شبیه سازی جریان متلاطم روی دسته لوله‌ها با استفاده از مدل ترکیبی ادیهای بزرگ و موازی سازی معادلات کاملا همبسته ناویر- استوکز

نویسندگان

چکیده

در کار حاضر جریان متلاطم غیر دائم عبوری از روی دسته لوله‌ها با استفاده از روش ادیهای بزرگ وموازی سازی معادلات کاملا همبسته ناویر- استوکز در شبکه غیر متعامد شبیه سازی شده است. در روش ادیهای بزرگ برای مدل کردن رفتار ادیهای کوچک، از یک مدلی ترکیبی استفاده شده است. در این مدل علاوه بر اثرات اتلافی ادی ویسکوزیته اثرات متقابل ادیهای ریز و درشت روی همدیگر نیز در نظر گرفته شده است. معادلات کاملا همبسته ناویر- استوکز با استفاده از روش چند بلوکی موازی سازی شده‌اند. بدین صورت که دامنه حل به چند زیر دامنه تقسیم شده و باتوجه به اصل توزیع یکنواخت بار محاسباتی بین پردازنده ها، توسط مجموعه‌ای از رایانه‌ها به صورت موازی حل شده است. معادلات حاکم بر روی هندسه غیر متعامد و شبکه هم مکان با روش مرتبه دو برای زمان و مکان گسسته سازی شده است. برای حل مشکل عدم کوپل بودن فشار و سرعتها از روش میان یابی ممنتم استفاده شده است. با این روش مشکل شطرنجی شدن فشار برطرف می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که راندمان موازی سازی بسیار بالاست. برای جریان حول پنج ردیف لوله خطوط جریان و دیگر مشخصه‌های جریان به‌دست آمده است. نتایج به‌دست آمده تطابق خوبی با نتایج تجربی دارد. مقایسه نتایج حاصل از مدل اسمگورینسکی و مدل ترکیبی با نتایج تجربی نشان می‌دهد که مدل ترکیبی دقت بیشتری دارد و در پیشبینی مشخصه‌های جریان و تغییرات نیروهای لیفت و درگ روی استوانه‌ها بهتر از مدل اسمگورینسکی است.

عنوان مقاله [English]

Mixed Large-Eddy Simulation Model for Turbulent Flows across Tube Bundles Using Parallel Coupled Multiblock NS Solver

نویسندگان [English]

  • M. Talebi
  • E. Shirani
  • and M. Ashrafizadeh
چکیده [English]

In this study, turbulent flow around a tube bundle in non-orthogonal grid is simulated using the Large Eddy Simulation (LES) technique and parallelization of fully coupled Navier – Stokes (NS) equations. To model the small eddies, the Smagorinsky and a mixed model was used. This model represents the effect of dissipation and the grid-scale and subgrid-scale interactions. The fully coupled NS equations with the multiblock method was parallelized. Parallelization of the computer code was accomplished by splitting the calculation domain into several subdomains and using different processors in such a way that the computational work was equally distributed among processors. The discretized governing equations are second order in time and in space and the pressure is calculated by Momentum Interpolation Method (MIM) to prevent the checkerboard problem. The results are obtained for the turbulent flow over five parallel tube rows. The computational efficiency, flow patterns, and flow properties are also determined. The results showed high parallelization efficiency and high speed up for the computer code. The flow characteristics were determined and compared with experimental results which showed good agreement. Also, the results showed that the mixed model is better than the Smagorinsky model for evaluation of flow characteristics and lift and drag forces on tubes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Turbulent flow
  • Large eddy simulation
  • Tube bundle
  • Parallel programming
  • Multiblock grid

تحت نظارت وف ایرانی