جریان توربولانسی چیست؟

جریان‌های تورنولانسی به جریاناتی اطلاق می‌شود که در آن‌ها حرکت سیال به صورت بی‌نظم و پیچیده است. در این نوع جریان‌ها، لایه‌های مختلف سیال به سرعت حرکت کرده و به طور دائم دچار اختلال و تغییر می‌شوند. این اختلالات باعث افزایش انتقال جرم، حرارت و مومنتوم در جریان می‌شود.

جریان‌های توربولانسی معمولاً در شرایطی به وجود می‌آیند که سرعت سیال زیاد باشد یا در فضاهایی که موانع مختلف مانند لوله‌ها، تیغه‌ها و پره‌ها وجود داشته باشد.

مدل‌های توربولانسی در فلوئنت

برای مدل‌سازی جریان‌های توربولانسی در ANSYS Fluent، مدل‌های مختلفی وجود دارد که هرکدام کاربرد خاص خود را دارند. در اینجا به بررسی برخی از مدل‌های اصلی توربولانسی می‌پردازیم:

  1. مدل k-ε (K-epsilon) ⚡ مدل k-ε یکی از محبوب‌ترین مدل‌های توربولانسی است که برای شبیه‌سازی جریان‌های توربولانسی در جریان‌های با شدت پایین تا متوسط استفاده می‌شود. این مدل بر اساس دو معادله به نام‌های k (انرژی جنبشی توربولانسی) و ε (تلاش برای تخلیه انرژی توربولانسی) عمل می‌کند.
  • کاربردها: شبیه‌سازی جریان‌های توربولانسی در لوله‌ها، مبدل‌های حرارتی، و دیگر سیستم‌های با هندسه ساده.
  1. مدل k-ω (K-omega) 🌪️ مدل k-ω مشابه مدل k-ε است، اما در این مدل به جای ε از پارامتر ω (سرعت توربولانسی) استفاده می‌شود. این مدل برای شبیه‌سازی جریان‌های با شدت بالای توربولانس و جریان‌های نزدیک به دیواره‌ها و سطوح جامد مناسب‌تر است.
  • کاربردها: شبیه‌سازی جریان‌های توربولانسی در اطراف اجسام با هندسه پیچیده مانند پره‌ها، تیغه‌ها و سایر سطوح با تلاطم زیاد.
  1. مدل Reynolds Stress (RSM) 🔥 مدل Reynolds Stress یا مدل تنش‌های رینولدز برای شبیه‌سازی جریان‌های پیچیده و با شدت بالای توربولانس استفاده می‌شود. این مدل به صورت غیرخطی تنش‌های توربولانسی را به طور مستقیم محاسبه می‌کند و برای جریان‌های با هندسه پیچیده و غیرقراردادی مناسب است.
  • کاربردها: شبیه‌سازی جریان‌های پیچیده و پرتنش در صنایع مختلف مانند موتورهای احتراق، توربین‌ها و سیستم‌های هوافضا.
  1. مدل LES (Large Eddy Simulation) 🌪️ مدل LES یکی از پیشرفته‌ترین مدل‌های توربولانسی است که برای شبیه‌سازی دقیق‌تر جریان‌های توربولانسی به‌ویژه در مقیاس‌های بزرگ استفاده می‌شود. در این مدل، تنها اددی‌های بزرگ جریان مدل‌سازی می‌شوند و اددی‌های کوچکتر به صورت عددی حل می‌شوند.
  • کاربردها: شبیه‌سازی‌های دقیق برای جریان‌های توربولانسی در مقیاس‌های بزرگ، مانند شبیه‌سازی جریان در تونل‌های باد یا جریان‌های موجود در سیستم‌های انتقال انرژی.
  1. مدل DNS (Direct Numerical Simulation) 🖥️ مدل DNS دقیق‌ترین مدل برای شبیه‌سازی جریان‌های توربولانسی است که در آن تمام مقیاس‌های جریان به‌طور دقیق حل می‌شود. این مدل محاسبات بسیار سنگینی دارد و معمولاً در مسائل تحقیقاتی و در مقیاس‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
  • کاربردها: استفاده در تحقیقات علمی و شبیه‌سازی‌های بسیار دقیق جریان‌های توربولانسی.

چرا مدل‌سازی جریان‌های توربولانسی در فلوئنت اهمیت دارد؟

مدل‌سازی دقیق جریان‌های توربولانسی می‌تواند اطلاعات بسیار مفیدی در مورد رفتار سیال، انتقال حرارت، اختلاط و حتی واکنش‌های شیمیایی در داخل جریان‌ها به دست دهد. این اطلاعات برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌ها و کاهش هزینه‌ها و مصرف انرژی در صنایع مختلف بسیار حیاتی است.

  • صنایع خودروسازی: برای طراحی سیستم‌های تهویه، موتورها و مبدل‌های حرارتی.
  • صنعت نفت و گاز: برای شبیه‌سازی جریان‌های داخل لوله‌ها، بویلرها و تجهیزات مختلف.
  • صنایع انرژی: برای شبیه‌سازی جریان‌های توربولانسی در نیروگاه‌ها، بویلرها و توربین‌ها.

نتیجه‌گیری

مدل‌سازی جریان‌های توربولانسی یکی از بخش‌های مهم در شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات است و نرم‌افزار ANSYS Fluent با ارائه مدل‌های مختلف این امکان را به کاربران می‌دهد که با دقت بالا جریان‌های توربولانسی را در شرایط مختلف شبیه‌سازی کنند. انتخاب مدل مناسب بستگی به شرایط جریان، نوع هندسه و نیاز به دقت در نتایج دارد.

اگر شما هم به دنبال یادگیری و استفاده از مدل‌های توربولانسی در ANSYS Fluent هستید، می‌توانید با شرکت در دوره‌های تدریس خصوصی فلوئنت توسط دکتر ساوالانپور، فارغ‌التحصیل دکتری از دانشگاه صنعتی شریف در رشته مهندسی مکانیک، مهارت‌های خود را در این زمینه ارتقاء دهید و به تحلیل دقیق‌تری از جریان‌های توربولانسی بپردازید.


📌 برای مشاوره و ثبت‌نام، با ما تماس بگیرید:📞 09385748099 (تماس، واتساپ، تلگرام) 📩 mechsavalan@gmail.com