بررسي عددي پديده ي جدايش در پايين دست جريان محوري حول استوانه در حالت آشفته

Numerical Investigation of Separation Phenomenon on the Turbulent Axial Flow Downstream of a Circular Cylinder

در مقاله حاضر ساختار جدايش و بازگشت جريان محوري حول استوانه‌اي با لبه ي تيز در حالت آشفته به صورت عددي بررسي شده است. با توجه به پيچيدگي‌هايي كه در مدل‌سازي مسايل شامل جدايش وجود دارد، به منظور دستيابي به يك روش عددي مناسب براي حل، برخي تكنيك‌هاي عددي مانند روش گسسته سازي و الگوريتم حل ميدان فشار- سرعت مورد مقايسه قرار گرفته است. به علاوه عملكرد دو مدل k-? استاندارد و Shear Stress Transport (SST) براي اعمال اثرات آشفتگي مورد بررسي قرار گرفته است. از نظر زماني، عملكرد عدديِ استفاده از معادلات به صورت پايدار و شبه-گذرا بحث شده است. همچنين از يك روش چند- شبكه‌اي براي سرعت بخشيدن به همگرايي استفاده شده است. تكنيك‌هاي عددي مورد استفاده براي نيل به جواب مسيله در يك برنامه كامپيوتري به زبان فرترن ?? نوشته و اجرا شده است. براي تاييد روش عددي و كد نوشته شده نتايج عددي با نتايج تجربي مقايسه شده و انطباق خوبي بين آن‌ها مشاهده شد. با استفاده از روش عددي به دست آمده ساختار جدايش و بازگشت جريان مورد نظر، بررسي شده است. ويژگي‌هاي اين جريان مانند طول بازگشت، پروفيل‌هاي سرعت، انرژي جنبشي آشفتگي و ميدان فشار مورد بحث قرار گرفته است.

This article presents a numerical investigation of turbulent flow in an axisymmetric separated and reattached flow over a longitudinal blunt circular cylinder. With respect to the complexity of the simulation of the separation phenomenon, some numerical techniques such as discretization methods and pressure-velocity coupling algorithms were compared to reach a proper numerical method to solve the considered flow case. Further, the results of the standard k-? and shear stress transport (SST) turbulence models were used to predict the effects of turbulence were investigated. Besides, the effects of using the steady and pseudo-transient equations were discussed. Furthermore, a multi-grid method was employed to accelerate the convergence speed. All the numerical techniques were coded and compiled with Fortran 90 compiler. The code and computational method were then validated against experimental data, with good agreement. Finally, the structure of separation and reattachment of the considered flow case was investigated with the numerical code. Some characteristics of the flow such as reattachment length, velocity distributions, turbulent kinetic energy and pressure were discussed.