مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل دقت مدل‌های مختلف k-ε غیرخطی در پیش‌بینی میدان جریان و پراکندگی آلاینده‌ها در اطراف یک ساختمان مدل

نویسندگان
دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
در مقاله حاضر، قابلیت مدل‌های مختلف k–ε غیرخطی برای پیش‌بینی میدان جریان و پراکندگی آلاینده‌ها در اطراف یک ساختمان مدل مکعبی‌شکل به همراه دودکش واقع در مرکز سقف آن در داخل لایه مرزی آشفته بررسی شد. یک مدل غیرخطی مربعی که توسط نیسیزیما و یوشیزاوا پیشنهاد گردید و دو مدل غیرخطی مکعبی که توسط لین و همکاران و ارهارد و موسیوپولاس ارائه شد، با نتایج مدل k–ε استاندارد و نتایج تجربی موجود مقایسه شدند. تمامی محاسبات انجام شده با استفاده از توسعه برنامه-نویسی شی‌گراء C++ در بسته نرم افزاری اپن‌فوم انجام گرفت که شامل برنامه‌هایی برای حل‌کننده‌های حجم محدود می‌باشد. برای میدان جریان، مدل k–ε استاندارد به دلیل اینکه قادر به بازتولید جریان برگشتی بر روی سقف ساختمان مدل نیست نتایج نامطلوبی را پیش‌بینی کرد. در مقابل، مدل‌های غیرخطی به دلیل توانایی در پیش‌بینی تنش‌های غیرایزوتروپی، نشان دادند که تنش‌های رینولدز در جهت جریان بر روی سقف غالب هستند. مدل‌های غیرخطی به دلیل داشتن جمله‌های مربعی و مکعبی قادر بودند میدان غلظت را بهتر از مدل k–ε استاندارد پیش‌بینی نمایند. مدل مکعبی ارهارد از میان مدل‌های آشفتگی بررسی شده، بهترین توافق را با نتایج تجربی نشان داد. همچنین همه مدل‌های مورد مطالعه پخش میدان غلظت را کمتر از نتایج تجربی پیش‌بینی کردند، ولی نشان داده شده است که مدل‌های غیرخطی این اختلاف را کاهش می‌دهند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Analysis of various non-linear k-ε models accuracy to predict flow field and pollutant dispersion around a model building

نویسندگان English

Farzad Bazdidi-Tehrani
Akbar Mohammadi-Ahmar
Mohsen Kiamansouri
Iran University of Science and Technology
چکیده English

The present paper investigated the capability of various non-linear k–ε models for predicting flow field and pollutant dispersion around a cubical model building with a stack vent located on its roof center within the turbulent boundary layer. One quadratic model proposed by Nisizima and Yoshizawa, and two cubic models, proposed by Lien et al. and Ehrhard and Moussiopoulos were examined by comparing their simulation results with the wind tunnel data and standard k–ε model. All the computations were performed by using the self-developed object-oriented C++ programming in OpenFOAM CFD package, which contains applications and utilities for finite volume solvers. The standard k–ε model provided inadequate results for the flow field, because it could not reproduce the basic flow structures, such as reverse flow on the roof. By contrast, the non-linear models were able to predict anisotropic stresses and correctly showed the dominant stress over the roof to be the streamwise Reynolds stress. The non-linear models were able to predict the concentration field better than the SKE model due to inclusion of the quadratic and cubic terms. Among the RANS models, the Ehrhard model showed the best agreement with the experimental data. It was shown that concentrations predicted by all turbulence models were less diffusive than those of the experiment, although the non-linear k–ε models have reduced this difference.

کلیدواژه‌ها English

Pollutant dispersion
computational fluid dynamics (CFD)
OpenFoam
Non-linear k-ε models
Model building