پيش بيني جريان آشفته در كانال هاي U-شكل با استفاده از مدل هاي اغتشاش خطي و غيرخطي

Prediction of fluid flow through U-bend channels using linear and nonlinear models of turbulence

در اين مقاله به بررسي عملكرد مدل اغتشاش k-ε غيرخطي عدد رينولدز پايين در پيش بيني جريان آشفته در كانال U شكل سه بعدي مربوط به مسير خنك كاري داخلي پره ي توربين گازي پرداخته مي شود. به منظور مدل سازي ميدان اغتشاش از مدل هاي اغتشاشي k-ε خطي عدد رينولدز پايين، مدل ناحيه اي k-ε/1-eq. و مدل غيرخطي عدد رينولدز پايين استفاده گرديده است. نتايج محاسبات نشان مي دهد كه مدل هاي خطي و ناحيه اي در پيش بيني پروفيل هاي سرعت و تنش هاي رينولدز مشابه عمل مي كنند و در بخش هايي از ناحيه ي جدايش جريان، تنش هاي رينولدز را بيشتر از مقدار واقعي پيش بيني مي كنند اما مدل غيرخطي عملكرد بهتري را در پيش بيني پروفيل هاي سرعت و تنش هاي رينولدز در بيشتر مناطق از جمله ناحيه ي جدايش نشان مي دهد. همچنين هر سه مدل خطي، غيرخطي و ناحيه اي تقريباً پيش بيني مشابهي در مورد نقطه ي جدايش جريان داشته اند ولي مدل غيرخطي در پيش-بيني سطوح تنش هاي رينولدز و نحوه ي تغييرات آن از سطح داخلي به سمت سطح خارجي عملكرد بهتري نسبت به مدل هاي ناحيه-اي و خطي داشته است و نقاط مربوط به بيشينه ي تنش هاي رينولدز را خصوصاً در صفحه ي نزديك به ديواره بهتر پيش بيني كرده است.

In the present paper, the performance of zonal, linear and nonlinear low-Reynolds 𝑘−𝜀 models of turbulence in prediction of turbulent flow through three-dimensional U-bend channels of internal cooling passage of gas turbine blades is investigated. The finite volume method is to solve the governing equations of mean fluid flow and turbulence fields. Results show that the zonal and linear 𝑘−𝜀 models are able to predict the velocity profiles in a similar manner but both linear models overestimate the turbulent levels in some region of flow domain including the separation zone. All three turbulence models yield similar predictions for the location of separation point. In general, the mean flow and turbulence field predictions of the nonlinear model show improvement in comparison to the linear models everywhere including the separation zone. Furthermore, the nonlinear low-Reynolds turbulence 𝑘−𝜀 model yields more accurate predictions for not only the level of Reynolds stresses but their variations from the inner-side toward the outer-side of the duct. The maximum values of turbulent stresses are better reproduced by the nonlinear model than the zonal and linear turbulence models.