30089

تحليل عددي جريان آشفته از ديدگاه لاگرانژي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا- آئروديناميك

1400

1402/8/24

دكتر زينب پورانصاري

مكانيك

فهم و توصيف ساختارهاي آشفته نقش حياتي در كاربردهاي مهندسي دارند. علاوه بر اين، اين ساختارها به بهبود درك ما از جريانات آشفته كمك كرده و مطالعه در اين زمينه به پيشرفت تحقيقات در حوزه‌ي ديناميك سيالات در مسائل آيروديناميكي كمك شاياني مي‌كند.گردابه هرپين‌ يكي از انواع ساختارهاي مشاهده شده در جريانات آشفته هستند. از روش‌هاي عددي شامل ديدگاه لاگرانژي تا تكنيك‌هاي تجربي بسياري براي درك تكامل هرپين استفاده شده‌اند. اهميت ديدگاه لاگرانژي در مطالعه‌ي هرپين‌ها در اين است كه قدرت آن در درك فيزيك زيرساختي به طور اساسي آشكار مي‌شود. به منظور مطالعه اين ساختار از ديدگاه لاگرانژي، يك كد رهگيري ذرات سيال در MATLAB نوشته شد. اعتبارسنجي اين كد با استفاده از يك ميدان سرعت با ويژگي‌هاي جريان آشفته انجام شد. براي حل معادله حركت ذره از حلگر آدامز بشفرت مرتبه چهار و براي درونيابي از روش عددي لاگرانژي مرتبه پنج استفاده شد. به منظور شناسايي ساختار هرپين و اجراي الگوريتم‌ رديابي ذرات بر روي آن، داده‌هاي شبيه‌سازي عددي مستقيم در سه عدد رينولدز اصطكاكي مختلف شامل 590 Re_τ=،390 Re_τ= و180 Re_τ= مورد استفاده قرار گرفت. چهار روش شناسايي گردابه مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به معيارهاي يك روش بهينه آشكارسازي، معيار λ^2 به همراه Liutex به منظور استخراج ساختار هرپين در كانال اعمال شد. با توجه به نتايج حاصل مي‌توان گفت، با افزايش عدد رينولدز، سر و زبانه‌هاي گردابي فشرده و در جهت جريان اصلي قرار مي‌گيرند و ساختارهاي هرپين معمولاً بيشتر به صورت افقي جهت‌دهي مي‌شوند. نتايج نشان مي‌دهند كه بيشتر پديده‌هاي مرتبط با توليد هرپين‌هاي ثانويه، از جمله وجود زبانه‌هاي گردابي، در محدوده 50 35〖

1402/08/29

Lagrangian numerical analysis of turbulent flow

11/14/2024 12:00:00 AM

Comprehending and describing turbulent structures play a crucial role in a wide range of engineering applications. Additionally, they contribute to enhancing our understanding of turbulent flows, which is vital for advancing research in fluid dynamics. Hairpins are one kind of structure observed in turbulent flows. A wide range of solutions from numerical methods including the Lagrangian viewpoint to experimental techniques has been used to understand hairpin evolution. The significance of the Lagrangian viewpoint in the study of hairpins lies in its ability to capture the underlying physics at a fundamental level. A Lagrangian particle tracking code was developed in MATLAB. The validation of the tracer was conducted using a trusted arbitrary velocity field and the numerical schemes were examined in terms of accuracy. Adams Bashforth 4th order and Lagrangian interpolation of fifth-degree were selected as the Ordinary Differential Equation solver and interpolation of the velocity field, respectively. The evolution and generation of hairpins are studied in a Lagrangian perspective for plane turbulent channel flow. Direct numerical simulation database of turbulent channel flow at friction Reynolds numbers Re_τ=590, Re_τ=390, and Re_τ=180 is employed to perform tracking and interpolation algorithms of fluid particles on hairpins. These particles are carefully selected using a vortex line identification technique developed to extract the hairpin’s core line. Four methods of vortex identification were examined in which the λ^2 criterion together with Liutex were used for visualization purposes. Interesting results are observed regarding the Reynolds number impact on the evolution and regeneration of hairpins. As the Reynolds number increases, the head and the vortical tongues are compressed and aligned in the main flow direction and the hairpin structures tend to orient more horizontally. The deformation shape of hairpins using the strain state parameter, which is correlated with the dissipation rate, is analyzed using the probability density function. Most phenomena related to the generation of secondary hairpins, including the existence of vortical tongues, occur in the range of 35

اثر رينولدز , توسعه لاگرانژي , تغيير شكل هرپين , رهگيري ذره سيال , توربولانس , كانال

Reynolds number effect , Lagrangian evolution , hairpin deformation , fluid particle tracking , turbulent channel flow

Behnam Kazemi Majd

Dr. Zeinab Pouransari