شبیه‌سازی صعود پَره دودکش با استفاده از روش ترکیبی دینامیک شاره‌های محاسباتی RANS-LES در شرایط خنثای جوّی

Abstract

اغلب سامانه­ها در طبیعت دارای دینامیک غیرخطی هستند و خطی­سازی آنها تنها یک فرض ساده­کننده است. تلاطم در جریان­های جوّی نیز اغلب حاکم است و آرام بودن یا آرام فرض کردن آنها، به‌ عنوان ساده­سازی مسأله تلقی می­شود. در صعود و پراکنش پَره دودکش Plume) (Stack، بویژه در فواصل نزدیک به آن، تلاطم جوّی و تلاطم ناشی از پَره دود خروجی از دودکش تأثیر قابل توجهی دارند. هدف اصلی این پژوهش بررسی تأثیر تلاطم‌ جوّی بر پره دودکش است. رسیدن به این مهم، نیازمند پیش‌بینی مناسب نقش تلاطم در رفتار پَره دودکش و صرف هزینه محاسباتی کمتر در مقایسه با دقت شبیه‌سازی است؛ بنابراین در این پژوهش برای نخستین بار از ترکیب روش‌های شبیه‌سازی پیچک­های بزرگ و میانگین­گیری رینولدز به منظور شبیه‌سازی رفتار پَره دودکش و یک روش ترکیبی دینامیک برای پارامترسازی نقش پیچک­های ریز استفاده شده است. شبیه‌سازی عددی رفتار پره دود با استفاده از روش مذکور و متداول انجام گرفت. توزیع دما در فواصل مختلف پایین­دست دودکش با داده‌های تجربی مقایسه و صحت نتایج بررسی شد. نتایج نشان داد که روش ترکیبی پیشنهادی نسبت به روش‌های میانگین­گیری رینولدز و روش ترکیبی موجود در نرم­افزار فلوئنت، توزیع دما در پایین­دست را با دقت بیشتری پیش‌بینی می‌کند. همچنین خطای تخمین صعود پَره دود محاسبه شده با روش‌های میانگین­گیری رینولدز، روش ترکیبی موجود در نرم­افزار فلوئنت و روش ترکیبی پیشنهادی در حالت خنثای جوّی به ترتیب برابر با 0437/0، 054/0 و 0323/0 است. با مقایسه صعود پَره دودکش با معادله انتگرالی بریگز، مشاهده شد که روش انتگرالی به دلیل عدم در نظر گرفتن اختلاط قائم ناشی از تلاطم، میزان صعود را بیش از مقدار واقعی تخمین می‌زند. صحت شبیه‌سازی تلاطم با استفاده از نمودار چگالی طیفی انرژی جنبشی متلاطم و پارامتر نسبت تلاطم شبیه‌سازی شده به تلاطم مدلسازی شده، بررسی شد. از نتایج این پژوهش می‌توان در بهینه‌سازی و اصلاح روابط موجود برای تخمین صعود پَره دودکش در شرایط مختلف پایداری، با در نظر گرفتن نقش تلاطم مکانیکی و گرمایی جوّ و تلاطم پَره دودکش استفاده کرد.