حل حجم محدود بر اساس مشخصه ها برای جریان های تراکم ناپذیر با انتقال گرما

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بناب، بناب، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر، یک حل حجم محدود بر پایه مشخصه ها برای حصول جواب های دقیق، بهبود سرعت همگرایی و فراهم نمودن پایداری برای حل عددی جریان های تراکم ناپذیر، آرام، پایا و دوبعدی با انتقال گرمای جابجایی اجباری توسعه داده شده است. از تراکم پذیری مصنوعی برای کوپل کردن معادلات پیوستگی و ممنتوم و از الگوریتم رانگ-کوتای مرتبه پنج برای پیمایش زمانی حل استفاده شده است. یک طرح بر اساس مشخصه های مجازی برای محاسبه جملات جابجایی و یک طرح مرتبه دوم برای محاسبه جملات لزج و رسانش گرمایی به کار گرفته شده اند. به منظور سنجش کارامدی این حل حجم محدود توسعه داده شده، جریان صلیبی تراکم ناپذیر، آرام، پایا و دوبعدی هوای گذرنده از روی ایرفویل ناکا0012بدون انتقال گرما و از روی استوانه دایروی افقی بلند با انتقال گرمای جابجایی اجباری شبیه سازی عددی شده اند. نتایج حاصل در این شبیه سازی ها با اطلاعات موجود در ادبیات فن مقایسه شده اند که نشانگر توافق خوب بین آنها می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kwak D, Kiris C, Kim CS (2004) Computational challenges of viscous incompressible flows. Comput Fluids 34: 283-299.

[2] Bagabir A, Drikakis D (2004) Numerical experiments using high-resolution schemes for unsteady inviscid compressible flows. Comput Methods Appl Mech Eng 193: 4675-4705.

[3] Nithiarasu P, Codina R, Zienkiewicz OC (2006) The characteristic-based split scheme-a unified approach to fluid dynamics. Int J Num Methods Eng 66: 1514-1546.

[4] Neofytou P (2007) Revision of the characteristic-based scheme for incompressible flows. J Comput Phys 222: 475-484.

[5] Zamzamian K, Razavi SE (2008) Multidimensional upwinding for incompressible flows based on characteristics. J Comput Phys 227: 8699-713.

[6] Razavi SE, Nozari N (2009) On the rotational behavior of the Euler equations at high angles of attack. Int Review Mech Eng 3: 702-708.

[7] Catalano P, Tognaccini R (2011) RANS analysis of the low-Reynolds number flow around the SD7003 airfoil. Aerosp Sci Technol 15: 615-626.

[8] Hejranfar K, Kamali-Moghadam R (2012) Preconditioned characteristic boundary conditions for solution of the preconditioned Euler equations at low Mach number flows. J Comput Phys 231: 4384-4402.

[9] Rodriguez I,  Lehmkuhl O, Borrell R, Oliva A (2013) Direct numerical simulation of a NACA0012 in full stall. Int. J Heat Fluid Flow 43: 194-203.

[10] Kapsalis PCh, Voutsinas S, Vlachos N (2016) Comparing the effect of three transition models on the CFD predictions of a NACA0012 airfoil aerodynamics. J Wind Eng Ind Aerodyn 157: 158-170.

[11] Hejranfar K, Parseh K (2017) Preconditioned characteristic boundary conditions based on artificial compressibility method for solution of incompressible flows. J Comput Phys http://dx.doi.org/10.1016/j.jcp.2017.05.014.

[12] Dennis SCR, Chang GZ (1970) Numerical solutions for steady flow past a circular cylinder at Reynolds number up to 100. J Fluid Mech 42: 471-489.

[13] Fornberg B (1980) A numerical study of steady viscous flow past a circular cylinder. J Fluid Mech 98: 819-855.

[14] Braza M, Chassaing P, Nminh H (1986) Numerical study and physical analysis of the pressure and       velocity field in the near wake of a circular cylinder. J Fluid Mech 165: 79-130.

[15] Deng GB, Piquet J, Queutey P, Visonneau M, (1994) Incompressible flow calculations with a consistent physical interpolation finite volume approach. Comput Fluids 23: 1029-1047.

[16] Nithiarasu P, Zienkiewicz OC (2006) Analysis of an explicit and matrix free fractional step method for incompressible flows. Comput. Methods Appl Mech Eng 195: 5537-5551.

[17] Incropera FP, Dewitt DP, Bergman TL, Lavine AS (2007) Fundamentals of  heat and mass transfer. 6th edn. John Wiely, NewYork.

[18] Chorin AJ (1967) A numerical method for solving incompressible viscous problems. J Comput Phys 2: 12-26.

[19] Jameson A, Schmidt W, Turkel E (1981) Numerical solutions of the Euler equations by finite volume methods using Runge-Kutta time-stepping schemes. AIAA 1259: 1981.

[20] Report of the fluid dynamics panel, working group 04. Experimental data base for computer program assessment. AGARD Advisory report no.138, 1979.

[21] Murthy PS, Holla VS, Kamath H (2000) Unsteady Navier-Stokes solutions for a NACA 0012 airfoil. Comp. Methods Appl Mech Engrg 186: 85-99.

[22] Jameson A, Schmidit W, Turkel E (1981) Numerical solutions of the Euler equations by finite volume methods using Runge-Kutta time-stepping. AIAA 14th Fluid and Plasma Dynamics Conf., Palo Alto, California.