شبيه‌سازي مستقيم عددي كاهش درگ آشفته در يك كانال افقي توسط ميكروفيبرها در رينولدز بالا با يك مدل بستگي جبري

DNS of turbulent drag reduction in a horizontal channel by microfibers at high Reynolds numbers using an algebraic closure model

در مقاله حاضر، نتايج شبيه‌سازي مستقيم عددي پديده كاهش درگ به كمك ميكروفيبرها در جريان كانال آشفته در عدد رينولدز برشي 950Re? = گزارش شده است. براي اين منظور، از حل عددي معادلات ناوير- استوكس سه بعدي و وابسته به زمان براي جريان تراكم ناپذير يك سيال غيرنيوتني استفاده شده است. تانسور تنش غيرنيوتني تابع توزيع جهت‌گيري فضايي فيبرها مي‌باشد كه براي محاسبه آن از يك مدل بستگي جبري كه اخيراً پيشنهاد شده استفاده شده است. نشان داده شده كه استفاده از اين مدل جبري، به دليل كاهش چشمگير حجم محاسبات، امكان شبيه سازي مستقيم در اعداد رينولدز بالا را مي‌دهد. در نهايت، كميت هاي آماري جريان آشفته (بطور خاص نمايه سرعت متوسط و تنش هاي رينولدز) نشان داده و بحث شده‌اند. تغييرات در ايزوتروپي تانسور تنش رينولدز را به كمك مثلث ايزوتروپي لاملي نشان داده‌ايم.

In this study, the results of a direct numerical simulation (DNS) of turbulent drag reduction by microfibers in a channel flow at a shear Reynolds number of Re? = 950 are reported. For this purpose, we make use of a numerical solution of three-dimensional, time-dependent Navier-Stokes equations for the incompressible flow of a non-Newtonian fluid. The non-Newtonian stress tensor depends on the orientation distribution of fibers, which is computed by a recently-proposed algebraic closure model. It is shown that the use of this algebraic closure, due to the great reduction in computational efforts, enables us to perform a DNS at high Reynolds numbers. Ultimately, statistical quantities of turbulence (in particular, the mean velocity profile, Reynolds stresses, etc.) are presented and discussed. Variations in the isotropy of the Reynolds stress tensor are explained by the aid of Lumley anisotropy map.