مدلسازی عددی جریان های لایه بندی شده برای کاربرد در جریان های دوفازی گل سیال با توسعه ی مدل آشفتگی asm در مدل wise

تقریباً تمامی جریان های محیط زیستی و ژئوفیزیکی همانند جریان هایی که در دریاچه ها‏، مخازن‏، مصب رود ها و اتمسفر رخ می دهند‏، آشفته و در اغلب موارد لایه بندی شده هستند. حضور نیرو های شناوری ناشی از لایه بندی‏، ‎‎‏تأثیر اساسی بر گسترش جریان و فرآیند‎های‎ اختلاط آشفته داشته‏، و بر حرکت آلاینده ها و مواد رسوبی در این جریان ها اثر می گذارند. از آنجا که استفاده از روش های آزمایشگاهی در بسیاری از موارد به صرفه نیست‏، می توان از شبیه سازی عددی به عنوان ابزاری کارآمد در کاربرد های مهندسی و طراحی و تجزیه و تحلیل این جریان ها استفاده کرد. ‏توجه به مدل سازی آشفتگی امری ضروری در شبیه سازی این نوع جریان ها است. در جریان های لایه بندی شده به دلیل حضور نیروهای شناوری‏، تنش های ناشی از آشفتگی ناهمسان بوده‏، و در نتیجه اعمال صحیح ناهمسانی‏ در آن ها‏، حائز اهمیت است. از این رو در این پایان نامه‏، مدل سازی آشفتگی در جریان های لایه بندی شده‏، شامل جریان های آب شور و جریان های حامل رسوب (گل سیال) مورد بررسی قرار گرفته است. ‏مدل هیدرودینامیک مورد استفاده مدل wise (حجازی، 2004) می باشد که یک مدل سطح آزاد بر اساس معادلات ناویر‎‏-استوکس میانگین گیری شده ی رینولدز است. شبکه بندی مدل از نوع منحنی الخط غیر متعامد لغزان بوده‏، و در آن از مدل آشفتگی k-? غوطه ور برای مدل سازی آشفتگی استفاده شده است. درا‎ین پژوهش برای‎‎‎‎‎ مدل سازی آشفتگی از یک مدل صریح جبری تنش رینولدز (earsm) به همراه یک مدل صریح جبری شار اسکالر (easfm) استفاده شده است. به منظور صحت سنجی مدل آشفتگی‏، آزمایش های انسداد-تبادل و شار ثابت آب شور بر روی سطوح صاف و شیب دار شبیه سازی شده و نتایج مربوط به گسترش جریان‏، نمودارهای سرعت و غلظت حاصل از مدل آشفتگی صریح جبری تنش رینولدز با نتایج اندازه گیری های آزمایشگاهی و نتایج حاصل از مدل آشفتگی k-? غوطه ور مورد مقایسه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. همچنین‏، به منظور بررسی کاربرد مدل عددی توسعه یافته در شبیه سازی جریان های لایه ای دوفازی گل سیال‏، از طریق معادلات ساختاری رئولوژیکی مختلف‏، رفتار غیرنیوتنی سیال به مدل موجود اضافه شده است. برای بررسی صحت عملکرد مدل در این نوع جریان ها آزمایش های انسداد-تبادل گل سیال بر روی سطح صاف و شیب دار شبیه سازی شده و نتایج مربوط به گسترش، موقعیت پیشانی‏، سرعت و غلظت جریان حاصل از مدل آشفتگی صریح جبری تنش رینولدز با نتایج اندازه گیری های آزمایشگاهی و نتایج حاصل از مدل آشفتگی k-? غوطه ور مورد مقایسه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بررسی های انجام گرفته در حالت کلی نشان دهنده ی عملکرد مناسب مدل صریح جبری تنش رینولدز برای شبیه سازی جریان های لایه بندی شده ی آب شور و جریان های گل سیال‏، و برتری نسبی آن در مقایسه با مدل آشفتگی k-? می باشد.