تحلیل عددی جریان آشفته داخل لوله تحت شرایط شتابهای متوسط
چکیده
هدف این تحقیق بررسی ویژگیهای سیال تحت تاثیر جریان شتاب دار آشفته است. در این پایان نامه، جریان شتاب دار آشفته در یک لوله برای اعداد رینولدز، از 7000 تا 45200 (بر پایه سرعت متوسط و قطر) بوسیله شش مدل معمول جریان متلاطم شبیه سازی می شود. زمان دوره شتابدهی از 5 ثانیه تا 45 ثانیه است. مدلهای مفروض شامل مدل جبری بالدوین-لومکس (bl)، مدل تک معادله ای اِسپالارت-آلماراس (sa)، مدلk-e با تصحیح دیواره لام-برِمهارست (ke)، مدل k-w ویلکاکس (kw) ، مدل تنش برشی انتقالی مِنتِر (sst) و مدل kev2 دوربین (kev2) می باشند. نتایج حاصل از این مدل ها با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده اند. برای تحلیل بهینه جریان در لوله، سه حالت یک بعدی و دو بعدی و سه بعدی بررسی شد و با مقایسه نتایج، استفاده از مدل یک بعدی برای تحلیل این نوع رژیم جریان مناسب تشخیص داده شد. برای تحلیل عددی در این رساله از روش گسسته سازی کرانک-نیکلسون استفاده شده است و معادلات توسط روش ماتریس سه قطری حل شده اند. یکی از ویژگی های متمایز کننده جریان مورد مطالعه با جریان آشفته غیر شتاب دار، میزان طول توسعه یافتگی در لوله می باشد که از رابطه طول توسعه یافتگی معمول تبعیت نمی کند. طول توسعه یافتگی در جریان آشفته شتاب دار بیش از طول معادل در حالت بدون شتاب محاسبه می گردد. یکی دیگر از وجوه تمایز جریان شتاب دار آشفته با جریان غیر شتاب دار، ظهور پدیده ای موسوم به تأخیر زمانی است که در مشخصه های سیال بروز پیدا می کند. بطوری که هر یک از مشخصه های جریان از جمله انرژی جنبشی تلاطمی، شدت آشفتگی، نوسانات سرعت و ... با تأخیر زمانی نسبت به جریان بدون شتاب (جریان شبه پایا) شروع به تغییر می کنند. زمان تأخیری انرژی جنبشی جریان متلاطم محاسبه شده در نزدیکی خط مرکزی لوله که توسط مدل kev2 محاسبه می گردد به نتایج آزمایشگاهی نزدیک است. مدل kev2 بهترین نتایج را نسبت به سایر مدل های انتخاب شده به خصوص در ناحیه دور از دیواره بدست می دهد. در انتهای رساله، مدل kev2 با استفاده از مشخصه v2 برای جریان شتابدار اصلاح می شود. اصلاح صورت گرفته نشاندهنده تاثیر مثبت آن بر روی همه مشخصه ها می باشد. این اصلاح برای دوره های مختلف شتابدهی مورد بررسی قرار گرفت که نشاندهنده تاثیر مثبت آن بر نتایج در زمانهای مختلف دوره شتابدهی می باشد.