بررسی عددی پدیده ی جدایش در پایین دست جریان محوری حول استوانه در حالت آشفته

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

چکیده

در مقاله حاضر ساختار جدایش و بازگشت جریان محوری حول استوانه‌ای با لبه ی تیز در حالت آشفته به صورت عددی بررسی شده است. با توجه به پیچیدگی‌هایی که در مدل‌سازی مسائل شامل جدایش وجود دارد، به منظور دستیابی به یک روش عددی مناسب برای حل، برخی تکنیک‌های عددی مانند روش گسسته سازی و الگوریتم حل میدان فشار سرعت مورد مقایسه قرار گرفته است. به علاوه عملکرد دو مدل k-ε استاندارد و Shear Stress Transport (SST) برای اعمال اثرات آشفتگی مورد بررسی قرار گرفته است. از نظر زمانی، عملکرد عددیِ استفاده از معادلات به صورت پایدار و شبه-گذرا بحث شده است. همچنین از یک روش چند- شبکه‌ای برای سرعت بخشیدن به همگرایی استفاده شده است. تکنیک‌های عددی مورد استفاده برای نیل به جواب مسئله در یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن ۹۰ نوشته و اجرا شده است. برای تایید روش عددی و کد نوشته شده نتایج عددی با نتایج تجربی مقایسه شده و انطباق خوبی بین آن‌ها مشاهده شد. با استفاده از روش عددی به دست آمده ساختار جدایش و بازگشت جریان مورد نظر، بررسی شده است. ویژگی‌های این جریان مانند طول بازگشت، پروفیل‌های سرعت، انرژی جنبشی آشفتگی و میدان فشار مورد بحث قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها


[1] Ota T (1975) An axisymmetric separated and reattached flow on a longitudinal blunt circular cylinder. J Appl Mech. 97: 311–315.

[2] Ota T, Motegi H (1980) Turbulence measurements in an axisymmetric separated and reattached flow over a longitudinal blunt circular cylinder. J Appl Mech. 47: 1–6.

[3] Kiya M, Mochizuki O, Tamura T, Ishikawa R (1991) Turbulence properties of an axisymmetric separation-and-reattaching flow. AIAA J. 29: 936–941.

[4] Govinda Ram H, Arakeri V (1990) Studies on unsteady pressure fields in the region of separating and reattaching flows. J Fluids Eng. 112: 402–408.

[5] Fung K (1996) Unsteady measurements near leading edge of separated flow. JSME Int J. 39: 354–360.

[6] Ota T, Kon N (1977) Heat transfer in an axisymmetric separated and reattached flow over a longitudinal blunt circular cylinder. J Heat Transfers, 99: 155–157.

[7] Sparrow E, Kang S, Chuck W (1987) Relation between the points of flow reattachment and maximum heat transfer for regions of flow separation. Int J Heat Mass Transfer, 30: 1237–1246.

[8] Higuchi H, Sawada H, Van Langen P (2005) Flow over a Magnetically Suspended Cylinder in an Axial Free Stream. Report/Patent Number: AIAA PAPER:2005–1078.

[9] Higuchi H, Van Langen P, Sawada H, Tinney C (2006) Axial Flow Over a Blunt Circular Cylinder with and without Shear Layer Reattachment. J Fluids and Structures, 22: 949–959.

[10] Higuchi H, Sawada H, Kato H (2006) Separated Flow Field over Blunt Circular Cylinder Suspended Magnetically in Free-Stream Direction. 36th AIAAFluid Dynamics Conference and Exhibit (p. 3552). San Francisco, California. Report/Patent Number:  AIAA-2006-3552.

[11] Higuchi H, Sawada H, Kato H (2008) Sting–free Measurements on a Magnetically Supported Right Circular Cylinder aligned with the Free Stream. J Fluid Mech. 596: 49–72.

[12] Halim A, Ghia U (1987) Longitudinal flow along circular cylinders and thick plates, including blunt leading-edge separation. AIAA J. 25(5): 655–658.

[13] Tutty O, Price W, Parsons A (2002) Boundary layer flow on a long thin cylinder. Phys. Fluids. 14:628–637.

[14] Tutty O (2008) Flow along a long thin cylinder. J Fluid Mech. 602: 1–37.

[15] Monte S, Sagaut P, Gomez T (2011) Analysis of turbulent skin friction generated in flow along a cylinder. Physics of Fluids. 23 065106 (9 pages).

[16] Sawchuk S, Zamir M (1992) Boundary layer on a circular cylinder in axial flow. Int J Heat Fluid Flow. 13: 184–188.

[17] Frederich O, Thiele­ F (2011) Turbulent flow dynamics caused by a truncated cylinder. Int J Heat Fluid Flow. 32: 546–557.

[18] Ong M,Utnes T, Holmedal L, Myrhaug D, Pettersen B (2010) Numerical simulation of flow around a circular cylinder close to a flat seabed at high Reynolds numbers using a k–ε model. Coastal Eng, 57: 931–947.

[19] Moshkin N,Sompong J (2010) Numerical simulation of flow and forced convection heat transfer in crossflow of incompressible fluid over two rotating circular cylinders. Suranaree Journal of Science and Technology, 17 (1): 87–104.

[20] Goodarzi M, Lashgari P (2008) An optimized multi-block method for turbulent flows. World Academy of Science, Engineering and Technology, 48: 94–97.

[21] Launder B, Spalding D (1972) Lectures in mathematical models of turbulence. London, England. Academic Press.

[22] Launder B, Spalding D (1974) The numerical computation of turbulent flows. Comput Method Appl M, 269–289.

[23] Menter F. R (1993) Zonal two-equation k-omega turbulence models for aerodynamic flows. 24th AIAA Fluid Dynamics Conference, 67: 1–21.

[24] Menter F (1994) Two–equation eddy–viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8): 1598–1605.  

[25] Menter F, Kuntz M, Langtry R (2003) Ten years of industrial experience with the SST turbulence model. Proceedings of the 4th International Symposium on Turbulence, Heat  Mass Transfer: 625–632.

[26] Wilcox D (1998) Turbulence modeling for CFD. La Canada, California: DCW Industries, Inc.

[27] Patankar S (1980) Numerical heat transfer and fluid flow. New York: Hemisphere.

[28] Versteeg HK, Malalasekera W (2007) An introduction to computational fluid dynamics the finite volume method, Prentice Hall: Pearson.

[29] Ferziger J, Peric M (1999) Computational methods for fluid dynamics (2nd ed). Springer.

[30] Ghazanfarian J, Nobari M (2009) A numerical study of convective heat transfer from a rotating cylinder with cross-flow oscillation. Int J  Heat Mass Transfer, 52: 5402–5411.

[31] Wilcox D (1988) Reassessment of the scale-determining equation for advanced turbulence models. AIAA Journal: 1299–1310.