12917

12917

تحليل مدل‌هاي ديناميكي جبري بردار شار آشفته زيرشبكه در رهيافت شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ

دكتري

مكانيك - تبديل انرژي

بهمن ماه 1392

بهمن ماه 1392

دكتر فرزاد بازديدي تهراني

چكيده در رساله حاضر، مدل‌سازي ترم شار آشفته زيرشبكه در رهيافت شبيه‌سازي گردابه¬هاي بزرگ در مسايل مرتبط با انتقال حرارت جابجايي و انتقال جرم مورد تحليل عددي قرار مي¬گيرد. مدل¬هاي شار حرارت و جرم آشفته زيرشبكه در پژوهش پيش رو داراي ويژگي¬هايي همچون داشتن ضرايب ديناميكي، غيرخطي بودن و جبري بودن مي¬باشند. غيرخطي بودن آن به معناي وابستگي بردار شار حرارت و جرم آشفته زيرشبكه به گراديان اسكالر مورد نظر (دما يا غلظت) در هر سه جهت دستگاه مختصات است. جبري بودن آن نيز به فرم رياضي معادله حاكم براي مدل‌سازي بردار شار آشفته زيرشبكه مربوط مي¬گردد. همچنين ضرايب مدل به‌صورت ديناميكي محاسبه مي¬گردد كه مشكل تنظيم دستي اين ضرايب توسط كاربر را براي مسايل مختلف برطرف مي¬سازد. به عبارت ديگر، در مدل¬هاي مورد بررسي ضريب پخش گردابه¬اي زيرشبكه در مرحله اول به‌صورت يك اسكالر استاتيك (ثابت)، سپس به‌صورت يك اسكالر ديناميك (متغير در زمان و مكان) و در نهايت به‌صورت يك تانسور مرتبه دو به فرم جبري با ضريب ديناميكي بيان مي¬گردد. با توجه به استفاده از روش حجم محدود در رساله حاضر و نقش حياتي شبكه محاسباتي توليدشده در تفكيك مقياس¬هاي شبكه و زيرشبكه در روش مذكور، در ابتدا با استفاده از تكنيك همبستگي دو نقطه‌اي، تراكم شبكه¬هاي محاسباتي توليدشده براي شبيه¬سازي¬هاي عددي مورد ارزيابي قرار مي¬گيرد. در ادامه با توجه به نقش برجسته پيش‌بيني درست ميدان جريان بر كنوكسيون و پخش اسكالر دما و غلظت، مدل¬هاي مختلف تانسور تنش زيرشبكه نيز از لحاظ دقت، پايداري، هزينه محاسباتي و داشتن ضرايب ديناميكي شناسايي و تحليل مي¬شوند. در پايان اين قسمت مدل ديناميكي تك معادله¬اي انرژي جنبشي آشفته زيرشبكه به علت داشتن ويژگي-هاي فوق براي ادامه پژوهش برگزيده مي¬گردد. سپس مدل¬هاي جبري شار حرارت و جرم آشفته زيرشبكه در تركيب با مدل¬هاي تانسور تنش زيرشبكه برگزيده بر روي شبكه¬هاي محاسباتي ارزيابي‌شده مورد مطالعه قرارگرفته و نتايج استخراج‌شده با نتايج موجود در ادبيات فن مقايسه مي¬گردد. پس از صحت¬سنجي و اعتبارسنجي نتايج با منابع موجود در ادبيات فن، تحليل نقاط ضعف و قوت مدل¬هاي شار حرارت/جرم آشفته زيرشبكه نسبت به مدل¬هاي پيشين در انتقال حرارت آشفته در نمونه معيار خنك¬كاري لايه¬اي پره توربين و در انتقال جرم در نمونه معيار پراكنش اسكالر غلظت حول يك ساختمان مدل (جسم بلانت) مطرح مي¬شود. همچنين، سهم مقياس-هاي زيرشبكه (مدل‌سازي بردار شار حرارت/جرم آشفته زيرشبكه) در انتقال حرارت و جرم آشفته كمي سازي مي¬گردد. در نهايت با توجه به نتايج حاصله از رهيافت شبيه‌سازي گردابه¬هاي بزرگ، عدد پرانتل آشفتگي به‌عنوان مهم‌ترين پارامتر در مدل‌سازي بردار شار آشفته توسط مدل¬هاي پخش گردابه¬اي در معادلات رينولدز ميانگين ناويراستوكس نقد و بررسي مي¬شود. واژه‌هاي كليدي: شار حرارت آشفته زيرشبكه، مدل¬هاي غيرخطي ديناميكي جبري، رهيافت شبيه‌سازي گردابه¬هاي بزرگ، عدد پرانتل آشفته، عدد پرانتل/اشميت آشفته زيرشبكه.