Modares Mechanical Engineering
مهندسی مکانیک مدرس
Modares Mechanical Engineering
Engineering & Technology
http://mme.modares.ac.ir
1
admin
1027-5940
2476-6909
10.22034/mme
fa
jalali
1395
11
1
gregorian
2017
2
1
16
12
online
1
fulltext
fa
بهبود عملکرد روش تاثیر فیزیکی بر روی شبکه حجم محدود مرکز سلولی
Improving the performance of the physical influence scheme (PIS) for cell-centred finite volume method
یکی از چالشهای موجود در استفاده از روشهای تمام کوپل در حل معادلات ناویر-استوکس، هزینه محاسباتی بالای این روشها در تشکیل ماتریس ضرایب و حل دستگاه معادلات خطی است. یکی از راه حلهای موجود برای کاهش هزینه محاسبات اینگونه روشها، افزایش سرعت همگرایی است. از این رو عملکرد الگوریتم مورد استفاده در مدل-سازی جریان، میتواند تاثیر به سزایی در کاهش هزینه محاسباتی داشته باشد. در این مقاله به ارائه یک رهیافت برای بهبود عملکرد روش تاثیر فیزیکی در حل جریان تراکم-ناپذیر، در شبکه مرکز سلولی پرداخته میشود. گسستهسازی بهینه شده برای سرعت جابجا کننده بر روی سطح کنترل، توضیح داده و با روشهای قبل مقایسه شده است. مزیتهای روش جدید در مقایسه با مدلهای مشابه به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است. الگوریتم بهینه شده، با حل جریان پایا در یک حفره مربعی با درپوش متحرک در عددهای رینولدز 100 تا 10000 و جریان گذرنده از پله در عدد رینولدز 800مستندسازی شده است. مقایسه روند همگرایی روش جدید در حل مسائل نمونه در شبکه یکسان با روشهای پیشین و بررسی تغییرات باقیمانده در هر تکرار نشان دهنده عملکرد مناسب روش بهبودیافته است. با توجه به اینکه روش بهبود یافته مشابه روشهای قبلی از تعداد 9 سلول برای گسستهسازی معادلات استفاده میکند، ظرفیت حافظه و هزینه محاسباتی یکسانی دارد. لذا افزایش سرعت همگرایی در روش بهبودیافته نشان دهنده عملکرد بهتر روش جدید میباشد. روش بهبودیافته میتواند به عنوان پایهای برای توسعه کدهای دینامیک سیالات محاسباتی برای شبکه مرکز سلولی مورد استفاده قرار گیرد.
One of the main difficulties in employing fully coupled algorithms for solving Navier-Stokes equations is the high computation cost of coefficient matrix determination and solving the linear equation system. Therefore, the number of required iterations and computational costs may be reduced by increasing the convergence rate. This article deals with the formulation and testing of an improved fully coupled algorithm based on physical influence scheme (PIS) for the solution of incompressible fluid flow on cell-centred grid. The discretisation of improved algorithm is investigated and fully clarified, by comparing the methodology with two similar schemes. For a better insight, two benchmark problems are solved. The first problem is a steady lid-driven cavity with different Reynolds numbers between 100 and 10000. The second problem is steady flow over a backward facing step for the specified Reynolds number of 800. The history of residuals for present and previous methods are compared, in order to demonstrate the performance of the new discretization scheme. It is worth mentioning, the presented method is based on nine cells discretization. Therefore, the computational costs and memory usage of the proposed method are almost the same as previous ones. The results indicate that, the improved method converges in fewer iterations in comparison with prior methods. The new scheme can be utilized for development of the computational fluid dynamics solvers based on cell-centred grid arrangement.
شبیه سازی عددی,دینامیک سیالات محاسباتی,جریان تراکمناپذیر,الگوریتم تاثیر فیزیکی,الگوریتم تمام کوپل
numerical simulation,Computational Fluid Dynamics,Incompressible Flow,Physical Influence Scheme,Fully Coupled Algorithm
571
582
http://mme.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-15-1000-3623&slc_lang=fa&sid=15
Amir
Soleimani
امیر
سلیمانی
100319475328460065793
100319475328460065793
No
دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان
Ghanbarali
Sheikhzadeh
قنبرعلی
شیخ زاده
100319475328460065794
100319475328460065794
No
عضو هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک و معاون آموزشی، دانشگاه کاشان
Reza
Maddahian
رضا
مداحیان
100319475328460065784
100319475328460065784
Yes
استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس