بررسی مشخصات جریان های دائمی و متلاطم سیال های نیوتنی و تراکم ناپذیر در مجاری همگرا - واگرا
چکیده
جریان سیال در بیشتر مسائل مهندسی بصورت متلاطم صورت می گیرد. بنابراین مطالعه تلاطم و بررسی مشخصات جریانهای متلاطم از اهمیت خاصی برخوردار است . در گذشته نه چندان دور مطالعات در این زمینه تماما بصورت تجربی و آزمایشگاهی بوده است اما امروزه، استفاده از متدهای محاسباتی توسعه پیدا کرده است بطوری که می رود تا جایگزین قسمت اعظمی از مطالعات مدلی و روشهای تجربی شود. در این تحقیق مشخصات جریان متلاطم با تقارن محوری در مجاری همگرا - واگرا که دارای جدارهای منحنی می باشند، با استفاده از محاسبات عددی، مورد بررسی قرار گرفته است . برای این منظور، معادلات حاکم بر مسئله ابتدا در مختصات استوانه ای بدست آمده و سپس برای استفاده در صفحه محاسباتی، به مختصات منحنی الخز متعامد و منطبق بر مرز انتقال یافته اند. برای در نظر گرفتن مشخصات تلاطم، از مدل (k-?) استاندارد استفاده شده است و در بعضی حالات نیز فرمهای تصحیح شده این مدل، مانند مدل low reynolds (k-?) ارائه شده توسط lam و bremhorts و مدل hybrid (k-?) ارائه شده توسط chang و chen مورد استفاده قرار گرفته اند. فرم تفاوتهای محدود معادلات حاکم در صفحه محاسباتی با انتگرال گیری روی حجم های کنترل در یک شبکه staggered و استفاده از hybrid differenceing بدست آمده و برای رابطه بین سرعت و فشار نیز از الگوریتم simple استفاده شده است . به منظور ارزیابی و اطمینان از صحت برنامه کامپیوتری تهیه شده، ابتدا مشخصات جریان متلاطم در یک لوله یکنواخت با استفاده از مدلهای (k-?) استاندارد و lam - bermhorst، بدست آمده و با نتایج آزمایش مقایسه شده است . برای جریان در مجاری همگرا - واگرا، از مدلهای (k-?) استاندارد و hybrid استفاده شده است ، که نتایج بدست آمده تقریبا یکسان می باشد و فقط مدل hybrid طول ناحیه جدا شده جریان را کمی بزرگتر پیش بینی می کند. محاسبات برای اعداد رینولدز مختلف انجام شده است . نتایج بدست آمده برای یک مجرای همگرا - واگرا با 36 درصد کاهش سطح مقطع در گلوگاه و اعداد رینولدز 105 و 5000، به صورت رسم خطوط جریان، بردارهای سرعت و نواحی فشار، k و ? ثابت اراده شده اند. نتایج محاسبات نشان می دهد که برای این مجزا، جدایی جریان از عدد رینولدز 10000 شروع شده و طول ناحیه جدا شده جریان (باز چرخشی) با افزایش عدد رینولدز افزایش می یابد و برای اعداد رینولدز بزرگتر از 50000 ثابت باقی می ماند.
