انواع مدل های تربولانت و کاربردهای آنها

انواع مدل های 1 و 1 آنها

برای مدل سازی تربولانت در شبیه سازی سیالات مدل های مختلفی وجود دارد که در اینجا به تعدادی از مدل های مهم اشاره خواهیم کرد. این مدل ها در نرم افزار fluent وجود دارند و به هنگام مدل سازی در این نرم افزار می توانید یکی از آنها را انتخاب کنید.

مدل Spalart-Allmaras

این مدل یک روش با محاسبات کم بر اساس مدل RANS می باشد و روابط انتقال transport برای حالت اصلاح شده ویسکوزینه است. در این حالت حل در کناره های دیوار آسان تر است. این مدل بیشتر برای استفاده در شبیه سازی آیرودینامیک و تربوماشین ها به کار می رود و تقریبا مدل تازه ای است و به خصوص برای جریان های مرزی با گرادیان فشار معکوس نتایج دقیقی ارائه می کند. این مدل به طور خاص برای جریان هایی با رینولدز پایین جایی که اثر ویسکوزیته تاثیرگذار است، بسیار مناسب است. در صورتی که مدل بسیار بزرگ باشد و حجم زیادی از المان ها وجود داشته باشد، این مدل سرعت حل بیشتری نسبت به مدل های دیگر دارد. به طور کلی برای جریان های سه بعدی، جریان های بدون تنش برشی و یا جریان هایی با جدایش بسیار زیاد کاربرد کمتری دارد. کاربردهای عملی این مدل می تواند در شبیه سازی بال هواپیما، بدنه هواپیما، موشک ها و بدنه کشتی به کار گرفته شود.

مدل K-ε

مدل استاندارد SKE این مدل برای استفاده در کاربردهای مهندسی تهیه شده است. این مدل بسیار روباست و همچنین دقیق است. زیرمدل هایی برای در نظر گرفتن تراکم پذیری و بویانسی و احتراق و موارد دیگر دارد و می تواند به عنوان شروع طراحی و بررسی اولیه مورد استفاده قرار گیرد.

محدودیت های آن عبارتند از:

رابطه اپسیلون در دیواره ها قابل محاسبه نمی باشد. بنابراین تابع دیوار wall function در محاسبات مورد نیاز است.

معمولا برای جریان هایی که در جدایش در آنها قوی است و خطوط جریان دارای انحنای زیادی است و یا گرادیان فشار در آنها زیاد است، مورد استفاده قرار نمی گیرد.

یکی دیگر از مدلهای K-ε مدل RNG است. در این مدل ثابت ها در مدل K-ε بر اساس تئوری گروه های دوباره تعامد شده renormalization group theory به دست می آید و شامل زیرمدل های زیر است.

مدل ویسکوزینه دیفرانسیلی برای در نظر گرفتن تاثیر رینولدز کم است.

اصلاح چرخش Swirl modification

این مدل برای جریان های پیچیده برشی، جریان هایی با نرخ کرنش زیاد، چرخش و جدایش بهتر ازمدل SKE است.

مدل دیگر از این گروه مدل RKE است. این مدل بر اساس قیدهای فیزیکی اعمالی برای درنظر گرفتن تنش های رینولدز که با فیزیک مسوله همخوانی دارد، بنیان گذاری شده است. در این مدل تنش های نرمال مثبت هستند. همچنین نابرابری Schwarz به طور ذاتی در این مدل برآورده می شود. این مدل می تواند به طور دقیق تری نرخ پخش در جت های صفحه ای و دایره ای را پیش بینی کند. همچنین این مدل خیلی دقیق تر می تواند جریان هایی شامل چرخش، گرادیان فشار معکوس شدید، جدایش و recirculation را شبیه سازی کند. گاهی اوقات این روش نسبت به مدل RNG سریع تر همگرا می شود.

مدل k–ω

مدل های مربوط به این خانواده به دلیل موارد زیر محبوبیت زیادی یافته اند.

در این مدل پارامترهایی وجود ندارد که نتواند در روی دیواره ها حساب شود. لذا در این مدل نیازی به استفاده از توابع دیواره نیست. این مدل برای جریان هایی بدون تنش برشی و جریان هایی با رینولدز پایین مناسب است.

این مدل ها برای بازه وسیعی از مسائل لایه مرزی مناسب هستند و می توانند نتایج دقیقی حتی برای 1 مدل ها با گرادیان فشار معکوس ارائه دهند.

یکی از مدل های این خانواده مدل استاندارد SKW است. که بیشتر در کاربردهای آیرودینامیک و تربوماشین به کار می رود. زیرمدل های این مدل می تواند مواردی مانند اثر تراکم پذیری، جریان گذرا و اصلاح جریان برشی را مدل سازی کند.

مدل دیگر مدل انتقال تنش برشی SSTKW است که برای اولین بار توسط Menter, 1994 ارائه گردید. پایه این مدل بر اساس ترکیب دو نوع مختلف مدل k–ω در نزدیک دیواره ها با عدد رینولدز پایین و در جریان های دور دست با عدد رینولدز بالا است طوریکه از دیواره به سمت جریان آزاد به طور آرام این مدل تغییر پیدا کند تا بتواند به طور مناسب تمام جریان را با دقت مدل سازی کند. همچنین در این مدل یک فرمولاسیون ویسکوزیته تربولانس اصلاح یافته برای در نظر گرفتن تاثیر تنش برشی تربولانس اصلی وجود دارد.

مدل جریان های گردابی بزرگ Large Eddy Simulation

این مدل زمانی که مدل RANS قابلیت شبیه سازی مناسب و کارآمد را ندارد، استفاده می شود. مثال هایی از این حالت مربوط به جریان احتراق داخلی، میکس کردن سیالات، آیرودینامیک بیرونی برای مثال جریان حول اجسام بلف به کار می رود.

نوشته شده توسط وحید در پنجشنبه هفتم دی ۱۳۹۶ |