مدل‏سازي جريان‏هاي تراكم ‏ناپذير گرما - شاره با روش مشخصه‏ بنيان چند بعدي

A Novel Multi-dimensional Characteristic Modeling of Incompressible Convective Heat Transfer

طرح مشخصه بنيان جديدي در روش حجم محدود براي حل جريان‌هاي تراكم ناپذير همراه با انتقال گرما توسعه داده شد. در اين طرح، براي محاسبه جمله‏هاي همرفت، مشخصه‏هاي چند بعدي به كار رفته است. براي به دست آوردن خطوط مشخصه مجازي و معادلات سازگاري، معادله انرژي با معادلات ناوير-استوكس در نظر گرفته شده‏اند. اين طرح فراباد مشخصه بنيان كه براي محاسبه جمله‏هاي همرفت در مرز سلول به كار مي‏رود، براي پايداري نيازي به ميراگرهاي مصنوعي ندارد. به عنوان محك، شبيه سازي جريان بين دو صفحه موازي و جريان داخل حفره در جريان با جابجايي اجباري و جابجايي تركيبي در گستره بزرگي از عددهاي رينولدز گراشف و پرانتل به كار رفته‏اند. دقت بالاتر و همگرايي سريع‏تر براي روش پايه، مشخصه‏بنيان ارايه شده در نتايج قابل مشاهده است. نتايج به دست آمده از اين روش، با نتايج موجود در ادبيات فن تطابق خوبي دارند.

A characteristic-based approach is developed for thermo-flow with finite volume methodology (FVM), in which the multi-dimensional characteristic (MC) scheme is applied for convective fluxes. In order to obtain the compatibility equations and pseudo-characteristics, the energy equation is taken into account in the MC scheme. Using this inherent upwinding technique for evaluating convective ?uxes at cell interfaces, no arti?cial viscosity is required, even at high Reynolds numbers. As benchmarks, the forced convection between parallel plates and forced and mixed convection in a cavity are examined for a wide range of Reynolds, Grashof, and Prandtl numbers. The results obtained by the proposed scheme confirm the robustness of the MC scheme in terms of the accuracy and convergence. These results are in good agreement with the standard benchmark solutions in the literature.