مقايسه مدل هاي زيرشبكه اغتشاشي براي مدل سازي آتش استخري بزرگ مقياس به روش شبيه سازي گردابه هاي بزرگ

Comparison of Turbulence Sub-Grid Scale Model for Modeling of Large Scale Pool Fire Using LES

در اين مقاله، مدل‏هاي زيرشبكه اسماگورينسكي و يك‌معادله‏اي ساده در روش شبيه‏سازي گردابه‏هاي بزرگ براي مدل‏سازي آتش استخري، در مقياس بزرگ مقايسه شده‏اند. شبيه‏سازي براي آتش استخري متان با قطر سوخت ورودي يك متر و حرارت آزاد شده 07/2 مگاوات صورت گرفته است. بر اساس مدل كسر مخلوط و واكنش تك‌مرحله‏اي، تغييرات لحظه‏اي سرعت عمودي و متوسط‏ سرعت‏هاي عمودي، افقي و انرژي جنبشي اغتشاشي محاسبه و با مقادير تجربي موجود مقايسه شده‏اند. مدل يك‌معادله‏اي و اسماگورينسكي، ميزان تغييرات سرعت عمودي را به ترتيب با 7 و 12 درصد اختلاف نسبت به نتايج تجربي، تخمين مي‏زنند. مدل يك‌معادله‏اي به دليل حل معادله اضافي انرژي جنبشي، حدود 16 درصد بيشتر از مدل اسماگورينسكي زمان حل دارد. هر دو مدل مقادير متوسط سرعت عمودي و افقي را با دقت قابل قبولي برآورد مي‏كنند. اختلاف مدل يك‌معادله‏اي در تخمين سرعت افقي و عمودي با مدل اسماگورينسكي در حدود 4 و 5 درصد است. در مواردي كه رفتار نوساني جريان مورد نظر باشد، مدل يك‌معادله‏اي مناسب‏تر است، اما در مواردي كه مقادير متوسط جريان اهميت دارد، گرچه مدل يك‌معادله‏اي دقت بالاتري در بيشتر نقاط ميدان حل ارايه مي‏دهد، ولي به دليل افزايش زمان محاسباتي، استفاده از مدل اسماگورينسكي قابل قبول است.

The Smagorinsky and One-Equation sub-grid scales (SGS) for modeling of large scale pool fire using Large Eddy Simulation (LES) has been used and compared. The fire heat release rate was 2.07 MWatt and the fuel was Methane. Based on the mixture fraction approach and infinity fast chemistry assumption, the mean velocity profile and turbulence kinetic energy are calculated and compared against experimental measurements. The predicted time-averaged velocity is in good agreement with the experimental data. The computed velocity time history is better predicted using One-Equation SGS model than Smagorinsky SGS model at about 5 percent. The computational time of One-Equation is about 16 percent higher than Smagorinsky for the test case. The difference between time-averaged vertical and horizontal velocity are about 4 and 5 percent. In the area where the pulsating behaviour of the fire is important, the One-Equation model is recommended. For the one which averaged values are dominated, Smagorinsky SGS recommend reasonable results.