بررسی عددی تاثیر مدل‌های مختلف مرز ورودی برمشخصه‌های جریان لایه مرزی آشفته با رهیافت شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ

Abstract

در این مطالعه اثر سه مدل مختلف مرز ورودی بر مشخصه‌های جریان لایه مرزی آشفته روی صفحه تخت بررسی شده است. مدل‌های مرزی مورد بررسی شامل پروفیل سرعت ورودی یکنواخت با آشفته‌سازی توسط تریپ، مدل مرز ورودی مبتنی بر حل اولیه (تی وی ام اف) و مدل بازمقیاس-بازنگاشتی لاند، در رهیافت شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ قابل استفاده است. شبیه‌سازی جریان با رهیافت شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ و ضریب اسماگورینسکی دینامیکی در نرم‌افزار اوپنفوم انجام شده است. همچنین اعتبارسنجی روش عددی با کمک نتایج حل عددی مستقیم و تحلیلی انجام شده است. مقایسه ضریب اصطکاک پوسته‌ای با روابط تحلیلی نشان می‌دهد که حداکثر انحراف در شبیه‌سازی با مدل‌های مرزی مبتنی بر حل اولیه، لاند و آشفته‌سازی توسط تریپ به ترتیب %3/4، %5/4 و %2/19 است. بعلاوه در‌حالیکه مقدار و روند توسعه ضخامت‌های انتگرالی، مولفه-های سرعت و سایر مشخصه‌های جریان در شبیه‌سازی با شروط مرزی مبتنی بر حل اولیه و لاند انطباق مناسبی با نتایج شبیه‌سازی مستقیم عددی دارند، نتایج استفاده از تریپ انحراف بیشتری از نتایج شبیه‌سازی مستقیم عددی دارند. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که استفاده از مدل‌های مرز ورودی مبتنی بر حل اولیه و لاند در شبیه‌سازی با رهیافت شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ، مناسب‌تر بوده و در کاهش هزینه محاسبات کاملاً موثر است.