بررسي تاثيرات طول ميدان محاسباتي در شبيه سازي عددي تراك گازي

A Systematic study of the domain length for simulation of gaseous detonation

شبيه سازي عددي تراك گازي ازجمله مسايل پيچيده در زمينه شبيه سازي عددي است. با توجه به وجود نقطه صوتي (نقطه CJ) در انتهاي ناحيه واكنش تراك و ايزوله شدن ناحيه واكنش و شوك پيشرو از اغتشاشات جريان دوردست، در اكثر شبيه سازي هاي عددي، ميدان محاسباتي با استفاده از شرايط مرزي مصنوعي در دوردست برش داده مي شود. استفاده از اين نوع شرايط مرزي موجب به وجود آمدن يك سري امواج مجازي و در نتيجه ورود خطا در محاسبات مي شود. بنابراين، براي كاهش دادن اين اثرات منفي، ميدان محاسباتي به اندازه كافي بزرگ فرض مي شود. هدف از مطالعه حاضر بررسي اثرات طول و عرض ميدان در شبيه سازي عددي اين پديده و همچنين بررسي نقش انرژي فعال سازي بر طول ميدان محاسباتي است. براي كاهش اثرات منفي برش ميدان، از شرط مرزي غيرانعكاسي در دوردست استفاده مي شود. در كار حاضر، از روش مشخصه ها براي اعمال شرط مرزي غيرانعكاسي استفاده شد. با استفاده از مفاهيم اشاره شده، يك طول محدود به عنوان طول ميدان محاسباتي تعريف مي شود. مقدار مناسب اين طول براي چند انرژي فعال سازي براي دو حالت يك و دوبعدي به دست آمد. افزايش انرژي فعال سازي منجر به افزايش طول ناحيه واكنش مي شود. بنابراين، طول متناسب ميدان محاسباتي براي انرژي فعال سازي بالاتر افزايش مي بايد. مقايسه زمان مورد نياز براي حل كامل ميدان با ميدان برش خورده حاكي از كاهش قابل توجه اين زمان بود.

Numerical simulation of gaseous detonation is one of the most challenging problems in computational fluid dynamics (i.e., CFD). The presence of sonic locus at the end of the reaction zone isolates the reaction zone and the leading shock from the far-field flow perturbations, so, computational domain may be truncated by artificial boundary conditions. However, some artificial boundary conditions generate spurious waves that introduce some errors into the results. The computational domain is usually considered very large for protecting the domain from spurious waves. A systematic study of boundary conditions’ role in simulation of self-sustained detonation has not been performed yet. In the present study an attempt is made to investigate the influence of the width and length of the computational domain on numerical simulation and the effect of activation energy on the length and width of the domain. Instead of considering a very large domain, the so-called non-reflecting boundary condition is implemented in the present investigation. Characteristics method was employed to define the non-reflecting boundary conditions. Finite length of domain was computed for 1D and 2D simulations. Suitable length of the domain was determined for different activation energies. The results indicate that the suitable length and width of the domain for high activation energy mixtures are larger with respect to the corresponding length and width for low activation energy mixtures. Results also show that, using non-reflecting boundary condition, the computational time decreases considerably for both one and two-dimensional simulations.