شبيه سازي جريان متلاطم روي دسته لوله‌ها با استفاده از مدل تركيبي اديهاي بزرگ و موازي سازي معادلات كاملا همبسته ناوير- استوكز

Mixed Large-Eddy Simulation Model for Turbulent Flows across Tube Bundles Using Parallel Coupled Multiblock NS Solver

در كار حاضر جريان متلاطم غير دائم عبوري از روي دسته لوله‌ها با استفاده از روش اديهاي بزرگ وموازي سازي معادلات كاملا همبسته ناوير- استوكز در شبكه غير متعامد شبيه سازي شده است. در روش اديهاي بزرگ براي مدل كردن رفتار اديهاي كوچك، از يك مدلي تركيبي استفاده شده است. در اين مدل علاوه بر اثرات اتلافي ادي ويسكوزيته اثرات متقابل اديهاي ريز و درشت روي همديگر نيز در نظر گرفته شده است. معادلات كاملا همبسته ناوير- استوكز با استفاده از روش چند بلوكي موازي سازي شده‌اند. بدين صورت كه دامنه حل به چند زير دامنه تقسيم شده و باتوجه به اصل توزيع يكنواخت بار محاسباتي بين پردازنده ها، توسط مجموعه‌اي از رايانه‌ها به صورت موازي حل شده است. معادلات حاكم بر روي هندسه غير متعامد و شبكه هم مكان با روش مرتبه دو براي زمان و مكان گسسته سازي شده است. براي حل مشكل عدم كوپل بودن فشار و سرعتها از روش ميان يابي ممنتم استفاده شده است. با اين روش مشكل شطرنجي شدن فشار برطرف مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد كه راندمان موازي سازي بسيار بالاست. براي جريان حول پنج رديف لوله خطوط جريان و ديگر مشخصه‌هاي جريان به‌دست آمده است. نتايج به‌دست آمده تطابق خوبي با نتايج تجربي دارد. مقايسه نتايج حاصل از مدل اسمگورينسكي و مدل تركيبي با نتايج تجربي نشان مي‌دهد كه مدل تركيبي دقت بيشتري دارد و در پيشبيني مشخصه‌هاي جريان و تغييرات نيروهاي ليفت و درگ روي استوانه‌ها بهتر از مدل اسمگورينسكي است.

In this study, turbulent flow around a tube bundle in non-orthogonal grid is simulated using the Large Eddy Simulation (LES) technique and parallelization of fully coupled Navier – Stokes (NS) equations. To model the small eddies, the Smagorinsky and a mixed model was used. This model represents the effect of dissipation and the grid-scale and subgrid-scale interactions. The fully coupled NS equations with the multiblock method was parallelized. Parallelization of the computer code was accomplished by splitting the calculation domain into several subdomains and using different processors in such a way that the computational work was equally distributed among processors. The discretized governing equations are second order in time and in space and the pressure is calculated by Momentum Interpolation Method (MIM) to prevent the checkerboard problem. The results are obtained for the turbulent flow over five parallel tube rows. The computational efficiency, flow patterns, and flow properties are also determined. The results showed high parallelization efficiency and high speed up for the computer code. The flow characteristics were determined and compared with experimental results which showed good agreement. Also, the results showed that the mixed model is better than the Smagorinsky model for evaluation of flow characteristics and lift and drag forces on tubes.