حل عددي جريان شتابدار آشفته در ورودي لوله

Numerical Simulation of Accelerating Flows in Inlet of Pipes

در اين مقاله با حل عددي يك، دو و سه بعدي جريان شتاب دار آشفته در ورودي لوله به بررسي طول ناحيه توسعه يافته و تحليل ساير مشخصه-هاي جريان، پرداخته شده است. مدل آشفتگي مورد استفاده SST انتخاب گرديد. اين تحقيق نشان مي‌دهد كه هر سه حالت يك، دو و سه بعدي، رَوند كلي را به خوبي داده‌هاي آزمايشگاهي پيش بيني مي كنند. نتايج در بُعد زمان و بُعد مكان مورد تجزيه و تحليل قرار گرفتند. مشخصه‌هاي خاص جريان آشفته مانند انرژي جنبشي آشفتگي در حالت يك بعدي نتايج قابل قبول‌تري در مقايسه با مقادير تجربي نشان مي‌دهد. همچنين نتايج دو و سه بعدي بهم بسيار نزديك هستند. در مجموع با توجه به پيچيدگي‌هاي حل سه، دو و يك بعدي و توجه به ميزان انطباق نتايج، استفاده از مدل يك بعدي در قسمت توسعه يافته جريان توصيه مي‌شود ولي در قسمت در حال توسعه جريان حل دوبعدي كفايت مي كند. نتايج اين تحقيق نشان دهنده اين واقعيت مهم است كه در بررسي و تشخيص ناحيه توسعه يافته جريان نبايد تنهاً به معيار سرعت محوري بسنده نمود بلكه به ساير مشخصه‌هاي جريان (مانند: انرژي جنبشي آشفتگي، لزجت آشفتگي، اتلافات و ...) توجه كافي مبذول داشت. با توجه به تعريف ناحيه توسعه يافته چون براي جريان شتابدار رفتار مشخصه‌هاي سيال دست خوش تغييرات مي‌شود، بنابراين روابط مربوط به طول توسعه‌يافتگي كه براي جريان‌هاي پايا مورد استفاده قرار مي گرفت، كارايي و اعتبار خود را از دست داده و بايد از روابط اصلاح شده كه وابسته به شرايط دوره شتاب‌دهي است استفاده شود. مقايسه بين طول توسعه‌يافتگي براي جريان ناپاياي مورد مطالعه در اين تحقيق با جريان پاياي معادل نشان مي دهند تفاوت زيادي بين طول توسعه‌يافتگي براي دو نوع رژيم جريان پايا و ناپايا وجود دارد.

In this paper using one, two and three dimensional simulations, the accelerating flows in developing inlet pipe region are considered numerically. The developing length calculated based on different turbulence parameters is studied thoroughly. The SST turbulence model in comparison with recent reported experimental data have been used to achieve reliable predictions. The predictions obtained using all 1, 2, and 3 dimensional cases are generally the same and follow the experiments well. Thus, it seems that one dimensional simulation in fully developed region is sufficient. However, for the inlet region in developing state a two dimensional axisymmetric analysis is required. This research shows that calculating the developing length based on only mean averaged velocity is not adequate, but also turbulence kinetic energy and viscosity must be paid enough attention. Further, the comparison between steady and unsteady flows for the developing length shows that they are very different. This length also depends on both the value of flow acceleration and turbulence delay time in addition to Reynolds number and pipe diameter.