اعمال مدل زيرشبكه‌اي غير همسانگرد با كمترين اتلافات در نرم‌افزار اپن‌فوم و ارزيابي آن در تحليل جريان اغتشاشي در كانال

Implementation of the anisotropic minimum-dissipation (AMD) sub-grid scale model in OpenFOAM and its evaluation in treating turbulent channel flow

مدل‌هاي زيرشبكه‌اي با كمترين اتلافات، يك جايگزين ساده براي مدل‌هاي اسماگورينسكي براي اعمال اثر مقياس‌هاي زيرشبكه‌اي در روش شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ مي باشند. اخيرا يك عضو جديد از اين خانواده با نام مدل زيرشبكه‌اي غير همسانگرد با كمترين اتلافات معرفي شده است. مدل غير همسانگرد با كمترين اتلافات از نوع مدل‌هاي زيرشبكه‌ي لزجت گردابه‌اي و استاتيكي مي‌باشد و علاوه بر اينكه داراي هزينه‌ي محاسباتي كمتري در مقايسه با مدل اسماگورينسكي ديناميكي مي‌باشد، قادر است ‌اثر جهات مختلف را در محاسبه‌ي تنش‌هاي زيرشبكه‌اي در نظر بگيرد و همچنين قادر به تحليل جريان‌هاي در حال گذار از حالت لايه‌اي به آشفته نيز مي‌باشد. در مطالعه حاضر، مدل زير شبكه‌اي مذكور براي اولين بار در نرم‌افزار مرجع باز اپن‌فوم اعمال شده است و عملكرد آن در پيش‌بيني رفتار جريان در داخل يك كانال با جريان هواي حركت داده شده توسط اختلاف فشار ارزيابي شده است. دقت مدل موردنظر در اعداد رينولدز مختلف شامل جريان‌هاي درحال گذار و كاملا اغتشاشي بررسي و نتايج حاصل با نتايج مدل اسماگورينسكي ديناميكي و شبيه‌سازي عددي مستقيم مقايسه شده است. نتايج بدست آمده نشان مي‌د‌هد كه اين مدل زيرشبكه‌اي در گستره‌ي وسيعي از اعداد رينولدز داراي دقت بسيار بالايي در محاسبه‌ي پروفيل‌هاي سرعت لايه‌ي مرزي و كميت‌هاي اغتشاشي مرتبه‌ي اول و دوم مي‌باشد.

“Minimum-dissipation sub-grid models” are simple alternatives to the Smagorinsky-type approaches to imposing sub-grid scales (SGS)' effects in the large-eddy simulation (LES) approach. Recently, a new model in this family called “anisotropic minimum-dissipation (AMD)” model is represented. AMD is classified as a static type eddy-viscosity sub-grid scale model. The model is more cost effective than the dynamic Smagorinsky model, furthermore; it is not only able to consider the effect of various directions in computing sub-grid stress but also capable of operating for transitional flows from laminar to turbulent. In this study, this sub-grid model has been implemented in the open source package OpenFOAM and its performance is evaluated in the prediction of the flow field inside a channel with a pressure driven air flow. The accuracy of the model has been investigated at different Reynolds numbers including transient and fully turbulent flows and compared with the dynamic Smagorinsky model as well as direct numerical simulation (DNS) solutions. Results reveal that this sub-grid model is quite accurate over a broad range of Reynolds numbers once calculating velocity profiles as well as first and second-order turbulent quantities.