بررسي فرآيند توزيع مجدد انرژي جنبشي آشفته در جريان كانال با استفاده از شبيه‌سازي مستقيم عددي

Investigation of Turbulent Kinetic Energy Redistribution in a Channel Flow Using Direct Numerical Simulation

در اين تحقيق، فرآيند توزيع مجدد انرژي جنبشي آشفته در جريان كانال بررسي شده است. براي اين منظور، از شبيه‌سازي مستقيم عددي جريان تراكم‌ناپذير يك سيال نيوتني در يك كانال در عدد رينولدز برشي 180Re? = براي توليد يك بانك اطلاعاتي از داده‌هاي جريان استفاده شده است. سپس اين داده‌ها مورد تجزيه و تحليل آماري قرار گرفته‌اند. فرآيند توزيع مجدد انرژي جنبشي آشفته به كمك تانسور همبستگي بين فشار و نرخ كرنش مورد بررسي قرار گرفته است. نوسان فشار و نرخ كرنش و ضريب همبستگي آنها تحليل شده است. معادله‌اي براي نوسان نرخ كرنش استخراج شده و عبارات موجود در آن با استفاده از نتايج شبيه‌سازي محاسبه شده‌اند. سپس با استفاده از يك حل نيمه تحليلي، همبستگي بين فشار و نرخ كرنش محاسبه و با نتايج شبيه‌سازي مقايسه شده است. نتايج اين تحقيق به طور كمي نشان مي‌دهد كه تانسور همبستگي بين فشار و نرخ كرنش، انرژي جنبشي كه در مولفه جهت جريان توليد شده را به دو جهت ديگر انتقال مي‌دهد.

In this study, the turbulent kinetic energy redistribution process is investigated. To this aim, the direct numerical simulation (DNS) of incompressible flow of a Newtonian fluid through a channel at a shear Reynolds number of Re? = 180 is used to produce a flow data base. Then, these data are statistically analyzed. The turbulent kinetic energy redistribution is studied using the pressure-strain-rate correlation tensor. Pressure and strain-rate fluctuations as well as the correlation coefficient between them are analyzed. An equation for the strain-rate fluctuations is derived whose terms are calculated based on the simulation results. Then, using a semi-analytical solution, the pressure-strain-rate correlation is computed and compared with the DNS results. The results of this research quantitatively show that the pressure-strain-rate correlation transfers the kinetic energy that is produced in the stream wise component to the other two components.