يك مدل جبري جديد بر مبناي تانسور همبستگي سرعت براي شبيه سازي مستقيم عددي كاهش درگ آشفته به كمك افزودني‌هاي ميكروفيبر

A new algebraic model based on the velocity correlation tensor for DNS of turbulent drag reduction by microfiber additives

در اين مقاله، يك مدل بستگي جبري براي شبيه سازي مستقيم عددي كاهش درگ آشفته در جريان كانال به كمك افزودني‌هاي ميكروفيبر پيشنهاد شده است. اين مدل توسعه‌اي از يك مدل موجود در جهت رفع برخي نواقص آن است. در اين مدل پيشنهادي، با درنظر گرفتن تانسور همبستگي سرعت در فرآيند مدل سازي، شرايط فيزيكي بيشتري از جريان آشفته در مدل دخيل است. با اين كار، بخشي از نواقص مدل‌هاي جبري قبلي برطرف شده‌ است. مدل پيشنهادي براي شبيه سازي مستقيم عددي كاهش درگ آشفته در يك جريان كانال افقي تحت گراديان فشار ثابت به كار رفته است. براي اين منظور، معادلات ناوير-استوكس سه بعدي و وابسته به زمان براي جريان تراكم ناپذير يك سيال غيرنيوتني به صورت عددي حل شده‌ است. كميت‌هاي آماري به دست آمده از مدل جديد در مقايسه با شبيه سازي ‌حل دقيق مونت-كارلو و مدل‌هاي جبري پيشين آورده شده‌اند. انطباق خوب نتايج نشان از دقت مناسب مدل جديد دارد. به طور خاص، جذر متوسط مربعات نوسان‌هاي سرعت در جهت اصلي جريان با دقت بسيار بيشتري نسبت به مدل‌هاي قبلي پيش بيني شده است. ديگر كميت‌هاي آماري نيز با دقت مناسبي محاسبه شده‌اند. اين مدل همه ويژگي‌هاي جريان كاهش درگ يافته به كمك ميكروفيبر را پيش بيني مي‌كند.

In this paper, a new algebraic closure model for the DNS of turbulent drag reduction in a channel flow using microfiber additives is presented. This model is an extension of an existing model and cures some of the shortcomings of the old model. In the proposed model, using the velocity correlation tensor in the modeling process, more physical conditions of the flow field are taken into account. With this, some of the shortcomings of other models are cured. The proposed model is used to directly simulate turbulent drag reduction in a horizontal channel flow under the action of a constant pressure gradient. For this purpose, time-dependent, three-dimensional Navier-Stokes equations for the incompressible flow of a non-Newtonian fluid are numerically solved. Statistical quantities obtained by the new model are compared with the results of previous simulations. Good agreement between the results demonstrates the proper accuracy of the new model. Especially, the root-mean-square of velocity fluctuations in the streamwise direction is predicted with high accuracy as compared to previous models. Other statistical quantities are also computed with appropriate accuracy. This model is capable of predicting all properties of a microfiber-induced drag-reduced flow.