شبيه‌سازي عددي ميدان صوتي ناشي از تخليه جت در جريان عرضي با استفاده از روي‌كرد شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ

A large eddy simulation approach to numerical simulation of acoustic field formed by jet injection into a cross flow

مسيله تخليه جت در جريان عرضي، يكي از مسايل پركاربردي است كه همواره در تحقيقات مختلف علمي و مهندسي مورد تحليل و مطالعه قرار گرفته است. شناسايي سازوكار توليد صدا توسط اين جريان مسيله مهمي است كه كم‌تر مورد توجه قرار گرفته است. لذا در اين تحقيق، ميدان جريان و ميدان صوتي حاصل از تزريق يك جت در جريان عرضي به صورت دو بعدي با استفاده از روي‌كرد شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ و الگوي زيرشبكه‌اي اسماگورينسكي شبيه‌سازي شده‌اند. مسيله در سه نسبت سرعت مختلف، در عدد رينولدز جت ثابت مورد بررسي قرار گرفته است. براي گسسته‌سازي مشتق‌هاي مكاني از روش فشرده مرتبه شش و براي انتگرال‌گيري زماني از روش رونگ - كوتاي مرتبه چهار استفاده شده است. به منظور اطمينان از صحت عملكرد كد عددي تدوين شده، مسايل مختلف و متنوعي با استفاده از آن شبيه‌سازي و نتايج حاصل با نتايج عددي و تجربي موجود مقايسه شده است. با استفاده از تبديل فوريه تاريخچه فشار، بسامدهاي اصلي حاكم بر ميدان صوتي در نقاط مختلفي در بالادست و پايين‌دست جت تعيين و بررسي شده‌اند. مشاهده شد كه ميدان صوتي اين جريان تك مُدي نبوده و چند مُدي است. علاوه بر اين، مُدهاي مختلف در بازه‌هاي زماني مختلف فعال و غيرفعال مي‌شوند. هم‌چنين، با تغيير نسبت سرعت جت به جريان عرضي، ساز‌و‌كار توليد امواج صوتي و اندازه بسامدهاي بي‌بعد حاكم بر ميدان صوتي تغيير مي‌كنند.

Jet injection into a cross flow is a highly applicable problem which has been analyzed and studied in different scientific and engineering research fields. A significant problem which has attracted less attention is sound generation of jet injection flow. So flow and acoustic fields of this problem is studied by a two-dimensional large eddy simulation approach and the Smagorinsky model. This study was conducted for three different velocity ratios at constant jet Reynolds number. Spatial temporal discretizations were performed using the sixth order compact and the fourth order Runge-Kutta methods, respectively. Code verification was performed using several different problems and the obtained results were compared with the available numerical and experimental results. Main dominant frequencies of the acoustic field were obtained and investigated by applying the pressure history Fourier transform at different locations upstream and downstream of the jet. A multi-mode rather than a single-mode acoustic field was observed. In addition, various modes are activated and inactivated at different time intervals. Also, by varying the ratio of jet velocity to cross flow velocity, the sound generation mechanism and the non-dimensional frequencies that dominate the acoustic field change as well.