شبیه سازی سه بعدی جریان با روش تلفیقی المان گردابه ای-المان مرزی
چکیده
در این رساله، روش عددی و هیبریدی المان گردابه ای- المان مرزی در سه بعد توسعه داده شده است. برای اولین بار در این روش عددی از المانهای گردابه ای حبابی با تابع توزیع هیپربولیکی و المانهای مرزی با قدرت ثابت استفاده شده است. همچنین جهت بالا بردن دقت و همگرایی در جواب در رینولدزهای بالا، از روش pse بجای روش گام تصادفی جهت شبیه سازی فرآیند پخش، استفاده گردید. جهت بهینه سازی پارامترهای حل، نتایج بدست آمده روی صفحه تخت، اعم از پروفیل سرعت و ضخامت لایه مرزی با نتایج تئوری- تجربی مقایسه شده است و تطابق بسیار خوبی حاصل گشت. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی جریان حول مکعب شامل عدد استروهال و ضریب پسا در رینولدزهای پایین تطابق بسیار خوبی با نتایج مراجع دارد و در رینولدزهای بالا نیز تطابق نسبتاً خوب دیده می شود. استفاده از تکنیک جدید رسم بردارهای سرعت با کدهای رنگی، ابزار مناسبی برای معرفی جلوه های سه بعدی جریان می باشد که چرخش المانها در جهت جریان را براحتی قابل تشخیص می کند و در این رساله از آن استفاده شده است. شبیه سازی جریان حول ساختمان نیز برای اولین بار با روش عددی مذکور انجام شد و به نسبت روشهای عددی متداول دقت بهتری در محاسبه ضریب فشار حاصل گشت؛ همچنین روش عددی توسعه داده شده کارایی بالایی در تسخیر گرادیانهای شدید نسبت به روشهای متداول دارد. این مطالعه از این جهت حائز اهمیت می باشد که اختلاف فشار ناشی از میدان سرعت ایجاد شده در بیرون ساختمان موجب افزایش نفوذ جریان تهویه شده از داخل ساختمان به بیرون شده و لذا باعث افزایش مصرف انرژی می گردد. همچنین با مقایسه نتایج شبیه سازی در مورد ساختمان های بلند و ساختمان های بلند و باریک استنباط می شود که جوابهای بدست آمده در ارتباط با ساختمان های بلند و باریک با نتایج تجربی و مراجع دیگر خوانایی بیشتری داشته و قابل اعتمادتر است؛ چراکه ابعاد نواحی چرخشی در این حالت دقیق تر محاسبه شده است. همچنین پروفیل سرعت نوسانی توربولانسی بدست آمده در مقاطع مختلف پایین دست ساختمان نیز تطابق خوبی با نتایج تجربی دارد.