بررسي عددي تاثير مدل هاي مختلف مرز ورودي برمشخصه هاي جريان لايه مرزي آشفته با رهيافت شبيه سازي گردابه هاي بزرگ

Numerical Investigation of the Effect of Different Inflow Conditions on Turbulent Boundary Layer Flow Characteristics using Large-Eddy Simulation

در اين مطالعه اثر سه مدل مختلف مرز ورودي بر مشخصه هاي جريان لايه مرزي آشفته روي صفحه تخت بررسي شده است. مدل هاي مرزي مورد بررسي شامل پروفيل سرعت ورودي يكنواخت با آشفته سازي توسط تريپ، مدل مرز ورودي مبتني بر حل اوليه (تي وي ام اف) و مدل بازمقياس-بازنگاشتي لاند، در رهيافت شبيه سازي گردابه هاي بزرگ قابل استفاده است. شبيه سازي جريان با رهيافت شبيه سازي گردابه هاي بزرگ و ضريب اسماگورينسكي ديناميكي در نرم افزار اوپنفوم انجام شده است. همچنين اعتبارسنجي روش عددي با كمك نتايج حل عددي مستقيم و تحليلي انجام شده است. مقايسه ضريب اصطكاك پوسته اي با روابط تحليلي نشان مي دهد كه حداكثر انحراف در شبيه سازي با مدل هاي مرزي مبتني بر حل اوليه، لاند و آشفته سازي توسط تريپ به ترتيب %4/3، %4/5 و %19/2است. بعلاوه در حاليكه مقدار و روند توسعه ضخامت هاي انتگرالي، مولفه-هاي سرعت و ساير مشخصه هاي جريان در شبيه سازي با شروط مرزي مبتني بر حل اوليه و لاند انطباق مناسبي با نتايج شبيه سازي مستقيم عددي دارند، نتايج استفاده از تريپ انحراف بيشتري از نتايج شبيه سازي مستقيم عددي دارند. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه استفاده از مدل هاي مرز ورودي مبتني بر حل اوليه و لاند در شبيه سازي با رهيافت شبيه سازي گردابه هاي بزرگ، مناسب تر بوده و در كاهش هزينه محاسبات كاملا موثر است.

In this study, the impacts of three different inflow conditions on turbulent boundary layer characteristics over a flat plate was numerically investigated. The investigated boundary conditions are uniform velocity profile at inlet with turbulent generation using strip, precursor-based simulation model (TVMF) and rescaling/recycling model purposed by Lund, which are applicable in large-eddy simulation (LES). The simulations are done using LES with dynamic smagorinsky coefficient in OpenFOAM software. Validation of the numerical method was done using direct numerical data and analytical solution. Comparison of the skin friction coefficient with analytical equation shows that the maximum deviation in simulations with precursor-based, Lund and strip model are 4.3%, 4.5%, 19.2% accordingly. The numerical values and development trend of intergral thicknesses, velocity components and the other characteristics obtained through simulations using precursor-based and Lund inlet models, are in good agreement with direct numerical simulation (DNS) results while the results obtained by using the strip model are more diverse from the DNS results. The results of this study indicate that using precursor-based and Lund inflow generation models in LES produces more realistic results accompanied with reduced computational cost.