مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارزیابی مدل گرادیانی تنظیم‌شده در محاسبه تانسور تنش مقیاس‌های زیرشبکه‌ای با تصحیح حلگر پیمپل‌فوم در نرم‌افزار اپن‌فوم

نویسندگان
1 دانشگاه فردوسی مشهد
2 عضو هیات علمی / دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
مدل‌سازی مناسب مقیاس‌های زیرشبکه‌ای در تعیین دقت محاسبات روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ در تحلیل جریان‌های آشفته از اهمیت به‌سزایی برخوردار است. در سال‌های اخیر، شاخه جدیدی از مدل‌های زیرشبکه‌ای موسوم به مدل‌های گرادیانی در محاسبه تانسور تنش و بردار شار حرارتی مقیاس‌های زیرشبکه‌ای توسعه یافته‌اند و در روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در این پژوهش، برای اولین بار معادلات مدل زیرشبکه‌ای گرادیانی تنظیم‌شده در نرم‌افزار اپن‌فوم پیاده‌سازی شده و ایده تصحیح حلگر پیمپل‌فوم برای بهبود دقت نتایج مدل مذکور استفاده شده است. این مدل بر مبنای بسط سری تیلور تنش مقیاس‌های زیرشبکه‌ای بنا شده است و از فرضیه تعادلی محلی به منظور ارزیابی انرژی جنبشی مقیاس‌های زیرشبکه‌ای استفاده می‌کند. برای ارزیابی دقت مدل گرادیانی تنظیم‌شده و تغییرات اعمال شده در حلگر پیمپل‌فوم، شبیه‌سازی جریان کانال آشفته در عدد رینولدز اصطکاکی 395 با استفاده از نرم‌افزار متن باز اپن‌فوم انجام شده و نتایج روش فوق با داده‌های شبیه‌سازی عددی مستقیم و دیگر مدل‌های مختلف زیرشبکه‌ای مانند مدل اسماگرینسکی، اسماگرینسکی دینامیکی و دیردورف مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد که مدل‌ گرادیانی تنظیم‌شده کمیت‌های آشفتگی مرتبه اول و مرتبه دوم را با دقت بالایی بازیابی می‌کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Evaluating modulated gradient model in computing subgrid scale tensors

نویسندگان English

Elyas Kermani 1
Ehsan Roohi 2
چکیده English

Accurate modeling of the sub-grid scales (SGS) is crucial in determining the accuracy of the large eddy simulations (LES) in turbulent flow analysis. In recent years, new branches of the sub-grid scales models called gradient-based models were developed in computing the sub-grid scales stresses and heat fluxes and used in large eddy simulations. In this work, the modulated gradient model (MGM) equations were implemented in the OpenFOAM package, and pimpleFoam solver was modified to improve the solution accuracy. The modulated gradient model is based on the Taylor-series expansion of the sub-grid scales stress and employs the local equilibrium hypothesis to evaluate the sub-grid scales kinetic energy. To assess the accuracy of the modulated gradient model as well as the improved pimpleFoam solver, turbulent channel flow at a frictional Reynolds number of 395 was simulated via the OpenFOAM package and results were compared with the direct numerical simulation (DNS) data as well as the numerical solution of the Smagorinsky, Dynamic Smagorinsky, Deardorff models. The results show that modulated gradient model evaluates first and second order turbulence parameters with a high-level of accuracy.

کلیدواژه‌ها English

Modulated Gradient Model (MGM)
Sub-Grid Scale Stress Tensor
Turbulent Channel Flow
OpenFoam software