شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ جريان آشفته روي سطوح هيدروفوبيك

Large Eddy Simulation of Turbulent Flow over Hydrophobic Surfaces

در سال‌هاي اخير، تلاش‌هاي چشمگيري روي توليد سطوحي كه موجب كاهش ميزان پساي اصطكاكي حاصل از سيال عبوري از روي سطوح مي شوند، انجام گرفته است. در تحقيق حاضر، تحليل اثرات سطوح هيدروفوبيك بر جريان مجاور يك سطح به صورت اصلاح شرايط مرزي ديواره و كاهش پساي اصطكاكي و تغيير ساختار آشفتگي جريان مورد توجه مي باشد. سرعت هاي لغزش، تنش هاي برشي ديواره و تنش‌هاي رينولدز براي طول هاي لغزش مختلف از سطوح هيدروفوبيك در عدد رينولدز اصطكاكي كه معادل عدد رينولدز 300,3 بر اساس جريان واقعي مي باشد، بررسي شده است. براي طول لغزش هاي بزرگتر از متر، سرعت لغزش متوسط بيش از 18% سرعت متوسط بوده و تنش برشي ديواره بيش از 60 % كاهش يافته است. شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ براي بررسي كارآيي كاهش پساي سطوح هيدروفوبيك در يك كانال با جريان آشفته استفاده شده است. نتايج شبيه‌سازي عددي نشان مي‌دهد كه با اعمال شرط مرزي لغزش در جهت جريان، پساي اصطكاكي كاهش يافته و شدت هاي آشفتگي،ساختارهاي آشفتگي و به ويژه گردابه‌هاي نزديك ديواره درجهت جريان به صورت قابل توجهي ضعيف مي‌شوند. همچنين، نتايج نشان مي دهند كه طول لغزش بايد از يك مقدار معيني بيشتر باشد تا فقط اثر محسوسي بر آشفتگي داشته باشد.

In recent years, extensive efforts have been made on the design and fabrication of surfaces having the ability to reduce viscous drag. In this article, the effect of hydrophobic surfaces on viscous drag has been investigated using large eddy simulation of a turbulent channel flow. Hydrophobic surfaces are known by their ability to trap an air layer and by the existence of slip boundary conditions on them. Using slip boundary condition, the viscous drag is reduced and the turbulence intensities and the near-wall eddies are weakened considerably. In this paper, the slip velocities and the shear stresses at the wall for different slip lengths of hydrophobic surfaces, at the viscous Reynolds number of have been investigated. For slip lengths greater that 10-5 m, an average slip velocity of more than 18% of the average velocity has been obtained and the wall shear stress has been reduced by more than 60%. The results show that, the slip length to have a tangible effect on turbulence should be greater than a certain amount.