بررسي پديده كاهش نيروي پسا در يك جريان مغشوش سيال ويسكوالاستيك به روش شبيه‌سازي عددي مستقيم DNS

A DNS investigation of drag reduction phenomenon in turbulent flow of a viscoelastic fluid

شبيه‌سازي عددي مستقيم جريان متلاطم سيال ويسكوالاستيك، به دليل اهميت آن در پيش‌بيني پديده كاهش پسا و ارائه مدلهاي تلاطم مخصوص جريانهاي ويسكوالاستيك، بخش قابل توجهي از مطالعات مرتبط با سيالات غيرنيوتني را به خود اختصاص داده است. در اين مطالعه، پس از معرفي پديده كاهش پسا، معادلات حاكم در سه بعد و غير دائم جهت شبيه‌سازي عددي مستقيم جريان متلاطم در يك كانال با استفاده از مدل ويسكوالاستيك گزيكس بررسي و با توسعه يك حلگر جديد در محيط نرم‌افزار اوپن‌فوم و بر مبناي روش حجم محدود، نتايج مربوط استخراج شده است. پس از مقايسه مشخصات تلاطم جريان با نتايج مربوط به سيال نيوتني، ميزان كاهش پسا محاسبه گرديده است. همچنين نتايج موجود، با نتايج مربوط به مطالعه‌اي مشابه بر مبناي كد تفاضل محدود و به ازاي پارامترهاي رئولوژيك يكسان (150Reτ=، 30Weτ=، 9/0β= و 001/0α=) مقايسه و همخواني خوبي مشاهده مي‌شود. اثر تغيير ضرايب α و β بر روي مقدار كاهش پسا و مشخصات جريان بررسي شده است.

Direct numerical simulation (DNS) of viscoelastic turbulent flow, due to its importance in predicting drag reduction and developing viscoelastic turbulent models has become as a considerable portion of non-Newtonian fluid flows studies. In the present work, after introducing the phenomenon of drag reduction, the unsteady 3-D governing equations of a duct flow required for DNS of viscoelastic turbulent flow using Giesekus model are employed. To obtain the numerical results, a new solver based on finite volume method is developed in OpenFOAM software. Comparing turbulent characteristics of viscoelastic flow with Newtonian one, the drag reduction value is calculated. The obtained results are compared with the corresponding values from a similar study based on finite difference method using the same rheological parameters (Reτ=150, Weτ=30, β=0.9 and α=0.001) and a good agreement is observed. The effect of varying the mobility factor α and viscosity ratio β on the drag reduction and flow characteristics is investigated.