
[12] Sousaa R.G., Pooleb R.J., Afonsoa A.M., Pinhoc F.T., Olivierad P.J., Morozove A., Alvesa M.A.,. Lid-driven cavity flow of viscoelastic liquids, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, in press, 2016.
[13] Rhie C.M. and Chow W.L, Numerical study of the turbulent flow past an airfoil with trailing edge separation, AIAA Journal, Vol 21,  1525-1532, 1983.
[14] Versteeg H.K. and Malalaskera  W,. An introduction to Computational Fluid Dynamics, The Finite Volume  Method, Harlow, UK: Longman, 1995.