شبيه سازي عددي جريان اختلاطي آرام با استفاده از توسعه‌ي الگوريتم تراكم‌پذير جديد

Numerical Simulation of Laminar Mixing Flow by Develop of Compressible Algorithm

روش ايده آل براي تحليل جريانهاي با جابجايي آزاد، استفاده از تقريب بوزينسك در محاسبه اثرات تغيير دانسيته مي باشد. اعتبار اين تقريب بيشتر در مواردي است كه تغييرات دانسيته ناچيز مي باشد و در جريانهاي جابجايي آزاد با تراكم پذيري بالا استفاده از اين تقريب منجر به خطاهاي زيادي در محاسبه خواص جريان و نرخ انتقال حرارت مي گردد. در اين تحقيق، جريان جابجايي آزاد همراه با اختلاط دو گاز اكسيژن و نيتروژن در حالت آرام، غيردايم و تراكم‌پذير در يك حفره مربعي مورد بررسي قرار گرفته است. معادلات پيوستگي، ممنتوم، انرژي و جرم اجزا شيميايي با روش حجم محدود، گسسته‌سازي شده و سپس با استفاده از يك روش جديد برمبناي الگوريتم سيمپل حل عددي گرديد. با اين روش جديد، الگوريتم مورد نظر، قابليت حل جريانهاي جابجايي آزاد را در هر دو محدوده بوزينسك و غيربوزينسك، مي يابد. سيال ها، گاز ايده آل فرض شده اند به‌ طوري كه خواص سيال تابعي از رابطه‌ي ساترلند مي‌باشد. نتايج بدست آمده با كارهاي ديگر پژوهشگران مقايسه شده و به صورت رضايت‌بخشي مورد تاييد قرار گرفته است. براي بررسي دقت الگوريتم جديد، نتايج براي حفره مربعي در عدد رايلي 106 ارايه شده است. نتايج، نشان دهنده‌ي صحت الگوريتم جديد تراكم‌پذير در جريان هاي غيردايم اختلاطي مي‌باشد.

The use of the classical Boussinesq approximation is a straightforward strategy for taking into account the buoyancy effect in incompressible solvers. This strategy is highly effective if density variation is low. Whenever the density variation is high, this can cause considerable deviation from the correct prediction of fluid flow behavior and the accurate estimation of heat transfer rate. In this study, an incompressible algorithm is suitably extended to solve high-density-variation fields caused by strong natural-convection with mixing of oxygen and nitrogen in unsteady laminar compressible flow in a cavity. The continuity, momentum, energy and species equations are discritized based on finite volume methods and then numerically solved with extended algorithm with SIMPEL method. This new algorithm is capable of solving both Boussinesq and non-Boussinesq regimes. The fluid is assumed to be calorically an ideal gas and its thermodynamic properties depend on temperature and pressure. The extended algorithm is then verified by solving the benchmark convecting cavity problem at Rayleigh 106 and a temperature range of ? = 0.01–0.6. The results show that the method can vigorously solve unsteady mixing flow fields with extreme density variation