شبيه‌سازي عددي بي‌واسطه سناريوهاي گذرش كنترل‌شده روي صفحه‌تخت

Direct Numerical Simulation of Controlled Transition Scenarios on a Flat plate

در جريان آرام كنترل رخداد گذرش بسيار پراهميت است زيرا تعيين صحيح نيروهاي آيروديناميكي و ميزان انتقال حرارت بشدت تحت تاثير تشخيص درست و كنترل اين رخداد است. گذرش به‌طور شديدي تابع زمان و مكان است و به‌طور سريع مقياس‌هاي مختلف ميكروسكپي و ماكروسكپي به يكديگر تبديل مي‌شوند. عدم قطعيت مدل‌هاي آشفتگي در تعيين مكان رخداد گذرش جريان موجب طراحي نادرست يا دست‌كم افزايش هزينه طراحي و ساخت خواهد شد. با توجه به رشد روزافزون توان محاسباتي رايانه‌ها و همچنين كارآمدي بيشتر روش‌هاي عددي در ديناميك سيالات محاسباتي، روش شبيه‌سازي عددي بي‌واسطه، DNS، كاربرد بيشتري حتي در صنعت پيدا كرده ‌است. در تحقيق حاضر، زيربناي كد محاسباتي شبيه‌سازي عددي بي‌واسطه پايه‌گذاري شده‌است و هدف اين تحقيق ارايه كد حلگر شبيه‌سازي عددي بي‌واسطه است. اين حلگر براي مشتق‌گيري مكاني از روش فشرده و انتگرال زماني از رانگ- كوتاي مرتبه- بالا به همراه فيلتر پايين گذر استفاده مي‌كند. همچنين، شرايط مرزي بدون ‌بازتابش براي كاهش اندازه ميدان حل و افزايش دقت شرايط مرزي بكار گرفته شده‌است. تحقيق حاضر، شبيه‌سازي عددي بي‌واسطه سناريوهاي گذرش كنترل ‌شده روي صفحه‌ تخت، را نشان داده ‌است. توافق كيفي و كمي آزمون‌ها با نتايج ديگر تحقيقات نشان دهنده صحت و دقت بخش‌هاي مختلف از حلگر است.

Transition control is of great significance in laminar flows since determination of aerodynamics coefficients as well as heat transfer magnitude is strongly affected by accurate prediction and control of this phenomenon. Transition is exceedingly dependent on space and time such that various microscopic and macroscopic scales can convert to each other rapidly. On one side, available uncertainties in RANS turbulence models can lead to inappropriate, or at least expensive, designs. On the other, considering the growing rate of computational resources along with development of more efficient numerical methods in CFD applications, Direct Numerical Simulation, DNS, has found an applicable role even in industrial applications. In the present study, a robust computational code is developed for Direct Numerical Simulation aimed at fundamental purposes. To this end, high-order compact finite-difference for spatial derivatives and high-order Runge-Kutta time integration are used in the present code as well as a low-pass filter to elucidate spurious oscillations. Also, non-reflecting boundary condition is employed to keep the domain size as small as possible and to improve the numerical accuracy at the boundaries. In the present study, Direct Numerical Simulation investigates controlled transition scenarios for flow over a flat plate. Results are in a good agreement with those of previous researches both qualitatively and quantitatively, which verify the various parts of the developed solver.