بررسي ناپايداري جريان نيوتني در تبديل تدريجي واگراي صفحه‌اي

Instability investigation of Newtonian flow in a planar gradual expansion

هدف مطالعه حاضر بررسي آستانه ناپايداري جريان از حالت متقارن به نامتقارن در كانال داراي انبساط تدريجي است. نسبت انبساط 1:3 و زواياي انبساط 30، 45، 60 و 90 درجه در نظر گرفته شده است. گسسسته‌سازي معادلات حاكم با استفاده از روش حجم محدود بر مبناي الگوريتم پيزو روي يك شبكه جابجا شده انجام شده است. بررسي دقت و صحت نتايج حل عددي بر اساس نتايج انبساط ناگهاني صورت گرفته است. در اينجا اثر زاويه انبساط و عدد رينولدز بر ناپايداري جريان در تبديل گردابه‌ها از حالت متقارن به حالت دو گردابه نامتقارن و سپس سه گردابه، مطالعه و اعداد رينولدز بحراني اول و دوم استخراج شده است. در هر مورد نمودارهاي دو شاخه اي مربوط به گردابه‌ها و سرعت روي خط مركزي كانال ترسيم و اثر ناپايداري بر روي ميدان جريان بحث شده است. بر خلاف تحقيقات مشابه پيشين كه همگي به مطالعه جريان در كانال‌هاي داراي انبساط ناگهاني (زاويه 90 درجه) پرداخته اند، در پژوهش حاضر ناپايداري جريان در كانال داراي انبساط تدريجي در زواياي مختلف بررسي شده كه اين امر مهمترين نوآوري آن به شمار مي آيد.

The main object of current study is investigation of instability threshold of flow in a gradual expansion from symmetric to asymmetric situations. The expansion ratio is 1:3 and expansion angles are 30, 45, 60 and 90 degree. Discretization of governing equations is performed using finite volume method based on PISO algorithm on a staggered mesh. The CFD code is validated based on the results of sudden expansion reported in previous works. Here, the effects of expansion angle and Reynolds number on flow instability in transition from symmetric situation to two and three asymmetric vortices are investigated and the first and second critical Reynolds numbers are obtained. The bifurcation diagrams of vortices and velocity profile in centerline are plotted for each case and the effects of instability on flow field are discussed based on them. Unlike the previous studies which have been focused on the planar flow in sudden expansions, the flow instability in gradual expansions with different expansion angles is investigated which is the main innovation of current study.