شبیه‌سازی جریان اطراف یک کره در FLUENT و ICEM-CFD- بخش۱۶

بررسی کیفی وضعیت شبکه در اطراف کره

با مشاهده هم زمان کانتورهای سرعت و شبکه در اطراف کره می‌توان وضعیت شبکه و تطابق آن با مناطق دارای گرادیان بالای سرعت را بررسی نمود.

Display ——> Graphic and Animation ——> Contours

Contours of: Velocity

Filled: Unchecked

Velocity Magnitude

Draw Mesh: Checked

نکته : در اینجا با فعال‌کردن گزینه Draw Mesh پنجره نمایش شبکه باز می‌شود.

ابتدا در آن پنجره کلید Display فشرده می‌شود.

سپس با فشردن کلید Close  از این پنجره خارج شده و در پنجره کانتورها مجدداً با فشردن کلیه Display در پنجره Contours ، کانتور و شبکه به صورت همزمان مشاهده می‌شود.

شکل ۵۳- نمایش کانتورهای سرعت به صورت خطی

شکل ۵۴- نمایش شبکه در اطراف کره و مناطق تطابق‌یافته

شکل ۵۵- نمایش همزمان کانتورهای سرعت و شبکه

با زوم بیشتر در اطراف کره، می‌توان تراکم بالای شبکه در این مناطق را مشاهده نمود.

شکل ۵۶- تراکم بالای شبکه در مجاورت دیواره کره

مقایسه نتایج شبیه‌سازی با کارهای پیشین و داده‌های تجربی

جهت اعتبارسنجی نتایج شبیه‌سازی، ابتدا مروری بر کارهای گذشته انجام می‌شود.

سپس نتایج کار با داده‌های تجربی مقایسه می‌شود.

کره و استوانه بدلیل کابردهای فراوان در صنایع مختلف، تاکنون با استفاده از نرم‌افزارها و مدل‌های فراوانی و در رینولدزهای مختلفی شبیه‌سازی شده‌اند.

کیم (Kim) با استفاده از مدل اسگورینسکی پویا (Dynamic Smagorinsky) ضریب درگ کره در رینولدز ۶e1 را به طور متوسط ۱۳۹/۰ محاسبه نمود.

همچنین کنستانتینسکو (Constantinescu) و اسکوایرز (Squires) نیز با استفاده از مدل DES ضریب درگ در رینولدز ۱/۱۴e6 را  به صورت متوسط ۰/۰۸ محاسبه نموند.

در نهایت منگ وانگ (Meng Wang) و همکارانش با استفاده از مدل LES بر روی شبکه‌ای با ۲/۵ میلیون سلول و استفاده از قانون لگاریتمی لحظه‌ای برای تنش برشی، ضریب درگ متوسط را در رینولدز ۶ e 1/14 ، ۰/۱۴۱ محاسبه نمودند.

لیکن میزان ضریب درگ برای رینولدز ۶e1 از داده‌های تجربی آخنباخ (Achenbach) ، ۰/۱۲ تعیین شده است.

همچینن زاویه جدایش جریان از همین آزمایش ۱۲۰ درجه تعیین شده‌است.

در آزمایش‌های تجربی دیگر مانند تابع پیشنهادی موریسون در دانشگاه میشیگان، این مقدار تا ۰/۱۴۱ نیز گزارش شده است.

این تفاوت‌ها ناشی از عدم قطعیت ناشی از حساسیت نتایج آزمایش به ساختار و شرایط کار تونل باد و همچنین دقت سنسورهای مورد استفاده است.

تا جایی که در برخی مراجع میزان آن تا ۰/۲ نیز گزارش شده است.

در این جا ابتدا از منوی زیر ضریب درگ نهایی محاسبه شده از شبیه‌سازی بدست می‌آید.

Report ——> Result Report ——> Forces ——> Setup

شکل ۵۷- ضریب درگ محاسبه شده توسط نرم‌افزار

که میزان ضریب درگ کل محاسبه شده را ۰/۱۲۰۷ گزارش می‌کند.

خطای شبیه‌سازی نسبت به نتایج تجربی آخنباخ از رابطه زیر محاسبه می‌شود.

و در مقایسه با رابطه تجربی موریسون داریم:

که در مقایسه با نتایج تجربی اول دقت آن قابل قبول بوده لیکن در مقایسه با آزمایش‌های سری دوم اختلاف قابل توجهی دارد.

این تفاوت می‌تواند بدلیل برازش رابطه بر روی داده‌های تجربی و قرار گرفتن نقطه مورد نظر بر روی مرزهای تابع باشد.

هر چند که احتمال وجود خطای شبیه‌سازی در حل عددی با وجود در نظر گرفتن کامل اصول شبیه‌سازی، غیر قابل انکار است.

همچنین زاویه جدایش جریان پیش از این ۱۱۷/۶ درجه تعیین شد و نسبت به داده‌های تجربی تنها ۲/۴ درجه انحراف دارد و با دقت قابل قبول همخوانی دارد.

شکل ۵۸- نوسانات ضریب درگ در شبیه‌سازی D.A. Jones و D.B. Clarkeبرای رینولدز ۱e6

شکل ۵۹- نتایج تست ناسا برای ضریب درگ کره صاف و زبر در رینولدزهای مختلف

شکل ۶۰- تابع پیشنهادی توسط فیس موریسون- دانشگاه میشیگان

نویسنده: آقای مهندس احسان سعادتی