شبيه سازي مستقيم عددي جريان آشفته توسعه يافته در كانال با شرط مرزي لغزش روي يكي از ديوارها

Direct Numerical Simulation of Fully-Developed Turbulent Channel Flow with Slip Boundary Condition on One of the Walls

در مقاله حاضر، نتايج شبيه سازي مستقيم عددي كاهش درگ آشفته در جريان كانال توسعه يافته به كمك پوشش دهي هيدروفوبيك در عدد رينولدز برشي اسمي 180 با شرط مرزي لغزش بر روي ديوار پاييني و شرط مرزي عدم لغزش روي ديوار بالايي گزارش شده است. براي اين منظور، از حل عددي معادلات ناوير- استوكس سه بعدي و وابسته به زمان براي جريان تراكم ناپذير يك سيال نيوتني استفاده شده است. در نهايت كميت‌هاي آماري جريان آشفته (به طور خاص نمايه سرعت متوسط، مولفه‌هاي ريشه‌هاي سرعت‌هاي نوساني متوسط در جهات مختلف و تنش برشي رينولدز) نشان داده و بحث شده‌اند. نتايج حاكي از آن است كه با افزايش لغزش روي ديوار پاييني، سرعت متوسط جريان عبوري از كانال افزايش مي‌يابد. همچنين تغييرات متوسط مربع نوسانات سرعت در جهات مختلف در نزديكي ديوار بالايي كانال از يك الگوي رفتاري تقريباً مشابه پيروي مي‌كنند. اما تغييرات كلي آنها بر روي ديوار پايين كانال متفاوت است. همچنين يك تغيير در شكل ظاهري نمودارهاي تنش برشي از حالت كمينه در نزديك ديوار پايين به حالت بيشينه در نزديك ديوار بالايي كانال مشاهده شده است.

In this study, the results of a direct numerical simulation of turbulent drag reduction in a channel flow by hydrophobic coating at a nominal shear Reynolds number of Re? = 180 are reported. Slip condition is imposed on the lower wall whereas the upper wall has no-slip condition. For this purpose, the use is made of a numerical simulation of three-dimensional, time-dependent Navier-Stokes equations for the incompressible flow of a Newtonian fluid. Finally, statistical quantities of turbulent flow (specifically the mean velocity profile, the root-mean-square of velocity fluctuations in different directions and the Reynolds shear stress are shown and discussed. The results confirm that by increasing the amount of slip on the lower wall, the bulk velocity passing through the channel increases. Also, the variation of root-mean-square of velocity fluctuations shows a similar behavior in the vicinity of the upper wall. But, their general trend is different in the proximity of the lower wall. Moreover, a change in the shape of the Reynolds shear stress profile from a minimum close to the lower wall towards a maximum close to the upper wall is observed.