بررسی عددی لایه های مرزی آشفتة مافوق صوت تشکیل شده بر روی صفحات صیقلی و زبر

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول، کارشناس ارشد مهندسی مکانیک، گرایش تبدیل انرژی، شرکت دانش صنعت امین، تهران

2 استاد، دانشکده مهندسی هوافضا، گرایش آیرودینامیک، دانشکده هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

در این مقاله دقت مدل های آشفتگی K-e و K-w در تسخیر فیزیک لایة مرزی مافوق صوت تشکیل شده بر روی صفحات تخت صیقلی و زبر بررسی شده است. برای صفحات صیقلی حساسیت سنجی جامعی مشتمل بر تغییر در نوع مدل، تغییر در تراکم شبکه ( و به تبع آن اندازة y+ المان های مجاور دیواره ) و تغییر در اندازة ضریب Cm ( برای مدل آشفتگی K-e ) و برای صفحات زبر مشتمل بر تغییر ثابت زبری CKs و نیز وابستگی نتایج به اندازة  ( به عنوان عدد بدون بعد متناظر با ارتفاع زبری در صفحات زبر ) انجام شده است. همچنین تاثیرات تراکم پذیری جریان بر روی پدیدة آرام سازی مجدد یک لایة مرزی آشفته و در نهایت دقت این دو مدل در تسخیر Cf/Cf0 در اعداد ماخ زیر 5 مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصله حاکی از دقت قابل توجه مدل آشفتگی  SST K-w و در رتبة بعد، مدل آشفتگی K-e در تسخیر فیزیک لایه های مرزی مافوق صوت آشفته است. در این میان وابستگی قابل توجه نتایج به ثابت زبری CKs و نیز  در صفحات زبر به خوبی مشهود است.

کلیدواژه‌ها


 [1] صنیعی نژاد، مهدی. مبانی جریان های آشفته و مدل سازی آنها، انتشارات دانش نگار، (1388). فصول اول و دوم
 
[2] Hanine, F., and Kourta, A., “Performance of Turbulence Models to Predict Supersonic Boundary Layer Flows”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 89, pp. 221-235, North-Holland, (1991).
 
[3] Lee, D.B., Sochelau, F., and Leblanc, R., “The Compressible Turbulent Boundary Layer on a Strongly Heated Wall”, 11th Australasian Fluid Mechanics Conference, University of Tasmania, Dec. (1992).
 
[4] Freire, A.P.S., Cruz, D.O.A., and Pellegrini, C.C., “Velocity and Temperature Distributions in Compressible Turbulent Boundary Layers with Heat and Mass Transfer” Int. J. Heat Mass Transfer. Vol. 38, No. 13, pp. 2507-2515, (1995).
 
[5] Xu, S., and Martin, M.P.,”Assessment of Inflow Boundary Conditions for Compressible Turbulent Boundary Layers”, Phys. Fluids, Vol. 16, No. 7, July (2004).
 
[6] Krechetnikov, R., and Lipatov, I. I., “On Upstream Influence in Supersonic Flows”, J. Fluid Mech. Vol. 539, pp. 167–178 (2005).
 
[7] Sharif, M.A.R., Guo, G., “Computational Analysis of Supersonic Turbulent Boundary Layers over Rough Surfaces using the K–omega and the Stress–omega Models”, Applied Mathematical Modeling, Vol. 31, pp. 2655–2667, (2007).
 
[8] Chio, J.I., Edwards, J.R., and Baurle, R.A., “Compressible Boundary Layer Predictions at High Reynolds Number using Hybrid LES/RANS Methods”, AIAA J., Vol. 47, pp. 2179-2193, (2008).
 
[9] Sahoo, D., Schultze, M., and Smiths, A.J., “Effects of Roughness on a Turbulent Boundary Layer in Hypersonic Flow”, 39th AIAA Fluid Dynamics Conference, San Antonio, TX, (2009).
 
[10]  Lagha, M., Kim, J., Eldredge, J. D., and Zhong, X., “A Numerical Study of Compressible Turbulent Boundary Layers”, Physics of Fluids, Vol. 23, pp. 1-12, (2011).
 
[11]  Launder, B. E., and Spalding, D. B., “Lectures in Mathematical Models of Turbulence”, Academic Press, London, England, (1972).
 
[12]  Reynolds, W. C., “Fundamentals of Turbulence for Turbulence Modeling and Simulation”, Lecture Notes for von Karman Institute Agard Report, No. 755, (1987).
 
[13]  Shih, T.H., Liou, W. W., Shabbir, A., Yang, Z., and Zhu. J., “A New K-epsilon Eddy-Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows-model Development and Validation”, Computers Fluids, Vol. 94, No. 21, pp. 227-238, (1995).
 
[14]  Choudhury, D., “Introduction to the Renormalization Group Method and Turbulence Modeling”, Fluent Inc. Technical Memorandum TM-107, New Hampshire, (1993).
 
[15]  Menter, F. R., ”Two-equation Eddy-viscosity Turbulence Models for Engineering Applications”, AIAA Journal, Vol. 32, pp. 1598-1605, August (1994).
 
[16]  Wilcox, D. C., “Turbulence Modeling for CFD”, DCW Industries, Inc., La Canada, California, (1998).
 
[17]  Hutchinson, B. R., and Raithby, G. D., “A Multigrid Method Based on the Additive Correction Strategy”, Numerical Heat Transfer, Vol. 9, pp. 511-537, (1986).
 
[18]  Weiss, J. M., Maruszewski, J. P., and Smith, W. A., “Implicit Solution of Preconditioned Navier-Stokes Equations using Algebraic Multigrid”, AIAA Journal, Vol. 37, pp. 29-36, (1999).
 
[19]  Moore, D. R., and Harkness, E , J., “Experimental Investigations of the Compressible Turbulent Boundary Layer at Very High Reynolds Numbers”, Ling-Temco-Vought, Inc., Dallas, Texas, Apr. AIAA Journal, Vol. 3, No. 4, pp. 631-638, (1965).
 
[20]  Cebeci, T., and Bradshaw, P., ”Momentum Transfer in Boundary Layers”, Hemisphere Publishing Corporation, New York, (1977).
 
[21]  Langtry, R.B., ”A Correlation-based Transition Model using Local Variables for Unstructured Parallelized CFD Codes”, Institut Für Thermische Strömungsmaschinen Und Maschinenlaboratorium, Universität Stuttgart, (2006).
 
[22]  Patankar, S.V., ”Calculation of Compressible Turbulent Boundary Layer on a Flat Plate”, Aeronautical Research Council. Curren J Papers, Vol. 1027, (1969).