كاربرد مدل‌هاي كنارجداره در شبيه‌سازي جريانهاي سطح آزاد جداشده به روش LES

Application of Near-wall Models Along with LES to Free Surface and Separated Flows

كاربرد مدل‌هاي كنارجداره در جريان سطح آزاد عبوري از روي پله به عنوان بخشي از يك تحقيق جامع با روش عددي شبيه سازي گردابه‌هاي بزرگ مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج دو مدل زير شبكه پركاربرد Smagorinsky و Dynamic براي مدل‌سازي مقياس‌هاي كوچكتر از شبكه در مورد فوق با يكديگر مقايسه شده‌اند. براي هر دو مدل زيرشبكه، از مجموعه مدل‌‌هاي كنارجداره ارتقا يافته (WW) Werner-Wengle متشكل از چهار مدل متفاوت استفاده شده است. به منظور ارزيابي عملكرد مدل‌هاي كنارجداره و مدل‌هاي زيرشبكه، جريان سطح آزاد در كانال داراي پله پايين رونده مورد شبيه سازي قرار گرفته وبا نتايج مدل آزمايشگاهي (1987) Nakagawa-Nezu مقايسه شده‌اند. در مجموع تطابق نتايج كميت‌هاي متوسط جريان با اطلاعات آزمايشگاهي مناسب بوده و نقاط جدايي و بازگشت با دقت خوبي برآورد شده است. استفاده از مدل‌هاي كنارجداره باعث بهبود محاسبه نقاط بازگشت شده و همچنين اثر مطلوبي در محاسبه ميدان اصلي جريان، در مقايسه با نتايج عدم استفاده از مدل كنارجداره داشته است. تفاوت چهار مدل كنارجداره در محاسبه ضخامت نسبي زيرلايه لزج در محل بازگشت جريان به خوبي آشكار شده است، اما در ديگر نواحي مدل‌ها بسيار نزديك به هم عمل كرده اند. با وجود شرايط متفاوت توليد و استهلاك انرژي آشفتگي در مدل زيرشبكه Dynamic، با اعمال تابع مستهلك كننده كنارجداره و ضريب مناسب در مدل Smagorinsky، نتايج دو مدل بسيار نزديك بدست آمدند.

Application of Near-wall models along with large eddy simulation method for free-surface flow over backward-facing step is investigated. Smagorinsky and Dynamic sub-grid scale models are used in LES code. Four different near-wall models have been developed based on advanced Werner-Wengle model. The simulation results are compared with experimental data of Nakagawa and Nezu (1987). The comparison shows a relatively good agreement for time-averaged velocities and also it shows high accuracy in computation of reattachment point. Near-wall models have very close results in whole domain except the reattachment region and this has been shown by comparison of viscose sub-layer thickness that is an important parameter of these models. Although the dynamic sub-grid scale model is more complicated than standard model, both models have shown very close results in present case study.