مجله مهندسی مکانیک

مجله مهندسی مکانیک

بررسی عددی انتقال حرارت در لایه های اختلاطی جریان آشفته سیال تراکم پذیر در هندسه مکعبی با استفاده از روش گردابه های بزرگ

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کاشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز
2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز
3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز
چکیده
در این مقاله تمرکز بر روی سیال تراکم پذیر می ‌باشد که تا کنون در هندسه با ابعاد خیلی بزرگ و سرعت بالا شبیه سازی صورت نگرفته است. همچنین روش گردابه های بزرگ نسبت به روش های شبیه سازی عددی دیگر، دقت بالاتری در مدل سازی جریان آشفته دارد. هندسه مورد نظر یک مکعب است که در ابعاد 30 متر می باشد، و شبیه سازی در دو حالت مکانی و زمانی به صورت جداگانه برای 100 ثانیه انجام شده است. ورودی ها در حالت های مختلف متفاوت است؛ به این صورت که برای حالت مکانی دو ورودی هم جهت با سرعت های متفاوت، و برای حالت زمانی دو ورودی با جهت های مخالف و با سرعت های یکسان در نظر گرفته شده است. نتایج کلی که از این شبیه سازی به دست آمد، نشان داد که در حالتی که ورودی ها کنار یکدیگر هستند و گرادیان سرعت بیشتر است، شاهد آشفتگی، انرژی جنبشی و قدرت بیشتر گردابه ها و اندازه بزرگتر آنها هستیم. اما در حالت زمانی به علت اینکه ورودی ها از یکدیگر فاصله دارند، تقابل به خوبی صورت نگرفته بنابراین قدرت گردابه ها کمتر و گردابه های کوچکتر و پخش کمی نسبت به حالت مکانی مشاهده گردید. 
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] R. H. Kraichnan, "Eddy viscosity in two and three dimensions," Journal of Atmospheric Sciences, vol. 33, no. 8, pp. 1521-1536, 1976, doi: https://doi.org/10.1175/1520-0469(1976)033<1521:EVITAT>2.0.CO;2.
 
[2] D. K. Lilly, "The representation of small-scale turbulence in numerical simulation experiments," in Proc. IBM Sci. Comput. Symp. on Environmental Science, 1967, pp. 195-210, doi: https://doi.org/10.2208/jscej.1999.628_97.
 
[3] J. Deardorff, "The use of subgrid transport equations in a three-dimensional model of atmospheric turbulence," 1973, doi: https://doi.org/10.1115/1.3447047.
 
[4] J. Smagorinsky, "General circulation experiments with the primitive equations: I. The basic experiment," Monthly weather review, vol. 91, no. 3, pp. 99-164, 1963, doi: https://doi.org/10.1175/1520-0493(1963)091<0099:GCEWTP>2.3.CO;2.
 
[5] J. W. Deardorff, "A numerical study of three-dimensional turbulent channel flow at large Reynolds numbers," Journal of Fluid Mechanics, vol. 41, no. 2, pp. 453-480, 1970, doi: https://doi.org/10.1017/S0022112070000691.
 
[6] U. Schumann, "Subgrid scale model for finite difference simulations of turbulent flows in plane channels and annuli," Journal of computational physics, vol. 18, no. 4, pp. 376-404, 1975, doi: https://doi.org/10.1016/0021-9991(75)90093-5.
 
[7] W. Zhang, M. Wan, Z. Xia, J. Wang, X. Lu, and S. Chen, "Constrained large-eddy simulation of turbulent flow over inhomogeneous rough surfaces," Theoretical and Applied Mechanics Letters, vol. 11, no. 1, p. 100229, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.taml.2021.100229.
 
[8] B. Vreman, B. Geurts, and H. Kuerten, "Large-eddy simulation of the turbulent mixing layer," Journal of fluid mechanics, vol. 339, pp. 357-390, 1997, doi: https://doi.org/10.1017/S0022112097005429.
 
[9] D. Modesti, S. Sathyanarayana, F. Salvadore, and M. Bernardini, "Direct numerical simulation of supersonic turbulent flows over rough surfaces," Journal of Fluid Mechanics, vol. 942, p. A44, 2022, doi: https://doi.org/10.1017/jfm.2022.393.
 
[10] G. De Stefano, E. Brown-Dymkoski, and O. V. Vasilyev, "Wavelet-based adaptive large-eddy simulation of supersonic channel flow," Journal of Fluid Mechanics, vol. 901, p. A13, 2020, doi: https://doi.org/10.1017/jfm.2020.536.
 
[11] M. Sayed, M. Hadžiabdić, A. Dehbi, B. Ničeno, and K. Mikityuk, "Simulation of flow and heat transfer in a differentially heated cubical cavity using coarse Large Eddy Simulation," International Journal of Thermal Sciences, vol. 183, p. 107892, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2022.107892.
 
[12] N. Muhammad, M. M. Lashin, and S. Alkhatib, "Simulation of turbulence flow in OpenFOAM using the large eddy simulation model," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, vol. 236, no. 5, pp. 2252-2265, 2022, doi: https://doi.org/10.1177/09544089221109736.
 
[13] A. W. Vreman, "Direct and large-eddy simulation of the compressible turbulent mixing layer," 1995, doi: https://doi.org/10.3990/1.9789090088846.
 
 
[14]         Q. Guan, J. Liang, M. Sun, L. Zhang, and W. Chen, "Large eddy simulation of supersonic mixing layers using a compressible filtered mass density function method," Aerospace Science and Technology, vol. 124, p. 107425, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.ast.2022.107425.
 
[15] A. Leonard, "Energy cascade in large-eddy simulations of turbulent fluid flows," in Advances in geophysics, vol. 18: Elsevier, 1975, pp. 237-248.
 
[16] K. P. Griffin, L. Fu, and P. Moin, "Velocity transformation for compressible wall-bounded turbulent flows with and without heat transfer," Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 118, no. 34, p. e2111144118, 2021, doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2111144118.

  • تاریخ دریافت 25 اردیبهشت 1403
  • تاریخ بازنگری 17 تیر 1403
  • تاریخ پذیرش 21 مرداد 1403