بررسي روش ميانگين گيري رينولدز - Reynolds-averaged Navier-Stokes- (RANS) و روش شبيه سازي ادي هاي بزرگ - Large Eddies Simulation- - (LES)

در اعداد رينولدز بالا و هندسه هاي پيچيده نمي توان معادلات ناواير- استوكس وابسته به زمان را به طور كامل حل كرد. ولي براي حالاتي كه مي خواهيم نوسات داخل جريان به طور مستقيم وارد معادلات حل نشود, بايد از دو روش زير استفاده كنيم:

  • روش ميانگين گيري رينولدز  Reynolds-averaged Navier-Stokes- (RANS) (ميانگين گيري زماني)
  • روش شبيه سازي ادي هاي بزرگ Large Eddies Simulation- (LES) با استفاده از مفهوم تصفيه (فيلترينگ) LES

 

مزاياي روش ميانگين گيري رينولدز RANS:

روش روش ميانگين گيري رينولدز به علت ميانگين گيري داراي مزاياي زير است:

  • حجم محاسبات مورد نياز يطور قابل ملاحظه اي كاهش مي دهد.
  • در محدوده وسيعي از مسائل مهندسي مناسب مي باشد.

مدل هاي استفاده كننده از روش RANS:

مدل هايي كه از روش ميانگين گيري رينولدز استفاده مي كنند شامل موارد زير هستند:

  • اسپارلات- آلماراس
  • K-e و تمامي انواع آن
  • K-w وتمامي انواع آن
  • مدل تنش رينولدز

مسائلي كه مي توان در آن ها از روش RANS استفاده كرد:

  • جريان هاي وابسته زماني با وجود ناپايداري خارجي (مثل منابع يا شرايط مرزي وابسته به زمان)
  • جريان ذاتا غير دائم و ناپايدار (مانند جريان ورتكس شدينگ)

 

مزاياي روش شبيه سازي ادي هاي بزرگ LES:

روش شبيه سازي ادي هاي بزرگ با استفاده از فيلتر كردن ادي هاي كوچك و تنها با در نظر گرفتن ادي هاي بزرگ به حل معدلات جريان مي پردازد. مزیت اصلی روش شبيه سازي ادي هاي بزرگ دقت بالا در حل (در نقطه مقابل احتياج به قدرت پردازش بالاتري نيز خواهد بود.) مسائل می باشد.

موارد استفاده از روش شبيه سازي ادي هاي بزرگ:

  • در مواردي كه دقت حل بايد بالا باشد
  • در مواردي که جريان نزديك ديواره مهم است

 

مدل شبيه سازي ادي منفصل Dispatched Eddy simulation  (DES) يا تركيب روش هاي RANS و LES با هم:

مدل شبيه سازي ادي منفصل در فلوئنت بر اساس مدل اسپارلات آلماراس اصلاح شده و تركيب آن با روش LES براي شبيه سازي موارد زیر به وجود آمده است:

  1. جريان با رينولدز بالا
  2. ايرفويل با نيروي ليفت بزرگ

در اصل مدل DES بر اساس تركيب دو مدلي كه قبلا معرفي شده (LES & RANS) به وجود آمده است. شبيه سازي به كمك مدل DES به نحو زير است:

  1. در ناحیه با فاصله از شرایط دیواره (هسته اغتشاش با رینولدز بالا و نوسانات اغتشاشی زیاد) از روش LES استفاده می شود.
  2. در ناحیه نزدیک دیواره (تاثیر لزجت جریان افزایش می یابد) از روش RNS استفاده می شود.

نکته: در روش DES به توان پردازشی زیادی احتیاج است.

اطلاعات تکميلي

  • منبع: شبیه سازی عددی (محمد امین دهقانی)
  • حوزه کاربرد: شبیه سازی جریان مغشوش