تعیین تنش برشی روی مرز دیوار

Wall Shear Stress Specifying

تعیین تنش برشی روی مرز دیوار در نرم افزار Fluent از چهار گزینه مختلف برخوردار است که عبارتند از:

غیر لغزان (No-Slip)
برش مشخص (Specified Shear)
ضریب براقی (Specularity Coefficient)
تنش مارانگونی (Marangoni Stress)

شرط No-Slip پیش فرض Fluent بوده و بیانگر سرعت یکسان دیوار و سیال چسبیده به آن است. گزینه‌های برش مشخص و تنش مارانگونی برای شبیه سازی مواردی که در آن‌ها تنش برشی (بیشتر از حرکت سیال) معلوم است مفید می‌باشد. دیواره لغزان (تنش برشی صفر) و شرایط سطح آزاد (تنش برشی صفر یا وابسته به گرادیان کشش سطحی) از جمله این موارد هستند. با انتخاب گزینه Specified Shear می‌توان مؤلفه‌های x، yو z تنش برشی را بصورت مقادیر ثابت یا پروفایل مشخص نمود. شرط مرزی تنش مارانگونی به کاربر امکان می‌دهد تا گرادیان کشش سطح را با توجه به تغییرات دمای سطح تعیین کند. تنش برشی براساس گرادیان‌های دما و کشش سطحی محاسبه می‌گردد. گزینه تنش مارانگونی تنها همراه با معادله انرژی در دسترس است.

شرط ضریب براقی بطور ویژه برای جریان‌های چند فازی ریگناک (Granular Multiphase Flow) بکار می‌رود. این ضریب مبین کسری از برخوردهایی است که ممنتم جریان را به دیواره انتقال می‌دهد. مقدار این کسر بین صفر تا یک متغیر است. این گزینه بر اساس شرایط مرزی جانسون و جکسون (Johnson and Jackson) برای جریان‌های چند فازی ریگناک توسعه یافته است.

دیوارهای غیر لغزان

با انتخاب گزینه No-Slip مقدار سرعت سیال چسبیده به دیواره صفر در نظر گرفته می‌شود. این گزینه پیش فرض نرم افزار Fluent برای تمام جریان‌های لزج است (شکل ابتدای صفحه).

برش مشخص

علاوه بر دیواره غیر لغزان که پیش فرض جریان‌های لزج در Fluent است، می‌توان یک دیوار لغزان با مقادیر برشی صفر و یا غیر صفر را نیز در این نرم افزار تعریف نمود. برای برش غیر صفر بین دیواره و سیال لازمست مقادیر مؤلفه‌های x، y و z تنش برشی را در کادر Sher Stress وارد شود.

ضریب براقی (Specularity Coefficient)

برای جریان‌های چندفازی ریگناک می‌توان از گزینه ضریب براقی نیز استفاده کرد. با احتساب مقدار صفر برای این کسر، برش دیواره صفر خواهد بود. اما اگر این کسر نزدیک به یک باشد آنگاه مقدار قابل توجهی از ممنتم مماسی (Lateral) به دیواره انتقال خواهد یافت.

تنش مارانگونی

نرم افزار Fluent قادر است تنش‌های برشی ناشی از تغییرات کششی حاصل از اختلاف دما را هم مدل کند. در این گزینه تنش‌ برشی روی دیواره از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

این تنش برشی در معادلات ممنتم لحاظ می‌گردد. برای مدلسازی تنش مارانگونی باید گزینه Marangoni Stress در قسمت Shear Condition پانل شرط مرزی دیواره مشخص گردد.

چگونگی محاسبه تنش برشی در مرزهای دیواره

نرم‌افزار فلوئنت برای شبیه‌سازی جریانهای لزج، از خصوصیات جریان در المانهای مجاور دیواره برای محاسب و پیشگویی مقدار تنش برشی استفاده می‌کند. در جریانهای آرام، محاسبات تنش برشی تنها به گرادیانهای سرعت در مرز دیواره بستگی دارد. در حالیکه در جریانهای آشفته پارامترهای دیگری نیز وجود دارد که در بخش (9-11) بطور کامل توضیح داده شده است.

اگر دیواره‌ها از یک تنش برشی مشخص برخوردار باشد (یعنی مقدار تنش برشی توسط کاربر مشخص گردد)، نرم‌افزار فلوئنت براساس تنش برشی تعیین شده، مؤلفه مماسی سرعت روی دیواره را محاسبه می‌کند. در جریانهای غیر لزج، دیواره دارای شرط مرزی لغزشی1 بوده که در این حالت هیچ گونه اصطکاک روی دیواره وجود نداشته و تنش برشی آن صفر می‌باشد.

در جریانهای آرام، تنش برشی دیواره بر حسب گرادیان مؤلفه عمودی سرعت نسبت به دیواره بدست می‌آید (Ʈ_w=µ∂v/∂y). اگر گرادیان مؤلفه عمودی سرعت نسبت به دیواره زیاد باشد، لازمست که شبکه تولید شده در نزدیکی مرز دیواره به اندازه کافی ریز باشد تا بتواند تغییرات جریان در داخل لایه مرزی را بدرستی پوشش دهد.

بازگشت

مطالب مرتبط

شرط مرزی دیوار متحرک

تعیین زبری سطح روی مرز دیوار

تعیین شرایط مرزی حرارتی دیوار

شرایط مرزی گونه‌های شیمیایی روی دیوار

برای کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید

محمدرضا کلیچ