شبیه‌سازی جریان اطراف یک کره در FLUENT و ICEM-CFD- بخش۱۵

با زوم بیشتر در اطراف کره می‌توان منطقه گردابی اطراف جسم را با وضوح بیشتر مشاهده نمود.

 

شکل ۴۸- منطقه گردابی اطراف جسم

با استفاده از مسیر زیر می‌توان تغییرات فشار بر روی سطح کره را به صورت نمودار مشاهده نمود.

Display ——> Plats ——> XY Plats ——> Setup

Y Axis Function: Pressure

X Axis Function: Curve Length

Surface: Sphere

شکل ۴۹- نمودار تغییرات فشار بر روی دیواره کره

از نمودار، شروع جدایش جریان که در آن فشار بر روی سطح ثابت می‌شود، دیده می‌شود.

با تغییرات زیر و فشردن کلید Apply می‌توان تنش برشی بر روی دیواره کره را مشاهده نمود.

Y Axis Function: Wall Flux

Wall Shear Stress

شکل ۵۰- نمودار تغییرات تنش برشی بر روی کره

از نمودار تنش برشی، نقطه شروع جدایش لایه مرزی با وضوح بیشتری دیده می‌شود.

نقطه شروع جدایش ، نقطه‌ای است که بر روی آن جهت سرعت عوض می‌شود، بنابراین در آن نقطه گرادیان سرعت و در نتیجه آن تنش برشی صفر می‌‌شود.

از نمودار، این نقطه طول خطی (Curve Length) برابر با ۰/۳۷۵ دارد.

بنابراین داریم:

 

یکی از پارامترهای مهم در شبیه‌سازی جریان آشفته ، اطمینان از اندازه ارتفاع بی‌بعد مجاور دیواره (Y+) و بنابراین تعداد کافی سلول در لایه مرزی است.

در یک شبیه‌سازی معتبر جریان آشفته می‌بایست Y+ مجاور دیواره در حدود ۳۰ باشد.

در مدل‌های بر پایهω در مجاور دیواه مانند sst، اعداد کوچکتر از آن نیز قابل قبول و حتی موجب بالا رفتن دقت شبیه‌سازی می‌شود.

لیکن در مدل‌های بر پایه ε که در نزدیکی دیواره از تابع دیواره (Wall Function) استفاده می‌کنند، Y+ کوچکتر از ۲۵،  بدلیل قرار گرفتن سلول محاسباتی در منطقه میانی لایه مرزی آشفته (Buffer Layer)  و نامعلوم بودن داده‌های تجربی در این منطقه، موجب استخراج نتایج اشتباه می‌گردد.

در نرم‌افزار FLUENT از نسخه ۱۴ و با استفاده از گزینه Scalable، لایه‌های دارای Y+ کوچکتر از این میزان، به صورت خودکار نادیده گرفته می‌شود.

در پنجره نمایش Plot با اعمال تغییرات زیر می‌توان Y+ را مشاهده نمود.

Y AXIS Function: Turbulence

Wall Yplus

شکل ۵۱- نمودار تغییرات ارتفاع بی‌بعد بر روی دیواره

 

مشاهده می‌شود گستره Y+ بر روی دیواره بین ۳ تا ۱۳ است که از نظر بزرگی قابل قبول است .

جهش‌های موجود در نمودار Y+، بدلیل وابستگی مستقیم این کمیت به هر دو پارامتر ارتفاع سلول و تنش برشی بر روی دیواره است.

هر چند تغییرات تنش برشی بر روی دیواره به عنوان یک کمیت فیزیکی به صورت پیوسته تغییر می‌کند، لیکن بدلیل استفاده از Mesh Adaption اندازه شبکه مجاور دیواره تغییرات ناگهانی دارد که البته این مساله موجب بروز  خطایی نخواهد شد.

با تغییر زیر در پنجره Solution XY Plot می‌توان ارتفاع مرکز سلول مجاور دیواره کره را مشاهده نمود.

Y AXIS Function: Mesh

Cell wall Distance

شکل ۵۲- نمودار تغییرات ارتفاع سلول‌های مجاور دیواره

 

 

نویسنده: آقای مهندس احسان سعادتی

طراحی و پشتیبانی : آسان پرداز