شبیه سازی مستقیم عددی جریان اختلاطی با شرایط مرزی آزاد خروجی با استفاده از روش تفاضل محدود فشرده

جریان اختلاطی صفحه ای در نتیجه یکی شدن دو جریان موازی سیال، که دارای سرعتهای مختلف می باشند بوجود می آید. این دو جریان در انتهای یک صفحه جداکننده، که فرض می شود دارای ضخامت ناچیزی می باشد با هم مخلوط می شوند. در پایین دست این تلاقی. انتقال مومنتوم بین دو جریان سیال صورت می گیرد. لایه اختلاطی در واقع به ناحیه ای که در آن فرایند یکی شدن اتفاق می افتد اطلاق می گردد. در این تحقیق معادله بی بعد شده ناویر-استوکس در فرم چرخشی برای جریان اختلاطی دو بعدی و تراکم ناپذیر با شرط مرزی آزاد خروجی به روش مستقیم عددی شبیه سازی (dns) شده است. معادلات دیفرانسیل حاکم با استفاده از روش اختلاف محدود فشرده لیله در جهات جریان ( ) و عمود بر جریان ( ) گسسته شده اند. از نگاشت جهت مرتبط نمودن دامنه فیزیکی به دامنه محاسباتی استفاده شده است. برای توسعه محاسبات در دامنه زمان نیز از روش رانج کوتای فشرده مرتبه سوم استفاده شده است. در مرز خروجی از شرط مرزی آزاد استفاده کرده ایم بدین صورت که معادلات حاکم بر جریان در مرز خروجی نیز صدق می کند. در این تحقیق هر دو جریان اختلاطی آرام و مغشوش مورد بررسی قرار گرفته است. برای مغشوش کردن جریان، یک اغتشاش زمانی بر مولفه سرعت اعمال شده است. از جواب های تحلیلی غیر ویسکوز (استوارت) و معادله نفوذ وابسته به زمان برای ارزیابی صحت نتایج شبیه سازی استفاده گردیده است. مشخصه های جریان لایه اختلاطی به دست آمده و با نرمال کردن مولفه های سرعت لحظه ای و گردابه های جریان، به وسیله اختلاف سرعت جریان های آزاد و نصف عرض پروفیل سرعت، خاصیت خود تشابهی بررسی شده است.