incompressible flow
در نشریات گروه مکانیک-
در این مطالعه، از یک طرح جدید پادبادسو برای حل معادله پیوسته بولتزمن و توسعه کاربرد آن در حل موثر جریان های تراکم ناپذیر استفاده شده است. مشتق زمانی در معادله بولتزمن با استفاده از طرح تفاضلات محدود پیشرو مرتبه اول و مشتق های مکانی آن بوسیله این طرح جدید گسسته سازی شده اند. علاوه بر این، اثرات ترکیبی مکانیزم تفاضل پادبادسو به همراه روش تفاضلات محدود برای بهبود پایداری روش شبکه بولتزمن استاندارد در حل مسائل با اعداد رینولدز بالا ارائه شده است. برای تایید اعتبار روش شبکه بولتزمن مبتنی بر طرح جدید پادبادسو، یک مساله ناپایا که حل تحلیلی دارد و دو مساله تراکم ناپذیر پایا که حل تحلیلی ندارند به صورت عددی حل شده اند. مساله معیار اول، مساله انتقال حرارت هدایتی روی یک میله و دو مساله دیگر شامل جریان سیال روی یک صفحه تخت و جریان حفره با درپوش متحرک است. به منظور بررسی دقت و پایداری عددی روش شبکه بولتزمن مبتنی بر طرح جدید پادبادسو نتایج حاصل با روش شبکه بولتزمن استاندارد و روش شبکه بولتزمن تفاضلات محدود مقایسه شده است. روش حاضر تضمین می کند که بدون اعمال روش فیلترینگ، نتایج پایدارتر و دقیق تری نسبت به روش شبکه بولتزمن تفاضلات محدود به دست می آید. نتایج شبیه سازی، کارایی روش شبکه بولتزمن مبتنی بر طرح جدید پادبادسو و تطابق مناسب آن را با حل های تحلیلی و سایر روش های عددی نشان می دهد.
کلید واژگان: جریان تراکم ناپذیر، روش شبکه بولتزمن استاندارد، روش شبکه بولتزمن مبتنی بر تفاضلات محدود، پایداری عددی، طرح پادبادسوIn this study, a new upwind scheme has been used to solve the continuous Boltzmann equation and to develop its application in the effective solution of incompressible flows. Time derivative in the Boltzmann equation has been discretized using the first-order forward finite difference scheme. The spatial derivatives in the Boltzmann equation have been discretized using this new scheme. Further, the combined effects of the upwind differential mechanism along with the finite difference method are presented to enhancement the stability of the standard lattice Boltzmann method in solving problems with high Reynolds numbers. To confirm the validation of the proposed method, one unsteady problem, this has an analytical solution, and two incompressible steady problems which have not analytical solutions, have been solved numerically. The first benchmark problem is the conductive heat transfer on a slab and two last problems are flow over a flat plate and flow in a lid-driven cavity. In order to check the numerical accuracy and stability of the proposed method, the results have been compared with the standard lattice Boltzmann method and the finite difference lattice Boltzmann method. The proposed method guarantees that without applying the filtering method, more stable and accurate results are obtained compared with the finite difference lattice Boltzmann method. The simulation results show the effectiveness of the present method and its appropriate compatibility with analytical solutions and other numerical methods.
Keywords: Incompressible Flow, Standard Lattice Boltzmann Method, Finite Difference Lattice Boltzmann Method, Numerical Stability, Upwind Scheme -
در این پژوهش تاثیر برهم کنش شاره-جامد برای جریان همرفت اجباری حول استوانه دایروی محصور در کانال دوبعدی با جریان تراکم ناپذیر بررسی شده است. تمامی سطوح کانال عایق می باشد و استوانه در دمای ثابت با جریان عبوری سرد، تبادل گرما دارد. سطح پایینی این کانال صلب می باشد اما قسمتی از سطح بالایی الاستیک می باشد. با عبور جریان از اطراف استوانه گرم و نوسان جدار الاستیک، آهنگ انتقال گرما در هر لحظه تغییر می کند که این تغییرات تابع شرایط ارتعاش نوسانگر الاستیک می باشد. مکان سطح الاستیک، دامنه و فرکانس ارتعاشی از مهم ترین عوامل تاثیرگذار بر جریان عبوری از کانال می باشند. ازاین جهت در این پژوهش ابتدا مکان سطح الاستیک بررسی شده و سپس دامنه و فرکانس نوسانگر در چندین حالت بررسی شده است. بررسی های صورت گرفته در پنج عدد رینولدز مختلف نشان می دهد که جایگزینی جدار الاستیک در بالادست استوانه تاثیر بسیار بیشتری در افزایش انتقال گرما، نسبت به جایگزینی در پایین دست استوانه دارد. همچنین نتایج بیانگر این است که با جایگزینی جدار الاستیک و افزایش دامنه و فرکانس ارتعاشی، عدد نوسلت متوسط به طور مرتب افزایش یافته و متوسط دمای سیال خروجی از کانال نیز با افزایش دامنه و فرکانس، افزایش می یابد.
کلید واژگان: برهم کنش شاره-جامد، معادلات ناویر-استوکس، همرفت اجباری، جریان تراکم ناپذیر، عدد نوسلتThe fluid-solid interaction of forced convective flow around a circular cylinder within a channel is investigated. All the channel surfaces are insulated, and the cylinder has heat transfer with the cold passing flow at a constant temperature. The lower surface of the channel is rigid, while the upper part is elastic. Crossing the flow into the hot surface and vibrating the elastic shell cause the heat transfer rate of the cylinder to change. The changes depend on the vibration conditions of the elastic oscillator. It was found that the location of the elastic surface, vibrational amplitude and frequency are the most significant factors affecting the exit flow temperature of the channel. The variation of main parameters (elastic surface location, amplitude and frequency) which affect the flow pattern was investigated. Studies at five different Reynolds shows that replacing the elastic wall on the cylinder upstream has a more significant effect on increasing heat transfer compared to the cylinder downstream. The results also indicate a growth in average Nusselt number by rising the vibrational amplitude and frequency.
Keywords: Fluid-solid interaction, Navier-Stokes equations, Forced convection, Incompressible Flow, Nusselt number -
در این پژوهش اثر جایگزینی جدار الاستیک در کانال دوبعدی برای جریان همرفت اجباری حول استوانه دایروی محصور با جریان تراکم ناپذیر مطالعه عددی شده است. با عبور جریان از اطراف استوانه گرم و نوسان جدار الاستیک، آهنگ انتقال گرما در هر لحظه تغییر می کند که این تغییرات تابع شرایط ارتعاش نوسانگر الاستیک می باشد. دامنه، فرکانس و مود ارتعاشی از اصلی ترین پارامترهای تاثیرگذار بر جریان عبوری از کانال می باشند. ازاین جهت در این پژوهش تاثیر ارتعاش نوسانگر در مود های اول، دوم و سوم بررسی شده و در هر مود، سه دامنه متفاوت و در هر دامنه سه فرکانس مختلف برسی شده است و محاسبات برای دو عدد رینولدز 100 و 200 حل شده و با یکدیگر و نتایج کانال صلب مقایسه شده است. نتایج بیانگر این است که با در مود اول برخلاف مودهای دوم و سوم نوسان جدار الاستیک تاثیر بسیار زیادی بر عدد نوسلت متوسط، دمای متوسط خروجی و ضریب پسای استوانه دارد. از طرفی در تمامی مود ها با افزایش دامنه و فرکانس، عدد نوسلت متوسط، دمای متوسط خروجی و ضریب پسای استوانه افزایش می یابند.
کلید واژگان: برهمکنش شاره-جامد، معادلات ناویر-استوکس، همرفت اجباری، جریان تراکم ناپذیرIn this study, the effect of replacing the elastic wall in a two-dimensional channel for forced convection flow around a circular cylinder surrounded by an incompressible flow has been studied numerically. As the current passes around the hot cylinder and the elastic wall oscillates, the rate of heat transfer changes at any time, which is a function of the vibration conditions of the elastic oscillator. Amplitude, frequency and vibration mode are the main parameters affecting the current passing through the channel. The2refore, in this study, the effect of oscillator vibration in the first, second and third modes has been investigated and in each mode, three different amplitudes and in each amplitude three different frequencies have been investigated and the calculations for two Reynolds numbers 100 and 200 have been solved. Rigid channels are compared. The results show that in the first mode, unlike the second and third modes, the elastic wall oscillation has a great effect on the average Nusselt number, average output temperature and cylinder drag coefficient. in all modes, with increasing amplitude and frequency, the average Nusselt number, the average output temperature and the drag coefficient of the cylinder increase.
Keywords: Fluid-solid interaction, Navier-Stokes Equations, Forced convection, Incompressible flow -
در سال های اخیر، روش های عملگر در شبیه سازی های آیرودینامیکی مورد اقبال پژوهشگران قرارگرفته اند. این روش ها نسبت به روش هایی که در آن جسم صلب به صورت کامل مدل می شوند، سرعت محاسباتی بیشتری دارند، همچنین نسبت به روش های مرسومی که در آن از مدل های ساده شده، استفاده می کنند از دقت بیشتری برخوردار است. در این تحقیق روش صفحه ی عملگر برای شبیه سازی دو بعدی جریان حول ایرفویل در جریان پایا و تراکم ناپذیر به کار گرفته شده است. برای این منظور یک حلگر جریان به روش میانیابی اصلاح جرمی با مدل صفحه ی عملگر جفت شده است. به منظور ارزیابی دقت نتایج، روش صفحه ی عملگر با روش شبیه سازی کامل ایرفویل، مقایسه شده است. همچنین برای اولین بار تاثیر پارامترهای مختلف روش صفحه ی عملگر بر دقت شبیه سازی جریان موردبررسی قرارگرفته است. درنهایت نیز کانتورهای فشار و ورتیسیته با روش صفحه ی عملگر محاسبه شده و نتایج آن با نتایج حل عددی کامل ایرفویل مقایسه شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که اگر چه روش صفحه ی عملگر در محاسبه ی پارامترهایی چون سرعت و فشار، دقت متوسطی دارد، ولی قادر است نیروهای آیرودینامیکی و ساختار جریان را با دقت قابل قبولی پیش بینی کند. از روش ارائه شده دراین تحقیق، می توان به عنوان ابزاری کارامد در مطالعه نمونه های پیچیده تر استفاده نمود.کلید واژگان: صفحه ی عملگر، ایرفویل، جریان پایا، جریان دوبعدی، جریان تراکم ناپذیرIn recent years, actuator methods in aerodynamic simulations have been favored by researchers. These methods can significantly reduce the computational effort compared to full-scale body resolving simulations. They are also more accurate than conventional methods that use simplified models. In this study, an actuator surface model is used to simulate flow around an airfoil in a steady two-dimensional incompressible flow. In these models, the geometry of the airfoil is represented by volume forces distributed along the airfoil chord. For this purpose, the collocated method of mass corrected interpolation method is coupled with the Actuator Surface Model. To determine the accuracy of the results, the actuator surface method is compared with the full- computational fluid dynamics simulation method. Besides, a new study is presented to investigate the effect of changing different parameters of the actuator surface model on the accuracy of results. Finally, pressure and vorticity contours are plotted, and obtained results are compared with full- computational fluid dynamics results. The obtained results show that although the actuator surface has a moderate accuracy in calculating parameters such as velocity and pressure, it can predict aerodynamic forces and flow structures with acceptable accuracy. The method presented in this article can be used as an efficient tool in studying more complex cases.Keywords: Actuator Surface, Airfoil, Steady Flow, 2D Flow, Incompressible Flow
-
در این پژوهش تاثیر برهم کنش شاره-جامد برای جریان همرفت اجباری در کانالی با جریان تراکم ناپذیر دوبعدی بررسی می شود. یک سطح این کانال تبادل گرما داشته و سطح دیگر جامد الاستیک و عایق است. با عبور جریان از سطح گرم و نوسان سطح الاستیک آهنگ گرمای منتقل شده به سیال تغییر می کند. در این حالت آهنگ تبادل گرما به عنوان تابعی از شرایط سطح الاستیک نوسان گر رفتار می نماید، که یکی از این عوامل موثر بر تبادل گرما، دامنه ارتعاش سطح الاستیک می باشد. از این جهت هدف شبیه سازی صورت گرفته، بررسی کاربرد جایگزینی مرز الاستیک با مرز صلب در بخشی از کانال و تاثیر اندازه بیشینه دامنه نوسان سطح الاستیک مرتعش بر آهنگ انتقال گرما است. در کانال مورد بررسی سطح پایین تحت شرط مرزی دما ثابت قرار داشته و سطح بالایی در دو حالت صلب و الاستیک، عایق بوده و با سیال عامل هوا در شرایط مختلف بررسی شده است. معلوم شد که عدد نوسلت میانگین و دمای میانگین هوای خروجی از کانال، با جایگزینی سطح الاستیک با بخشی از مرز کانال صلب افزایش می یابد. همچنین با افزایش بیشینه دامنه نوسان جدار مرتعش، عدد نوسلت میانگین، دمای میانگین سیال خروجی و آهنگ انتقال گرما از سطح دما ثابت به سیال عامل افزایش می یابد.
کلید واژگان: شاره-جامد، مرز الاستیک، همرفت اجباری، جریان تراکم ناپذیر، عدد نوسلتIn this study, the effect of fluid-solid interaction on forced convection flow in a channel with the two-dimensional incompressible fluid flow is investigated. One surface can exchange heat and the other is elastic and insulated. As the fluid flows through the hot and oscillating elastic surfaces, the rate of heat transfer to the fluid varies. In this case, the heat exchange rate behaves as a function of the conditions of the oscillating elastic surface, one of the factors affecting the heat exchange is the vibration amplitude of the elastic surface. Therefore, the aim of the simulation is to investigate the application of the replacement of the elastic boundary with the rigid boundary in a part of the channel and the effect of the maximum size of the amplitude of vibration of the vibrating elastic surface on the heat transfer rate. It was found that the average Nusselt number and the average temperature of the air leaving the channel increase with the replacement of the elastic surface with a part of the rigid channel boundary. Also, with increasing the maximum amplitude of oscillation wall vibration, the Naselt number, the average temperature of the output fluid, and the rate of heat transfer from the constant temperature level to the operating fluid increases.
Keywords: Fluid-Solid, Elastic Boundary, Forced Convection, Incompressible Flow, Nusselt Number -
While the Discrete Exterior Calculus (DEC) discretization of the diffusive term of the Transport Equation is well understood, the DEC discretization of the convective term, as well as its stabilization, is an ongoing area of research. In this paper, we propose a local discretization for this term based on DEC and geometric arguments, considering the particle velocity field prescribed at the vertices of the primal mesh. This formulation is similar to that of the Finite Element Method with linear interpolation functions (FEML) and can be stabilized using known stabilization techniques, such as Artificial Diffusion. Using this feature, numerical tests are carried out on simple stationary and transient problems with domains discretized with coarse and fine simplicial meshes to show numerical convergence.Keywords: Discrete Exterior Calculus, Finite element analysis, Transport Equation, Compressible, Incompressible Flow, convection, Advection, Diffusion
-
The roll of melting heat transfer on magnetohydrodynamic natural convection in a square enclosure with heating of bottom wall is examined numerically in this article. The dimensionless governing partial differential equations are transformed into vorticity and stream function formulation and then solved using the finite difference method (FDM). The effects of thermal Rayleigh number (Ra), melting parameter (M) and Hartmann number (Ha) are graphically illustrated. As melting parameter and Rayleigh number increase, the rate of fluid flow and temperature gradients also increase. And in the presence of magnetic field, the temperature gradient reduces and hence, the conduction mechanism is dominated for larger Ha. Greater heat transfer rate is observed in the case of uniform heating compared with non-uniform case. The average Nusselt number reduces with increasing magnetic parameter in the both cases of heating of bottom wall.Keywords: Natural convection, Square enclosure, Finite difference method, Incompressible flow, Melting heat transfer
-
Systematic Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations on incompressible water pipe flow with leakage were conducted in the present study. The aim is to provide the understanding of how different parameters, including the leakage pipe diameter, inlet mass flow rate, and main pipe length, affect the flow phenomena at the vicinity of the leakage location. The present CFD data show that the leakage pipe diameter has dominant effect on the leak mass quantity, pressure change at the vicinity of leak location, total pressure drop and pressure gradient along the main pipe. The effects of both inlet mass flow rate and the main pipe length on leak mass quantity are comparably important. Due to existence of the leakage pipe, larger velocity but lower pressure at upstream, and lower velocity but larger pressure at downstream occur at the vicinity of leakage, which causes adverse pressure at this region. The pressure change resulted from the adverse pressure increases approximately linear with the leak size ratio (ratio of leakage pipe diameter to main pipe diameter) when it is smaller than approximately 40%, at which the maximum pressure change at the leak location occurs. When the leak size ratio is smaller than approximately 5%, the pressure change at the leak location is seen to be approximately zero, implying negligible pressure difference at the two boundary points of leakage pipe. There is sudden change in the pressure gradient along the flow direction at the leak location, which results from a local pressure increase there. When farther away from the leakage, the magnitude of the maximum pressure gradient along the flow direction is reduced due to attenuation of leakage effect. The present study proves that CFD analysis could be an effective and less-costly way to investigate pipe flow with leakage, so as to provide scientific understanding of the physics on pipe flows with leakage.Keywords: Incompressible flow, Pipeline with leakage, Numerical analysis, Leakage characteristics
-
In this paper the characteristics of unsteady three-dimensional incompressible flows with heat transfer are obtained along with artificial compressibility of Chorin. At first, compatibility equations and pseudo characteristics for three-dimensional flows are derived from five governing equations (continuity equation, Momentum equations in three directions, and energy equation) and then results are simplified to two dimensional flows. Pseudo Mach hyper-cone (four dimensional cone) are found and its cross-section with physical axis is calculated numerically. Unlike compressible flow, this is not a sphere. It is found that the pseudo acoustic speed within the incompressible flow is function of artificial compressibility parameter and the directions. In two dimensional, Pseudo Mach cone is obtained by numerical solution of characteristic equations. Unlike compressible flow, the cross section of Mach cone with x-y plane is not circle. This shape is not oval, too. The influence of artificial compressibility parameter on convergence history and accuracy was surveyed by simulation of cavity flow as a benchmarkKeywords: Three-dimensional characteristics, Incompressible flow, Artificial compressibility, Convergence history, Energy equation
-
In this article, an improved reduced order modelling approach, based on the proper orthogonal decomposition (POD) method, is presented. After projecting the governing equations of flow dynamics along the POD modes, a dynamical system was obtained. Normally, the classical reduced order models do not predict accurate time variations of flow variables due to some reasons. The response of the dynamical system was improved using a calibration method based on a least-square optimization process. The calibration polynomial can be assumed as the pressure correction term which is vanished in projecting the Navier-Stokes equations along the POD modes. The above least- square procedure is a combination of POD method and the solution of an optimization problem. The obtained model can predict accurate time variations of flow field with high speed. For long time periods, the calibration term can be computed using a combined form of POD and Fourier modes. This extension is a totally new extension to this procedure which has recently been proposed by the authors. The results obtained from the calibrated reduced order model show close agreements to the benchmark DNS data, proving high accuracy of our model.Keywords: Proper orthogonal decomposition, Galerkin projection, Reduced order model, Calibration strategy, Incompressible flow, Fourier modes
-
در تحقیق حاضر، یک حل حجم محدود بر پایه مشخصه ها برای حصول جواب های دقیق، بهبود سرعت همگرایی و فراهم نمودن پایداری برای حل عددی جریان های تراکم ناپذیر، آرام، پایا و دوبعدی با انتقال گرمای جابجایی اجباری توسعه داده شده است. از تراکم پذیری مصنوعی برای کوپل کردن معادلات پیوستگی و ممنتوم و از الگوریتم رانگ-کوتای مرتبه پنج برای پیمایش زمانی حل استفاده شده است. یک طرح بر اساس مشخصه های مجازی برای محاسبه جملات جابجایی و یک طرح مرتبه دوم برای محاسبه جملات لزج و رسانش گرمایی به کار گرفته شده اند. به منظور سنجش کارامدی این حل حجم محدود توسعه داده شده، جریان صلیبی تراکم ناپذیر، آرام، پایا و دوبعدی هوای گذرنده از روی ایرفویل ناکا0012بدون انتقال گرما و از روی استوانه دایروی افقی بلند با انتقال گرمای جابجایی اجباری شبیه سازی عددی شده اند. نتایج حاصل در این شبیه سازی ها با اطلاعات موجود در ادبیات فن مقایسه شده اند که نشانگر توافق خوب بین آنها می باشد.کلید واژگان: جریان تراکم ناپذیر، انتقال گرمای جابجایی اجباری، روش مشخصه ها، تراکم پذیری مصنوعی، جریان صلیبیIn this study, a characteristic-based finite-volume solution has been developed to obtain accurate results, improve the convergence rate, and provide the stability for the numerical solution of incompressible, steady, laminar, and two-dimensional flows with heat transfer. The artificial compressibility in order to couple the continuity and momentum equations and the fifth-order Runge-Kutta algorithm in order to marching the solution in time have been used. The convective terms have been calculated by a scheme based on the virtual characteristics and the viscous and thermal conduction terms have been calculated by a second-order scheme. In order to assess the capability of aforementioned developed finite-volume solution, the laminar, incompressible, steady, and two-dimensional cross flow of air on a NACA0012 airfoil without heat transfer and on a long horizontal circular cylinder with the forced convective heat transfer have been numerically simulated. The results obtained in these simulations have been compared with the data available in the literature. This comparison showed a good agreement between them.Keywords: Incompressible Flow, Forced Convective Heat Transfer, Characteristic-Based Method, Artificial Compressibility, Cross Flow
-
در این مقاله روش پایه مشخصه برای جریان های تراکم ناپذیر سه بعدی ناپایا استفاده شده است. در ابتدا، از فرض تراکم پذیری کورین استفاده شده و سپس معادلات سازگاری و مشخصه های مجازی به دست آمدهاند. با حل عددی معادلات مشخصه، ابرمخروط ماخ مجازی چهاربعدی به دست می آید. برای حل عددی این معادلات کدهایی در نرم افزار متلب نوشته شده است. این ابرمخروط در جریان های دوبعدی، یک مخروط سه بعدی خواهد بود. شکل این سطح با حل عددی به دست می آید که برای به دست آوردن این شکل نیز، کدنویسی های دیگری در نرم افزار متلب انجام شده است. شبیه سازی های مختلفی برای جریان های همرفت طبیعی و اجباری با اعداد بی بعد گراشف، رینولدز و پرانتل مختلف انجام شده است. برای این شبیه سازی ها، کدهایی در نرم افزار فرترن نوشته شده است. همچنین، در این مقاله تاثیر ضریب تراکم پذیری روی سرعت همگرایی و دقت نتایجبررسی شده است. نتایج نشان می دهد سرعت صوت مجازی تابعی از ضریب تراکم پذیری کورین و جهت انتشار می باشد، در حالیکه در جریان های تراکم پذیر سرعت صوت در تمامی جهات ثابت می باشد.کلید واژگان: مشخصه های سه بعدی، جریان تراکم ناپذیر، تراکم پذیری مصنوعی، معادله انرژی، ابرمخروط چهاربعدی، همرفت طبیعی و اجباریIn this paper, the characteristics of three-dimensional incompressible flows were obtained along with artificial compressibility of Chorin. At first, compatibility equations and pseudo characteristics for three-dimensional flows were derived. Results showed that pseudo sound speed in incompressible flow is a function of compressibility parameter and the direction. The speed of sound is constant in compressible flows. By numerical solution of characteristics, four-dimensional pseudo hyper Mach cone was obtained. A code in MATLAB has been written to obtain numerical solution. In two-dimensional flows, one has three-dimensional Mach cone, instead of four dimensional one. This cross section is circle for compressible flows. In this work, natural and forced convections, were simulated in different dimensionless numbers: Reynolds, Prandtl, and Nusselt numbers. For these simulations, a new code has been written in FORTRAN. In the last part of this research, the influence of compressible parameter on accuracy and convergence was surveyed.Keywords: Three, Dimensional Characteristics, Incompressible Flow, Artificial Compressibility, Convergence History, Energy Equation, Natural, Forced Convections
-
در این پژوهش از روش تجزیه متعامد بهینه به منظور توسعه یک الگوی رتبه کاسته جهت شبیه سازی میدان جریان ناپایای تراکم ناپذیر استفاده شده است. معادلات حاکم بر دینامیک جریان پس از تصویرسازی در راستای مودهای پرانرژی تر، یک سامانه دینامیکی رتبه کاسته ایجاد می کنند. معمولا این الگو با بهره گیری از نمایه های میدان سرعت ایجاد شده لذا مدل سازی عبارت فشار در معادله اندازه حرکت از اهمیت خاصی در صحت و پایداری الگوی حاصل برخوردار می باشد. دو روند برای این منظور وجود دارد که یکی مبتنی بر حذف عبارت فشار با وجود شرایط مرزی همگن و دیگری جایگزین نمودن عبارت فشار به نحوی شایسته در معادله اندازه حرکت می باشد. روشی که دراین پژوهش به کار رفته، استفاده از نمایه های فشار به صورت مستقیم و بهره گیری از ضرایب مودال میدان سرعت برای میدان فشار می باشد. نتایج حاصل از الگو رتبه کاسته پیشنهادی با شبیه سازی های حاصل از حل عددی مستقیم مقایسه شده اند. از آنجا که تنها دلیل ناپایداری الگو های رتبه کاسته عدم جایگزینی عبارت فشار نیست، لذا پاسخ الگو دینامیکی رتبه کاسته حاصل به طور کامل بر داده های حل عددی مستقیم منطبق نشده ولی در مقایسه با الگو های رتبه کاسته کلاسیک از دقت بالاتری برخوردار می باشد.کلید واژگان: جریان تراکم ناپذیر، جریان ناپایا، روش تجزیه متعامد بهینه، الگوی رتبه کاسته، مودهای فشار، تصویرسازی گالرکینIn this study, the proper orthogonal decomposition has been used to develop a reduced order model of the unsteady incompressible flows. After projection of governing equations along high level energy modes, a low-dimensional dynamical system is constructed. Usually, this model is developed using velocity field modes therefore pressure term representation in momentum equation will have an important role for stability and accuracy of outcome reduced order model. Two approaches are available for pressure term deputation, the first is based on elimination of pressure term due to homogenous condition on control volume boundaries and the second used appropriately method for pressure term representation in momentum equation. The method, which is used in this research, is based on using pressure snapshots and velocity field modal coefficients for calculation pressure field modes. The obtained results from proposed model have been compared with related DNS results. Because the instability behavior of reduced order model is not only related to pressure term modeling therefore response of low-dimensional dynamical system is not exactly verified with DNS data. But the outcome results from proposed model have higher accuracy than classic reduced order models.Keywords: Incompressible Flow, Unsteady Flow, Proper Orthogonal Decomposition, Reduced Order Model, Pressure Modes, Galerkin Projection
-
در مطالعه حاضر، شبیه سازی عددی جریان سطح آزاد و اندرکنش موج-اجسام شناور با استفاده از یک روش هیدرودینامیک ذرات هموار کاملا تراکم ناپذیر بر پایه ایده تراکم پذیری مصنوعی انجام شده است. معادلات حاکم دوبعدی در فرمولاسیون متغیرهای اولیه، با استفاده از روش تراکم پذیری مصنوعی کورین در چهارچوب مرجع لاگرانژی بیان شده تا یک الگوریتم هیدرودینامیک ذرات هموار مناسب برای حل جریان های تراکم ناپذیر ارائه شود. از یک شیوه ضمنی دوزمانه برای انتگرال گیری در زمان با قابلیت حل مسائل گذرا استفاده شده است. برخلاف روش کلاسیک تراکم پذیر جزئی ، روش فوق با مشکلات تقریب های شرایط تراکم ناپذیری که باعث ایجاد محدودیت در گام زمانی و نوسانات نادرست در میدان جریان می شود، مواجه نیست. برخلاف الگوریتم تصویرسازی هیدرودینامیک ذرات هموار ، روش فوق نیازی به حل با تکرار معادله پواسون فشار ندارد و میدان فشار به صورت محلی از حل معادلات حاکم محاسبه می شود. دقت روش فوق با حل یک مساله نمونه دوبعدی جریان تراکم ناپذیر در مخزن هیدرواستاتیک نشان داده شده است. در ادامه، اثر متقابل امواج و شناورها در جریان سطح آزاد شبیه سازی شده و نتایج حاصل با نتایج آزمایشگاهی و عددی موجود مقایسه شده اند. این مطالعه نشان می دهد که روش هیدرودینامیک ذرات هموار بر پایه تراکم پذیری مصنوعی به کار گرفته شده برای حل مسائل جریان تراکم ناپذیر سطح آزاد و اندرکنش موج-اجسام شناور از دقت و انعطاف پذیری خوبی برخوردار است.کلید واژگان: روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)، جریان تراکم ناپذیر، روش تراکم پذیری مصنوعی، شیوه ضمنی دوزمانی، اندرکنش موج، اجسام شناورIn the present study, the numerical simulation of free-surface flow and wave-floating bodies interaction is performed by a truly incompressible smoothed particle hydrodynamics based on the artificial compressibility method (ACISPH). The two-dimensional governing equations in the primitive variables formulation using Chorin's artificial compressibility method are written in the Lagrangian reference frame to provide an appropriate incompressible SPH algorithm for computing the incompressible flows. An implicit dual-time stepping scheme is used for the time integration to be capable of time accurate analysis of unsteady flows. Unlike the weakly compressible SPH (WCSPH) method, the ACISPH method does not involve any approximate enforcement of the incompressibility condition that usually implies time step restrictions and spurious oscillations in the flow field. Unlike the projection SPH algorithm, the ACISPH method does not involve an iterative solution of the pressure Poisson equation and the pressure field is efficiently computed locally through the solution of the governing equations. The accuracy of the ACISPH method is demonstrated by solving the incompressible flow in a 2-D Hydrostatics tank. Then, the wave-floating bodies interaction is simulated and the results obtained are compared with the available experimental and numerical results. The study shows that the artificial compressibility-based ISPH (ACISPH) method applied is accurate and robust for simulating the wave-floating bodies interaction.Keywords: Smoothed particle hydrodynamics (SPH), Incompressible flow, Artificial compressibility approach, Dual-time stepping scheme, wave-floating bodies interaction
-
Journal of Transport Phenomena in Nano and Micro Scales, Volume:6 Issue: 1, Winter - Spring 2018, PP 44 -50In this work, slip flow of helium gas has been studied in a three dimensional rectangular microchannel heat sink with 11 microchannel and 10 rectangular fins. Helium gas flow is considered ideal and incompressible. The finite volume method with using coupled algorithm is employed to carry out the computation. To validate the present work, comparison with numerical and experimental studies is done and it is seen that the computed results have good agreement. To investigate the effect of fins and walls material on heat sink performance, all simulations are carried out and compared with each other for three materials consisting of aluminum, silicon and copper. The results show that along the microchannel, local Knudsen number decreases. Also thermal resistance increases continuously with increasing Knudsen number from 0.006 to 0.048. The results indicate that for various inlet Knudsen numbers, copper heat sink has the lowest thermal resistance. Furthermore, copper heat sink has the highest average Nusselt number for Knudsen number higher than 0.024 but for Knudsen number lower than 0.024, silicon heat sink has higher average Nusselt number than copper heat sink.Keywords: Slip flow, Heat sink, Rectangular microchannel, Ideal gas, Incompressible flow
-
یکی از چالش های موجود در استفاده از روش های تمام کوپل در حل معادلات ناویر-استوکس، هزینه محاسباتی بالای این روش ها در تشکیل ماتریس ضرایب و حل دستگاه معادلات خطی است. یکی از راه حل های موجود برای کاهش هزینه محاسبات اینگونه روش ها، افزایش سرعت همگرایی است. از این رو عملکرد الگوریتم مورد استفاده در مدل-سازی جریان، می تواند تاثیر به سزایی در کاهش هزینه محاسباتی داشته باشد. در این مقاله به ارائه یک رهیافت برای بهبود عملکرد روش تاثیر فیزیکی در حل جریان تراکم-ناپذیر، در شبکه مرکز سلولی پرداخته می شود. گسسته سازی بهینه شده برای سرعت جابجا کننده بر روی سطح کنترل، توضیح داده و با روش های قبل مقایسه شده است. مزیت های روش جدید در مقایسه با مدل های مشابه به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است. الگوریتم بهینه شده، با حل جریان پایا در یک حفره مربعی با درپوش متحرک در عددهای رینولدز 100 تا 10000 و جریان گذرنده از پله در عدد رینولدز 800مستندسازی شده است. مقایسه روند همگرایی روش جدید در حل مسائل نمونه در شبکه یکسان با روش های پیشین و بررسی تغییرات باقی مانده در هر تکرار نشان دهنده عملکرد مناسب روش بهبودیافته است. با توجه به اینکه روش بهبود یافته مشابه روش های قبلی از تعداد 9 سلول برای گسسته سازی معادلات استفاده می کند، ظرفیت حافظه و هزینه محاسباتی یکسانی دارد. لذا افزایش سرعت همگرایی در روش بهبودیافته نشان دهنده عملکرد بهتر روش جدید می باشد. روش بهبودیافته می تواند به عنوان پایه ای برای توسعه کدهای دینامیک سیالات محاسباتی برای شبکه مرکز سلولی مورد استفاده قرار گیرد.کلید واژگان: شبیه سازی عددی، دینامیک سیالات محاسباتی، جریان تراکم ناپذیر، الگوریتم تاثیر فیزیکی، الگوریتم تمام کوپلOne of the main difficulties in employing fully coupled algorithms for solving Navier-Stokes equations is the high computation cost of coefficient matrix determination and solving the linear equation system. Therefore, the number of required iterations and computational costs may be reduced by increasing the convergence rate. This article deals with the formulation and testing of an improved fully coupled algorithm based on physical influence scheme (PIS) for the solution of incompressible fluid flow on cell-centred grid. The discretisation of improved algorithm is investigated and fully clarified, by comparing the methodology with two similar schemes. For a better insight, two benchmark problems are solved. The first problem is a steady lid-driven cavity with different Reynolds numbers between 100 and 10000. The second problem is steady flow over a backward facing step for the specified Reynolds number of 800. The history of residuals for present and previous methods are compared, in order to demonstrate the performance of the new discretization scheme. It is worth mentioning, the presented method is based on nine cells discretization. Therefore, the computational costs and memory usage of the proposed method are almost the same as previous ones. The results indicate that, the improved method converges in fewer iterations in comparison with prior methods. The new scheme can be utilized for development of the computational fluid dynamics solvers based on cell-centred grid arrangement.Keywords: Numerical Simulation, Computational Fluid Dynamics, Incompressible Flow, Physical Influence Scheme, Fully Coupled Algorithm
-
در این مطالعه با استفاده از شبیه سازی تهویه طبیعی عبوری در یک ساختمان به بررسی تاثیر نسبت ابعادی ساختمان و مقدار آشفتگی جریان خارجی بر روی مقدار ضریب تخلیه پرداخته شده است. روش حل استفاده از رویکرد دینامیک سیالات محاسباتی با استفاده از نرم افزار Fluent می باشد و به منظور درستی سنجی نتایج حل عددی، از نتایج حل تجربی که توسط دیگران انجام گرفته شده استفاده شده است. کلیه نتایج به دست آمده در فضای سه بعدی و با فرض جریان حالت پایدار و سیال تراکم ناپذیر به دست آمده اند. مدل آشفته به کار گرفته شده k-ε استاندارد می باشد که بیشترین تطابق را با نتایج تجربی دارد. در پایان مطالعه به این نتیجه رسیده شد که مقدار ضریب تخلیه بازشو با افزایش عدد رینولدز در بازشو افزایش می یابد و همچنین با افزایش نسبت عرض به طول ساختمان مقدار ضریب تخلیه افزایش می یابد و با افزایش نسبت طول به عرض ساختمان کاهش می یابد و در نهایت نتیجه به دست آمد که با افزایش مقدار آشفتگی جریان خارجی، مقدار ضریب تخلیه کاهش می یابد.کلید واژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، ضریب تخلیه، تهویه طبیعی عبوری، جریان تراکم ناپذیر، جریان حالت پایدارIn this study, numerical analysis of the effect of external flow turbulence and aspect ratio of building on the amount of opening discharge coefficient in natural ventilation is reviewed by modelling. The solution is the use of computational fluid dynamics (CFD) approach by Fluent Software and to understand taken properly of the result of numerical solution, the result of experimental solution that had been obtained by others is used. All the obtained results are gotten in three-dimensional space assuming steady state flow and incompressible fluid. Turbulent model was used is standard k-ε that has the most accommodation with experimental results. At the end of the study, this conclusion was reached that the amount of opening discharge coefficient is increased by increasing the number of Reynolds in opening and with increasing the width to length ratio of building the amount of discharge coefficient decreases. And finally it is concluded that by increasing of the turbulence of external flow, discharge coefficient decrease.Keywords: Computational fluid dynamics (CFD), Discharge coefficient, Natural ventilation through, Incompressible flow, Steady, state flow
-
اثرات متقابل بین ساختارهای گردابه ای و ذرات یا قطرات کروی از موضوعات کاربردی در جریان های دو فازی می باشد. این تعامل ها به ویژه در زمانی که همراه با چرخش قطره باشند، موجب تغییرات عمده ای در میدان جریان می شوند. همچنین مشاهده شده است که نرخ انتقال حرارت قطره در طی زمانی که هسته ورتکس ها در نزدیکی آن قرار دارند، به طور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر قرار می گیرد. در این مقاله، انتقال حرارت گذرای یک قطره کروی چرخشی در تعامل با یک جفت ورتکس در جریان لزج و تراکم ناپذیر با استفاده از حل عددی معادلات ناویر- استوکس و انرژی در محدوده 100≥20≤Re و سرعت چرخشی بی بعد 0≤Ω≤1با کد محاسباتی که به زبان فرترن توسط نویسندگان توسعه یافته، مطالعه شده است. به منظور اطمینان از صحت محاسبات، نتایج با داده های عددی گزارش شده در مقالات مقایسه و هماهنگی خوبی بین نتایج مشاهده گردید. سپس اثر جهت گردش دو ورتکس در تعامل با قطره دارای چرخش بر نرخ انتقال حرارت آن بررسی شد. همچنین توزیع ضریب انتقال حرارت در سطح قطره با چرخش جداگانه حول سه محور متفاوت در دو حالت تعامل و عدم تعامل با ورتکس ها بررسی و نتایج مربوط به تغییرات ضریب انتقال حرارت ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که چرخش قطره تا مقادیر Ω≤0.5، اثرات قابل چشم پوشی بر نرخ انتقال حرارت قطره در دو حالت حضور و عدم حضور ورتکس ها در میدان جریان دارد؛ اما، با افزایش پیچش قطره، اثرات قابل توجهی در ضریب انتقال حرارت مشاهده شده که با توجه به جهت گردش ورتکس ها، مقادیر متفاوتی بدست آمده است.کلید واژگان: تعامل ورتکس، قطره، جریان تراکم ناپذیر، ضریب انتقال حرارت، قطره، ورتکسThe interactions between vortical structures and spherical particles or droplets is of practical issues in two-phase flows. The interactions bring major changes in the flow field particularly when coupled with particle rotation. It is observed that the heat transfer rate is significantly influenced during the time that the vortices cores are in the vicinity of the particle. In this paper, transient heat transfer of a rotating spherical particle interacting with a pair of vortices in incompressible and viscous flow is studied using numerical solution of the Navier-Stokes and energy equations in the range of 20≥Re≤100 and non-dimensional rotational velocities 0≤Ω≤1, by computational code which has been developed by the authors. In order to ensure the accuracy of the calculation, the results are compared with numerical data reported in the literature and good agreement between results was observed. Then the effect of circulation direction of two vortices interacting with a particle by spin on its heat transfer rate was investigated. Also distribution of heat transfer coefficient at the particle surface with separate rotation around three different axes in two cases of interacting and non-interacting with vortices is given and the results of heat transfer coefficient are presented. The results show that particle rotation for Ω≤0.5, in both presence and absence of vortices in flow field has negligible effects on the particle heat transfer rate; however, with increasing of particle spin significant effects on heat transfer coefficient has been observed that due to the circulation direction of vortices, different amounts are obtained.Keywords: Vortex, Droplet Interaction, Incompressible Flow, Heat Transfer Coefficient, Droplet, Vortex
-
In this article the possibility to use Eulerian approach in the conventional ISPH method in simulation of internal fluid flows is studied. The use of Eulerian approach makes it possible to use non uniform particle distributions to increase the resolution in the sensitive parts of the domain, different boundary conditions can be employed more freely and particle penetration in the solid walls and tensile instability no longer require elaborate procedures. The governing equations are solved in an Eulerian framework containing both the temporal and local derivatives which make the momentum equations non-linear. Some special treatment and smaller time steps are required to remedy this non-linearity of the problem. In this study, projection method is used to enforce incompressibility with the evaluation of an intermediate velocity and then this velocity is projected on the divergence-free space. This method is applied to the internal fluid flows in a shear-driven cavity, Couette flow, a flow inside a duct with variable area and flow around a circular cylinder within a constant area duct. The results are compared with the results of Lagrangian ISPH and WCSPH methods as well as finite volume and Lattice Boltzmann grid based schemes. The results of the studied scheme have the same accuracy for velocity field and have better accuracy in pressure distribution than ISPH and WCSPH methods. Non-uniform particle distributions are also studied to check the applicability of this method and Good agreement is also observed between uniform and non-uniform particle distributions.Keywords: Eulerian, Smoothed particle hydrodynamics, Meshfree, Incompressible flow
-
در این مقاله جریان حبابی تراکم ناپذیر ویسکوز در داخل کانال انحناء دار تحت اثر گرادیان فشار بصورت عددی با استفاده از روش رد یابی جبهه شبیه سازی شده است. برای اینکار معادلات ناویر استوکس به روش تفاضل مرکزی با دقت مکانی درجه دو گسسته سازی شده و با استفاده از الگوریتم تصویر با بهره گیری از پردازش موازی در مختصات استوانه ای حل شده است. شبکه استفاده شده از نوع شبکه جابه جا شده و یکنواخت می باشد. نتایج حاصل نشان می دهد که در صورت عدم وجود شتاب گرانش در مسئله، جریان در داخل کانال انحناء دار را می توان به دو ناحیه جدا از هم نسبت به صفحه میانی کانال تقسیم نمود. در واقع این صفحه، صفحه تقارن در جریان بدون حباب می باشد که مانع از اختلاط دو جریان نیمه بالا و نیمه پائین کانال می شود. در میدان بدون جاذبه تعداد 12 حباب با قطر 0.125 واحد طول دیواره، در جریان اصلی در نظر گرفته شده است که در لحظه شروع به صورت یکنواخت در داخل کانال توزیع شده اند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که در نبود شتاب ثقل، حباب ها در نهایت به صورت آماری پایا شده و دارای مسیر حرکت ثابتی خواهند بود. در این حالت اثر پارامترهای فیزیکی مختلف مانند عدد رینولدز، انحناء کانال، عدد دین در حرکت حباب ها بررسی شده است.کلید واژگان: کانال انحناء دار، جریان چند فاز، حباب، جریان تراکم ناپذیر، تفاضل محدودIn this article bubbly flow under the specified axial pressure gradient in a curved channel is studied numerically. To do so, a second order parallelized front-tracking/finite-difference method based on the projection algorithm is implemented to solve the governing equations including the full Navier-Stokes and continuity equations in the cylindrical coordinates system using a uniform staggered grid well fitted to the geometry concerned. In the absence of gravity the mid-plane parallel to the curved duct plane, which is the symmetry plane in the single fluid flow inside the curved duct, separates the bubbly flow into two different flow regions not interacting with each other. Twelve bubbles with diameters of 0.125 wall units are distributed in the equally spaced distances from each other. The numerical results obtained indicate that for the cases studied here, the bubbles reach the statistical steady state with an almost constant final orbital motion path due to the strong secondary field. Furthermore, the effects of different physical parameters such as Reynolds number, and curvature ratio on the flow field at the no slip boundary conditions, are investigated in detail.Keywords: Curved duct, Multiphase Flow, Bubble, Incompressible Flow, Finite Difference
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.