اصلاح مدل تلاطمی k-e-v 2 برای جریان آشفته شتابدار داخل لوله

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در این تحقیق به بررسی و اصلاح مدل آشفتگی k-e-v2 پرداخته شده است. مدل k-e-v2 اثرات ناشی از دیواره را در جریانهای آشفته پایا به خوبی اعمال می‌کند. در جریانهای آشفته ناپایا به علت پیچیدگی‌های خاص این نوع رژیم جریان اکثر مدلهای آشفتگی توانمندی لازم برای مدلسازی مناسب میدان جریان بخصوص در کنار دیواره را ندارند و مدل k-e-v2 با توجه به ماهیت متغیرهای مورد استفاده در آن دارای این قابلیت است. هر چند این مدل برای جریانهای آشفته شتابدار نسبت به سایر مدلها نتایج مطلوبتری را ارائه می‌کند اما به علت عدم انطباق دقیق نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی به اصلاح نیاز دارد. با بررسی پارامترهای مختلف مؤثر و متغیرهای دارای ضریب وزنی بالا در مدل k-e-v2 مشخص گردید. پارامتر مناسب برای اصلاح آن عبارت v2 است. با توجه به دیمانسیون مشابه این متغیر و انرژی جنبشی تلاطمی، با وارد کردن این پارامتر به معادله انتقال k ، مدل اصلاح شد. اِعمال این اصلاح و حل مجدد معادلات انتقال نشان داد که نتایج قابل قبولی برای جریان متلاطم ناپایا بدست آمده است. برای بررسی تأثیر اصلاح مدل، مشخصه‌های مختلف تلاطمی از قبیل انرژی جنبشی آشفتگی و تنش برشی دیواره برای دوره‌های مختلف زمان شتابدهی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید اصلاح صورت گرفته مستقل از بازه زمانی دوره شتابدهی تأثیر مثبتی بر تقّرب نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Durbin PA (1995) Separated flow computations with the k-e-v2 model. J AIAA 33: 659-664.
[2] Hanjalic K, Launder BE (1976) Contribution towards a reynolds-stress closure for low-Reynolds-number turbulence. J Fluid Mech 74: 593-610.
[3] Patel VC, Rodi W, Scheuerer G (1985) Turbulence models for near-wall and low reynolds number flows: A review. J AIAA 23(9): 1308-1319.
[4] Bardina JE, Huang PG, Coakley TJ (1997) Turbulence modeling validation, testing, and development. NASA Technical Memorandum 110446.
[5] Launder BE, Sharma BI (1974) Application of the energy-dissipation model of turbulence to the calculation of flow near a spinning disc. Int J Heat Mass Transfer 1: 131-138.
[6] Shih (1990) Predictions of channel and boundary-layer flows with a low-reynolds number turbulence model. J AIAA 20: 33-38.
[7] Lam CKG, Bremhorst KA (1981) Modified form of the k-e model for predicting wall turbulence. J Fluids Eng 103: 456-460.
[8] Chien KY (1982) Predictions of channel and boundary-Layer flows with a low-reynolds-number turbulence model. J AIAA 20(1): 33-38.
[9] Bae YY, Kim ES,  Kim M (2016) Numerical simulation of supercritical pressure fluids with property-dependent turbulent Prandtl number and variable damping function. Int J Heat Mass Tran 101: 488-501.
[10]  Lehmkuhl J,  Kelm S,  Buccic M, Allelein HJ (2016) Improvement of wall condensation modeling with suction wall functions for containment application. J Nucl Eng Des 299: 105-111.
[11] Nazif HR, Basirat Tabrizi H (2014) Applying a non-equilibrium wall function in k–ε turbulent modelling of hydrodynamic circulating flow. Appl Math Model 38(2): 588-598.
[12] Behnia M, Parneix S, Durbin PA (1998) Prediction of heat transfer in an axisymmetric turbulent jet impinging on a flat plate. Int J Heat Mass Tran 41(12): 1845-1855.
[13] Kim WS, He S, Jackson JD (2008) Assessment by comparison with DNS data of turbulence models used in simulations of mixed convection. Int J Heat Mass Tran 51: 1293-1312.
[14] Kasagi N, Nishimura M (1997) Direct numerical simulation of combined forced and natural turbulent convection in a vertical plane channel. Int J Heat Fluid Flow 18: 88-99.
[15] You J, Yoo JY, Choi H (2003) Direct numerical simulation of heated vertical air flows in fully developed turbulent mixed convection. Int J Heat Mass Tran 46: 1613-1627.
[16] Kassinos SC, Langer CA, Kalitzin GGA (2006) simplified structure-based model using standard turbulence scale equations:computation of rotating wall-bounded flows. Int J Heat Fluid Flow 27: 653-660.
[17] Alvelius K (1999) Studies of turbulence and its modeling through large eddy and direct numerical simulation. Ph. D. Thesis, Department of Mechanics, KTH, Stockholm, Sweden,.
[18] Behery SM, Mofreh H, Hamed A (2009) Comparative study of turbulence models performance for turbulent flow in a planar asymmetric diffuser. World Acad Sci Eng 53.
[19] Mehdizadeh A, Firoozabadi B, Farhanieh B (2008) Numerical simulation of turbidity current using v2f turbulence model. JAFM 1(2): 45-55.
[20] Kalitzin G (1999) Application of the v2-f model to aerospace congurations. Center for Turbulence Research Annual Research Briefs 289-300.
[21] Khaleghi A, Pasandideh-Fard M, Malek-Jafarian M, Yongmann MC (2009) Assessment of common turbulence models under conditions of temporal acceleration in a pipe. JAFM 3(1): 25-33.
[22] Sveningsson A, Davidson L (2004) Assessment of realizability constraints in v2– f turbulence models. Int J Heat Fluid Flow 25: 785-794.
[23] Khalaji E,  Nazari  MR,  Seifi Z (2016) 2D numerical simulation of impinging jet to the flat surface by turbulence model. Int J Heat Mass Tran 52(1): 127-140.
[24]  Jones A,  Utyuzhnikov S (2015)  Application of a near-wall domain decomposition method to turbulent flows with heat transfer. Int J Comput Fluid 119: 87-100.
[25] He S, Ariyaratne C, Vardy AE (2008) A computational study of wall friction and turbulence dynamics in accelerating pipe flows. Int J Comput Fluid 37: 674-689.
[26] He S, Jackson JD (2000) A study of turbulence under conditions of transient flow in a pipe. J Fluid Mech 408: 1-38.
[27] Landahl MT, Mollo-Christensen E (1992) Turbulence and Random processes in fluid mechanics. Cambridge.
[28] Tony Burden’s Lecture Notes (2008) The length, time and velocity scales of turbulence.
[29] Wilmott P, Howison S, Dewynne J (1995) The mathematics of financial derivatives: A student introduction. Cambridge Univ Press.
[30] Golub GH,  Van Loan CF (1996) Matrix computations. 3rd edn. The Johns Hopkins University Press.