شبیه‌سازی عددی پدیده گذار داخلی با استفاده از مدل اصلاح شده γ-Reθ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 تربیت مدرس

3 شریف*مکانیک

چکیده

شبیه‌سازی عددی پدیده گذار یکی از چالش‌ها در شبیه‌سازی جریان‌های آشفته در هر دو نوع از جریان‌های داخلی و خارجی است. در مطالعه حاضر، ضرایب مدل گذار چهار معادله‌ای γ-Reθ بر اساس فیزیک گذار در جریان داخلی به نحوی اصلاح می‌شود که طول ورودی در جریان داخلی بدرستی پیش‌بینی شود. برای اعتبارسنجی مدل اصلاح شده، جریان داخلی در شش هندسه کاملا متفاوت شبیه‌سازی شد تا جامعیت مدل و عدم وابستگی آن در پیش‌بینی پدیده گذار در فیزیک‌های مختلف مشخص شود. جریان درون مجرای سه بعدی، دو لوله متقارن محوری، یک لوله تنگ شونده-بازشونده، دو صفحه موازی و پله معکوس در محدوده‌ اعداد رینولدز 103×2 تا 105×3 شبیه‌سازی گردید. متغیرهای جریان نظیر سرعت متوسط، ضریب اصطکاک پوسته‌ای، ضریب اصطکاک در ناحیه توسعه یافته و طول بازچسبانی با نتایج تجربی، تئوری و نتایج حاصل از شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ مقایسه شد. با مقایسه نتایج سرعت متوسط با روابط نیمه تجربی و داده‌های تجربی، مشاهده شد که مدل اصلاح شده توانایی تخمین مناسبی از طول ورودی در جریان داخلی را در مقایسه با داده‌های تجربی دارد. علاوه‌براین، مقدار خطا در پیش‌بینی ضریب اصطکاک در ناحیه توسعه یافته و طول بازچسبانی با استفاده از ضرایب اصلاح شده به ترتیب بیش از 6/7 و 7/26 درصد در مقایسه با مدل‌های پیشین کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of internal flow transition using modified γ-Reθ model

نویسندگان [English]

  • Mohamad Ali Modaresi 1
  • Ghassem Heidarinejad 2
  • Reza Maddahian 1
  • Bahar Firoozabadi 3
1 Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Faculty of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Sharif University of Technology
چکیده [English]

Numerical investigation of Transition is one of the challenging issues in turbulence modeling, both in the external and internal flows. In the present study, the coefficients of the four-equation γ-Reθ model are modified based on the physics of internal flow transition to capture the entrance length of the internal flow. The entrance length has a significant influence on industrial applications, including the design of flow-meter systems and wind tunnels. To validate the model, the internal flow is simulated using six different test cases. A 3-D duct, Two smooth axisymmetric pipes, a 3-D stenosis pipe, two parallel plates, and the backward-facing step configurations are considered at different Reynolds numbers from 2103 to 3105. The flow variables, including the average velocity field, friction factor, fully developed friction factor, and the reattachment length are compared against the experimental, theoretical and large eddy simulation results. By comparing the results of average velocity against the semi-empirical relations and experimental data using new coefficients, it is observed the model could estimate the entrance length of the internal flow in accordance with experiments. The earlier coefficients lead to a reduction of entrance length by increasing Reynolds number. Furthermore, the error percentage reduce more than 7.6 and 26.7 percent using new coefficients rather than earlier models to predict the flow variables including fully developed friction factor and reattachment length, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Internal Flow
  • &gamma
  • -Re&theta
  • Model
  • RANS
  • numerical simulation