منتشرشده در

آشنایی با جریان‌های آرام و آشفته(Laminar and Turbulent Flow)

جریان‌های لزج را می توان به دو رژیم جریان آرام و آشفته تقسیم کرد. معیار آرام یا آشفته بودن جریان عدد رینولدز است عدد رینولدز، نسبت نیروی اینرسی به نیروی لزجی (ویسکوز) است.

✅ جریان آرام: جریانی است که در آن سیال به صورت لایه لایه حرکت می کند، هر لایه سیال به آرامی بر روی لایه مجاور خود می لغزد و بین لایه ها فقط تبادل مومنتم مولکولی وجود دارد.

✅ جریان آشفته: در دینامیک سیالات، تلاطم،آشفتگی یا جریان آشفته به نوعی رژیم جریان اطلاق می‌شود که مشخصهٔ آن تغییرات تصادفی و آشوبناک خصوصیات سیال است.

مهم ترین ویژگی های جریان آشفته:
۱) جريان‌هاي آشفته سه بعدي هستند.
۲) جريان‌هاي آشفته چرخشي هستند.
۳) در جريان‌هاي آشفته طيفي از مقياس‌هاي طولي و زماني وجود دارد.
۴) جريان‌هاي آشفته در اعداد رينولدز بالا اتفاق مي‌افتند.
۵) جريان‌هاي آشفته يک محيط پيوسته هستند.
۶) جريان‌هاي آشفته داراي رفتار تصادفی و غیر قابل پیش بینی مي‌باشند.
۷) در جریان آشفته به جز انتقال مولکولی، انتقال از طریق ادی ها صورت می پذیرد.
۸) در جریان آشفته اختلاط و mixing وجود دارد در صورتیکه که در جریان آرام اینگونه نیست.

آشنایی با نحوه تشکیل ادی ها(ساختارها) در جریان توربولانس
به واسطه حرکات اتفاقی و نامنظم ذرات در یک جریان آشفته و وجود اغتشاش در جریان، گاها در امتداد عمود بر جهت جریان یک سری جریانات جانبی رخ می دهد. به واسطه این عمل مومنتم لایه های نزدیک دیواره(که به واسطه ذات اضمحلالی جریان آشفته بخشی از انرژی آن ها از دست رفته است ) به طور دائمی توسط لایه های پرانرژی بالاتر تامین می گردد.

✅ با در نظر گرفتن این اصل که همواره هر ذره متحرک سیال تمایل به حفظ مومنتم خود دارد، وقتی بواسطه یک اغتشاش کوچک، ذره ای از سیال داخل لایه مرزی با مومنتم کم، به لایه ای با مومنتم بالا جهش می نماید، برای حفظ و بازگشت ذره به مومنتم اولیه خود، ذره در موقعیت جدید، حرکتی را در مقیاس کوچک، ولی در خلاف جهت مومنتم لایه مزبور انجام می دهد تا مومنتم افزایش یافته تا حدی به مومنتم اولیه خود کاهش یابد. مجموعه ی این حرکات در کنار تمایل جریان به حفظ قانون پیوستگی، منجر به تشکیل ادی می گردد.

⬅ همین توصیف در مورد ذراتی که از لایه با مومنتم بالا به لایه با مومنتم پایین منتقل می گردند و در نهایت باعث تشکیل ادی می شوند نیز صادق است.


 

مدل‌های RANS روش تجزیه رینولدز را بر معادلات ناویراستوکس اعمال می‌کنند. به عبارتی این روش مولفه سرعت را به دو قسمت میانگین سرعت و بخش‌های در حال تغییر (نوسان) می‌شکند. این کار منجر به تولید یک مجهول می‌شود که به تنش رینولدز (Reynolds Stress) معروف است.

✅ برای حل تنش رینولدز از مدل‌های توربولانس استفاده می‌شود. برای حل تنش رینولدز دو روش وجود دارد:

۱) روش اول که به عنوان مدل لزجت گردابه (Eddy Viscosity Model) شناخته می‌شود و نسبت به روش دوم نیز متداول‌تر است، برای مقدار لزجت توربولانس یک مقدار ایزوتروپیک در نظر گرفته می‌شود.

۲) روش دوم برای حل هر یک از ۶ تنش رینولدز به طور جداگانه از مدل تنش رینولدز (Reynolds Stress Model or RSM) استفاده می‌شود و بنابراین این روش غیرایزوتروپیک است.

یکی از بهترین و مختصرترین مطالب آموزشی در خصوص بررسی انواع مدلسازی جریان های آشفته در نرم افزار فلوئنت توسط شرکت انسیس در این فایل شرح داده شده است.

Turbulence_Notes_Fluent-v6.3.06

برای آموزش مفاهیم جریان‌های آرام و آشفته، دوره‌‎‌ی آموزشی ” از مبتدی تا حرفه‌ای در انسیس فلوئنت (فصل اول)” در بخش فروشگاه آموزشی را پیشنهاد می‌کنیم.