مدلسازی عددی آشفتگی جریان های لایه بندی شده دوفازی با استفاده از مدل آشفتگیk-? غیرخطی در مدل هیدرودینامیک wise

در هیدرولیک مانند سایر حوزه های مکانیک سیالات، جریاناتی که در حوزه ی کاربردی مشاهده می شوند تقریباً همگی آشفته هستند. با توجه به پیچیدگی های موجود در پدیده ی آشفتگی و با وجود تحقیقات گسترده انجام شده در آن، هنوز تعاریف و ویژگی های این پدیده به صورت دقیق و بدون اختلاف از سوی محققین اعلام نشده است. جریان های چگال، کاربرد زیادی در مسائل مربوط به هیدرولیک و جریان های آبی دارند. یکی از مهم ترین عوامل ایجاد ناهمسانی در تنش های رینولدز جریان آشفته، وجود جریان های لایه ای است. این گونه جریان ها در حالت وجود رسوب، وجود نمک در آب، در جریان های آبی و هیدرولیکی رخ می دهند. کاربرد مورد توجه این گونه جریان ها در بخش های محیط زیست هیدرولیکی می باشد. جریان های چگال، دارای ماهیتی ناهمسان می باشند. که این امر پیش بینی دقیق آن ها را به ویژه با استفاده از مدل های آشفتگی همسان مانند مدل های دو معادله ایk-? استاندارد، با مشکلاتی مواجه می کند. مدل های آشفتگی خطی و استاندارد دو معادله ای، تنش های رینولدز را همسان فرض می کنند و آن ها را در سه راستای مختلف برابر به دست می دهند. این فرض در بیشتر جریان های آشفته فرضی است که با واقعیت فاصله دارد و به پیش بینی های غیر دقیقی منتج می شود؛ به ویژه در جریان های چگال، که ناهمسانی مربوط از جنس ناهمسانی تنش است، حضور دارد. به منظور در نظر گرفتن اثر ناهمسانی ها، مدل های غیر خطی دو معادله ای به ویژه در سال های اخیر توسعه زیادی یافته اند. یکی از افرادی که با استفاده از فرض ارتباط میان تنش های رینولدز غیر خطی در جریان آشفته، مدل اشفتگی غیر خطی k-? را بسط داده است، اسپژیال (1987) می باشد. وی این مدل ناهمسان را براساس مرتبه دوم کرنش ارائه کرد، که آن را در محیط های ناهمسان لایه بندی شده، نسبت به مدل های خطی توانمندتر می سازد. در این تحقیق، به منظور افزایش دقت مدل عددی در پیش بینی جریان های لایه بندی غیرنیوتنی و آب ونمک، از مدل آشفتگی ناهمسان k-? استفاده شده است. مدل غیر خطی آشفتگی به مدل هیدرودینامیک دوبعدی قائم wise، که در ابتدا دارای مدل آشفتگی خطی و همسان k-? بوده است، اضافه شده است. مدل هیدرودینامیک، معادلات را از روش پروجکشن حل می کند، به این ترتیب که با کنار گذاشتن جمله ی فشار، ابتدا معادلات انتقال وپخشیدگی حل می شوند و سپس با توجه به این که این سرعتها موقتی هستند، مقادیر فشار با حل معادله پواسون و اعمال رابطه پیوستگی محاسبه و سرعتها به روز می شوند. مدل ناهمسان اضافه شده به مدل هیدرودینامیک، بر خلاف مدل های همسان دارای تنش های مرتبه دوم می باشدکه آن را قادر به مدلسازی جریان های ناهمسان با دقت بیشتری می نماید. در این تحقیق دقت مدل غیرخطی با مدل خطی که در ابتدا در مدل هیدرودینامیک موجود بوده است، مقایسه شده است. آزمایش های عددی انجام شده نشان داد که دقت مدل غیرخطی، اندکی بیش تر از مدل آشفتگی خطی بود. استفاده از مدل آشفتگی غیر خطی، به دلیل افزایش نسبی دقت و در عین حال عدم افزایش حجم محاسباتی به طور قابل توجه، توصیه می شود. در این پژوهش، از هشت آزمایش عددی در جریان های چگال استفاده شده است، که چهار آزمایش از نوع جریان ثقلی آب ونمک می باشند و چهار آزمایش دیگر به جریان ثقلی آب و رسوب چسبنده مربوط هستند. از آنجایی که رسوبات چسبنده دارای رفتار غیرنیوتنی هستند، از دو مدل ریاضی پاورلا و بینگهام برای توصیف رفتار این نوع از جریانها استفاده شده است.