Large Eddy Simulation of Turbulent Rayleigh-Bénard Convection: An Assessment of Subgrid-Scale Models

Authors : İlyas YILMAZ

Pages : 478-495

Doi:10.35414/akufemubid.856768

View : 62 | Download : 9

Publication Date : 2021-04-30

Article Type : Research Paper

Abstract :Bu çalışmada türbülanslı Rayleigh-Bénard ısıl taşınım problemi büyük girdap benzetimi metodu ile 6 farklı ağaltı-ölçek modeli kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu modeller; (i) Smagorinsky (duvar sönümleme fonksiyonu da içeren), (ii) Dinamik Smagorinsky, (iii) Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity, (iv) Vreman, (v) Mixed-Scale, ve (vi) ilk defa bu çalışmada önerilen ve ağaltı ölçeklerden gelen türbülanslı kaldırma kuvveti etkilerini de içerecek şekilde, terimleri yeniden düzenlenmiş ve zenginleştirilmiş olan değiştirilmiş-Mixed-Scale modelidir. Benzetimlerde sönümleme içermeyen, kinetik enerjiyi koruyan ve zamanda tamamıyla kapalı bir sayısal ayrıklaştırma algoritması kullanılmıştır. Modellerin değerlendirilmesi için, akışın ortalama ve türbülanslı büyüklükleri (hem düşük hem de yüksek mertebeli) hesaplanmıştır. Ayrıca, asimetri, türbülanslı ısı akısı, ağaltı-ölçek kinetik enerjisi ve Nusselt sayısı gibi ilave pek çok ileri seviye, türetilmiş türbülans parametresi de hesaplanmış ve karşılaştırmalarda kullanılmıştır. Bunlara ilişkin detaylı analizlere bu kapsamlı çalışmada yer verilmiştir. Elde edilen sonuçlar, her modelin zayıf ve güçlü yanlarını ortaya çıkarmıştır. Modeller arası farklılıkların özellikle duvara yakın bölgelerde kendini gösterdiği ortaya konmuştur. Genel olarak, Mixed-Scale ve ona dayalı olarak önerilen yeni modelin performanslarının, Doğrudan Sayısal Benzetim metodu ile daha iyi bir uyum içerisinde olduğu gözlemlenmiştir. Bu iki model ayrıca daha kısa sürede sonuç vermesi sebebiyle de sayısal hesaplama maliyeti açısından avantajlıdır. Kaldırma kuvveti etkilerini de içeren yeni modele ait sonuçlarının asıl modele oranla görece bir iyileşme içerdiği de görülmektedir.
Keywords : Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Türbülans Modellemesi, Büyük Girdap Benzetimi, Ağ altı Ölçek Modeli, Rayleigh Bénard Taşınımı, Türbülanslı taşınım

ORIGINAL ARTICLE URL