مدلسازی اثرات زبری جداره ها توسط روش گردابه های بزرگ (les)در کانالهای باز
چکیده
حضور المانهای زبر در غالب کاربردهای مهندسی و اهمیت آشنایی الگوی جریان پیرامون این المانها، انگیزه اصلی بررسی ساختارهای جریان در مجاورت بستر زبر می باشد. بررسی جریان امروزه به کمک تکنیکهای قدرتمند در دینامیک سیالات محاسباتی و با بهره گیری از روشهای عددی با دقت بالا در مقایسه با روشهای آزمایشگاهی پرهزینه، مورد توجه قرار گرفته ا ست. هدف از این رساله، مطالعه ماهیت جریان روی بسترهای زبر در کانالهای روباز می باشد. بدین منظور یک کد عددی سه بعدی حجم محدود با شبکه لاگرانژی - اولری مجزا و مختصات منطبق بر جسم توسعه داده شده است. این کد با بکارگیری تکنیک گردابه بزرگ جریان به همراه توابع جداره قادر به ارائه ساختارهای ریز جریان در حضور زبریها می باشد. استفاده از روش گسسته سازی با مرتبه دقت بالا و همچنین قابلیت تعبیه شبکه بندی متغیر در عمق در این کد، امکان مدلسازی شرایط جریان پیچیده را با تعداد گره های محاسباتی کمتر و در عین حال دقت بیشتر فراهم نموده است. به کمک این کد، سه نوع زبری کروی، مثلثی و مربعی در شرایط چیدمان مختلف (که سه رژیم جریان نوع d، نوع k و بینابین را ایجاد می کند) و نسبتهای استغراق جریان متفاوت، شبیه سازی شده است. در کلیه حالتها، نتایج مربوط به مولفه های میانگین و نوسانی شامل توزیع سرعت میانگین در عمق، پروفیل لگاریتمی سرعت، شدت آشفتگی، تنش برشی رینولدز، انرژی جنبشی آشفتگی و تولید آشفتگی روی تاج و در حدفاصل بین المانها ارائه شده است. نتایج نشانگر شکلگیری لایه برشی در نزدیکی تاج المان بوده که حضور نقطه عطف در پروفیل سرعت، حداکثر شدت آشفتگی، انرژی جنبشی آشفتگی و تولید در این محل اتفاق می افتد. بیشینه اثرات زبری و مقاومت جریان نیز برای رژیم جریان بینابین اتفاق می افتد. همچنین نتایج بیانگر این مطلب بود که با کاهش تراکم المانهای زبر، هر دو اثر چیدمان و نسبت استغراق مهم می باشند. در مجموع، انطباق قابل قبول نتایج عددی استخراج شده با داده های آزمایشگاهی مرجع مورد مطالعه، قابلیت کد توسعه داده شده و روشهای عددی بکاررفته در آنرا نشان می دهد.