مدل سازی عددی جریان های غیر همسان چگال با مدل آشفتگی تنش جبری (asm)

تقریباً تمامی جریان های محیط زیستی و ژئوفیزیکی همانند جریان هایی که در دریاچه ها، مخازن سدها، مصب رودها و اتمسفر رخ می دهند آشفته و در اغلب موارد لایه بندی شده هستند. جریان های لایه بندی شده ثقلی یا جریان های تحت تأثیر نیروهای غوطه وری در اثر تفاوت چگالی جریان ثقلی با سیال پیرامون ایجاد می شوند. حضور نیرو های شناوری ناشی از لایه بندی تأثیر اساسی در گسترش جریان، فرآیندهای اختلاط آشفته، و تولید و اضمحلال گردابه های آشفتگی داشته و بر حرکت آلاینده ها و مواد رسوبی در این جریان ها تأثیر می گذارند. با توجه به محدودیت های مطالعات آزمایشگاهی از نقطه نظرهای محدودیت نتایج به موضوع مورد مطالعه، خطاهای مقیاس مدل سازی و اندازه گیری و هزینه ی ساخت مدل، شبیه سازی عددی در کاربردهای مهندسی و تجزیه و تحلیل این جریان ها از توسعه ی روزافزونی برخوردار شده است. دقت شبیه سازی عددی این گونه جریان ها به مدل آشفتگی به کار گرفته شده و چگونگی در نظر گرفتن نیروهای شناوری در مدل آشفتگی بستگی دارد. در جریان های لایه بندی شده بدلیل حضور نیروهای شناوری، تنش های ناشی از آشفتگی ناهمسان بوده و در نتیجه اعمال صحیح ناهمسانی در آن ها حائز اهمیت است. جریان های مورد بررسی در این پایان نامه، جریان های لایه بندی شده ی آب شور و جریان های ثقلی چگال می باشند. مدل هیدرودینامیک مورد استفاده برای حل معادلات ناویر- استوکس 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 و لغزان بوده و در آن از مدل آشفتگی k-ε غوطه ور برای مدل سازی آشفتگی استفاده شده است. در این پایان نامه برای مدل سازی آشفتگی و محاسبه ی تنش های رینولدز و شار اسکالر، از یک مدل صریح تنش جبری (earsm) به همراه یک مدل صریح جبری شار کمیت اسکالر (easfm) استفاده شده است. به منظور صحت سنجی مدل تنش جبری آزمایش های انسداد- تبادل و شار ثابت در جریان های آب شور و جریان های چگال بر روی سطوح صاف و شیب دار شبیه سازی شده و نتایج مربوط به گسترش، موقعیت پیشانی، خطوط میزان غلظت و پروفیل سرعت جریان حاصل از مدل آشفتگی صریح جبری تنش رینولدز و شار اسکالر با نتایج آزمایشگاهی و نتایج حاصل از مدل آشفتگی k-ε غوطه ور مورد مقایسه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بررسی شبیه سازی های انجام شده بر روی جریان های ثقلی آب شور، نشان دهنده ی عملکرد قابل قبول مدل k-ε غوطه ور نسبت به مدل earsm در جریان های با اختلاف چگالی کم، جریان های جت آب شور و همچنین در فاز اول جریان، می باشد. توصیف بهتر سرعت، مزیت اصلی مدل earsm در مقایسه با مدل k-ε غوطه ور، در جریان های لایه بندی شده ی آب شور و چگال می باشد. بررسی های انجام گرفته در حالت کلی نشان دهنده ی عملکرد مناسب مدل صریح جبری تنش و شار برای شبیه سازی جریان های لایه بندی شده ی آب شور و چگال و برتری نسبی آن در مقایسه با مدل آشفتگی k-ε غوطه ور می باشد.