مطالعه فرآیند توزیع مجدد انرژی جنبشی در لایه مرزی آشفته بدون گرادیان فشار با استفاده از شبیه سازی گردابه‌های بزرگ

در این پژوهش، فرایند توزیع مجدد انرژی در جریان لایه مرزی آشفته روی صفحه تخت بدون گرادیان فشار در اعداد رینولدز مختلف با استفاده از نتایج شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ مطالعه شده است. برای این منظور، معادلات ناویر‌‌استوکس فیلترشده سه‌بعدی و وابسته به زمان برای جریان تراکم‌ناپذیر یک سیال نیوتنی به‌طور عددی حل شده‌اند. تنش‌های زیر شبکه به کمک مدل لزجت گردابه محلی تطبیق‌شونده با دیوار محاسبه شده‌اند. از یک شرط مرزی ورودی نوسانی برای تولید آشفتگی فیزیکی در مرز ورودی استفاده شده که باعث کوتاه شدن طول صفحه موردنیاز برای انجام شبیه‌سازی و درنتیجه کاهش حجم محاسبات شده است. کمیت‌های آماری آشفته به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی حاضر با داده‌های موجود تجربی و شبیه‌سازی مستقیم عددی مقایسه و دقت بالای شبیه‌سازی نشان داده شده است. از این داده‌ها برای مطالعه فرایند توزیع مجدد انرژی جنبشی آشفته درون لایه مرزی استفاده شده و بدین ترتیب رفتار تنش‌های نرمال رینولدز توضیح داده شده‌اند. همچنین از مقایسه با نتایج شبیه‌سازی مستقیم عددی، دقت شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ در توصیف فرایند توزیع مجدد انرژی جنبشی بررسی شده است. مشاهده می‌شود که تکنیک شبیه‌سازی گردابه بزرگ، مقادیر قدر مطلق ماکزیمم و مینیمم مولفه‌های قطر اصلی تانسور همبستگی بین نوسان‌های فشار و کرنش را کمتر از مقدار دقیق شبیه‌سازی مستقیم عددی پیش‌بینی می‌کند.

study of the energy redistribution process in a zero-pressure-gradient flat-plate turbulent boundary layer using large-eddy simulation

this study investigates the process of energy redistribution within a turbulent boundary layer over a flat plate without a pressure gradient at various reynolds numbers, utilizing large eddy simulation (les) results. the three-dimensional, time-dependent filtered navier–stokes equations for incompressible newtonian fluid flow were numerically solved. subgrid-scale stresses were modeled using the wall-adapting local eddy-viscosity (wale) model. an oscillatory inflow boundary condition was applied to generate physical turbulence at the inlet, which shortened the required computational domain length and reduced computational cost. turbulent statistical quantities obtained from the simulations were validated against existing experimental data and direct numerical simulation (dns) results, confirming high accuracy. these data were subsequently used to analyze the turbulent kinetic energy redistribution process within the boundary layer, providing insight into the behavior of reynolds normal stresses. additionally, comparison with dns results assessed les accuracy in capturing the energy redistribution process. it was observed that les underestimates the absolute maximum and minimum values of the principal components of the pressure–strain correlation tensor relative to dns.