شبیه سازی جریان مغشوش به کمک توابع دیوار

   در غالب روش های تحلیل جریان مغشوش برای اعداد رینولدز بالا، استفاده از توابع دیواره می تواند حجم محاسبات را کاهش داده و همزمان باعث افزایش دقت شود. چون در ناحیه نزدیک به دیواره در جریان های رینولدز بالا، جریان تحت تاثیر لزجت می باشد، متغیر های حل به سرعت در حال تغییر بوده و به همین دلیل احتیاجی به حل و شبیه سازی آن ها وجود ندارد. اما برای رینولدز های پایین استفاده از توابع دیواره توصیه نمی شود و بایستی از روش مدل کردن نزدیک دیواره استفاده نمود.

 مدل کردن نزدیک دیواره

توابع دیواره:

توابع دیواره به دو دسته زیر تقسیم می شوند:

  1. توابع دیواره استاندارد
  2. توابع دیواره غیر متعادل

این توابع به صورت نیمه تجربی به دست آمده اند.

 

تابع دیواره استاندارد:

  • به عنوان اولین گزینه برای حالت های که احتیاج به استفاده از توابع دیواره می باشد، می توان استفاده کرد.
  • نتایج در حد مطلوب
  • برای جریان هایی که از حالت اولیه خود خیلی فاصله بگیرند، مناسب نمی باشد. از جمله این جریان ها:
  1. جریان های نزدیک دیواره با گردیان فشار شدید
  2. جریان های با حالت ناپایداری خیلی شدید

 

تابع دیواره غیر متعادل:

  • اثرات گرادیان فشاری و انرژی جنبشی مغشوش در آن در نظر گرفته شده است. (برخلاف روش توابع دیواره استاندارد)
  • جریان هایی که ازین مدل می توان در آن ها ازین مدل استفاده کرد در زیر به عنوان نمونه آورده شده است:
  1. جریان های جدایش
  2. اتصال مجدد
  3. جریان های فواره ای مانند جت

 

محدودیت های شیوه توابع دیوار:

به کارگیری توابع دیوار در جریان های زیر نتایج مطلوبی را به دست نمی دهد. دلیل این امر دور شدن از شرایط اصلی و اولیه توابع دیواره می باشد.

  1. در اعداد رینولدز پایین یا وجود اثرات نزدیک دیواره (همانند جریان گذرنده از یک شکاف کوچک، جریان خیلی لزج یا جریان با سرعت پایین)
  2. نفوذ یا نشر شدید جریان بر روید دیواره (مثل وجود مکش یا دمش برروی دیواره)
  3. در گریادیان های شدید فشاری که موجب جدایش لایه مرزی خواهد شد.
  4. نیرو های شدید حجمی (جریان در نزدیک صفحات جرخان یا در جریان هایناشی از نیروی شناوری)
  5. در هندسه های به شدت پیچیده و سه بعدی (مانند جریان پیچشی اکمن یا لایه های مرزی سه بعدی خیلی کج

در شکل بالا جریان اکمن نشان داده شده است. در این نوع جریان که بیشتر در اقیانوس ها به صورت طبیعی رخ می دهد، بر همکنش جریان مستقیم باد و شتاب کوریولیس ناشی از چرخش زمین باعث ایجاد جریان مارپیچی درون آب می شود. با افزایش عمق آب از شدت این جریان کاسته می شود. به شکل مارپیچی که دراین جریان تشکیل می شود، مارپیچ اکمن گفته می شود.

 مارپیچ اکمن

 

در شکل بالا جریان اکمن نشان داده شده است. در این نوع جریان که بیشتر در اقیانوس ها به صورت طبیعی رخ می دهد، بر همکنش جریان مستقیم باد و شتاب کوریولیس ناشی از چرخش زمین باعث ایجاد جریان مارپیچی درون آب می شود. با افزایش عمق آب از شدت این جریان کاسته می شود. به شکل مارپیچی که دراین جریان تشکیل می شود، مارپیچ اکمن گفته می شود.

در شکل زیر نیز بصورت شماتیک نشان داده شده است که توابع دیواره به چه صورت با تقریب یک تابع به جای حل عددی جریان به کاهش حجم محاسبات کمک می کنند:

توابع دیواره در حل عددی