علل عملكرد متفاوت مدل‌هاي آشفتگي در شبيه سازي جريان خروجي از قطره‌چكان‌ها

Causes of Different Performance of turbulent Models in Simulation of drip emitters outflow

قطره­ چكان وسيله ­اي براي كاهش فشار و خروج آب با مقدار ثابت از درون مجاري باريك و طولاني مسير (كه آب تحت فشار درون آن­ها جاري است) مي­باشد. از اين رو مهمترين بخش سيستم آبياري قطره­اي محسوب مي­شود. از طرفي ديگر، توليد قطره ­چكان مناسب زمان­بر و پرهزينه مي­باشد. استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) مي­تواند ابزار مفيدي براي كاهش هزينه و زمان ساخت قطره­ چكان­ ها محسوب گردد. با اين هدف، در مطالعه حاضر سه نوع قطره ­چكان با هندسه مجاري متفاوت انتخاب و ابعاد مجاري آن با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني(SEM) اندازه­گيري گرديد. ميزان دبي خروجي قطره­ چكان­ ها با استفاده از مدل جريان آرام و 4 مدل آشفتگي (k- ε استاندارد، k-ω استاندارد، K-ε RNG و Realizable K-ε) شبيه­ سازي شد و با نتايج حاصل از آزمايشگاه مقايسه گرديد. نتايج نشان داد كه به طور كلي تطابق خوبي بين نتايج آزمايشگاهي و نتايج حاصل از مدل­هاي مختلف آشفتگي و آرام وجود دارد، اما در بين مدل­هاي مورد بررسي، k-ω استاندارد و k-ε استاندارد به ترتيب بهترين و بدترين نتايج را در مقايسه با نتايج آزمايشگاهي ارائه نمودند به طوري كه ميانگين NRMSE سه قطره­ چكان، براي دو مدل k- ε استاندارد و k-ω استاندارد، به ترتيب 57/7 و 56/3 درصد تعيين گرديد. همچنين با توجه به پايين بودن اعداد رينولدز، مدل آرام نيز نتايج خوبي ارائه داد.

The emitter is a device used to dissipate pressure and to discharge water at a constant rate when pressurized water flows through its narrow and long path channels, hence emitter is the key component of the drip irrigation system. On the other hand, production of a suitable emitter is expensive and time–consuming. The use of computational fluid dynamics (CFD) can be a useful tool for reducing the time and cost of manufacturing of drip emitters. For this purpose, in present study three different types of drip emitters (with different channel geometry) were chosen and their structural parameters are determined using SEM. Rate of discharge of emitters were simulated by 4 turbulence models (standard k- ε ، RNG K-ε، K-ε Realizable، standard k-ω) and Laminar model compared with experimental discharge. Results showed that on the whole there was generally good agreement between the experimental results and those obtained by different turbulent and laminar models. But among the studied models, results of standard k- ω and standard k- ε had the best and the worst agreement with experimental results, respectively. So that, the mean NRMSE of three emitters for standard k-ε and standard k-ω models was determined 7.57 and 3.56 percent, respectively. As well as with regards to low Reynolds number, the laminar model also presented good results.