شبیه سازی عددی امواج هلمبو در جریان گرانشی نفوذی با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان

10.22060/mej.2021.19129.6954

چکیده

جریان‌های گرانشی، جریان‌هایی با اهمیت و نقش گسترده در مطالعات اتمسفری و اقیانوسی هستند. جریان چگال هنگامی ایجاد می‌شود که یک سیال با چگالی متفاوت درون سیالی دیگر به‌حرکت درآید. اگر سیال با چگالی معین وارد محیط لایه‌بندی شده، شود، به‌گونه‌ای که چگالی آن از لایه‌های زیرین کمتر و از لایه‌های بالایی بیشتر باشد جریان گرانشی از نوع نفوذی است. ناپایداری‌های کلوین-هلمهلتز و هلمبو در سطح تماس این جریان‌ها دیده می‌شود. پارامترهای تعیین‌کننده در نوع ناپایداری عدد ریچاردسون موضعی (J) و نسبت ضخامت لایه برشی به لایه چگالی (R) است. در این پژوهش شبیه‌سازی عددی دو‌بعدی ناپایداری‌ سطح تماس (امواج هلمبو) با دیدگاه اویلری-اویلری در جریان گرانشی نفوذی درون کانال، بررسی شده است. برای انجام این شبیه‌سازی از کد اپن‌فوم و با توجه به آشفته بودن جریان از روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ برای مدل‌سازی آشفتگی استفاده شده است. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد، با افزایش چگالی جریان نفوذی مقدار عدد ریچاردسون کاهش و پارامتر R افزایش می‌یابد. هم‌چنین با افزایش چگالی، مقدار فرکانس امواج هلمبو ابتدا افزایش، سپس کاهش می‌یابد. علاوه بر این، مقدار طول موج امواج هلمبو با افزایش چگالی جریان نفوذی زیاد می‌شود ولی در عدد موج امواج، رفتار عکس دیده می‌شود. سرعت فاز امواج هلمبو نیز، روند مشخصی با تغییرات چگالی ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of Holmboe waves in intrusive gravity current using LES method

نویسندگان [English]

  • Sadegh Rostami Dehjalali 1
  • Ehsan Khavasi 2
  • Parsa Nazmi 1
1 Department of Mechanical Engineering, University Of Zanjan, Zanjan, Iran
2 Mechanical engineering department, University of Zanjan
چکیده [English]

Gravitational currents are important currents in atmospheric and oceanic studies. Gravity current is caused when a fluid with different density moves into another fluid. If the fluid of a given density enters the stratified ambient, such that its density is lower than the underneath layers and higher than the upper layers, the gravity current is of the intrusive type. The Kelvin-Helmholtz and the Holmboe instabilities are seen in the interface. The decisive parameters in the type of instability are the Richardson number local (J) and the ratio of shear layer thickness to the density layer (R). In this study, two-dimensional numerical simulation of the shear instabilities (Holmboe waves) with the Eulerian-Eulerian approach on intrusive gravitational flow is investigated. OpenFOAM code was used to perform this simulation, and due to the turbulence of the flow, the LES method was used to model the turbulence. The obtained results show that with increasing the intrusive current density, the value of Richardson number decreases and the R parameter increases. Also, as the density increases, the frequency of the Holmboe waves first increases, then decreases. An increase in the wavelength of Holmboe waves is observed with increasing the intrusive current density but in the wave number of the waves, the opposite behavior is seen. The phase velocity of Holmboe waves also does not have a specific trend with density changes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Intrusive gravity current
  • Richardson number
  • the ratio of shear layer thickness to density layer thickness
  • Holmboe instability