نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک (Feb 2020)
مقایسه‌ای بر دیدگاه‌های مجزّا و همزمان برای حل عددی اندرکنش حرارتی سیّال و جامد
Abstract
حل عددی مسائل اندرکنش حرارتی سیّال-جامد (CHT) که شامل چندین ناحیۀ محاسباتی هستند به لحاظ هزینه‌های محاسباتی و پایداری حل، ازجمله موضوعات چالش‌برانگیز به شمار می‌آید. علت عمده این چالش‌ها را می‌توان به همبستگی بین معادلات در نواحی مختلف و همچنین همبستگی بین معادلات حاکم درون ناحیۀ سیّال مرتبط دانست. این مقاله به بررسی مقایسه‌ای دو دیدگاه جهت اعمال همبستگی معادلۀ انرژی در مرز مشترک بین نواحی می‌پردازد: دیدگاه مجزّا و دیدگاه همزمان. در دیدگاه اوّل، اعمال دقیق همبستگی به کمک استفاده از روش‌های تکراری امکان‌پذیر است، حال‌آنکه دیدگاه دوم، بر مبنای حل همزمان معادلات انرژی در تمام نواحی است. به عبارت دقیق‌تر، هدف اصلی در پژوهش حاضر توسعه سه حلگر CHT بر مبنای روش حجم محدود و مقایسه هزینه‌های محاسباتی آنها جهت شبیه‌سازی اندرکنش حرارتی سیّال-جامد با درجات مختلف همبستگی است. هر سه حلگر مورد نظر، در شیوه اعمال همبستگی بین فشار و سرعت در سیّال، مشترک می‌باشند و تفاوت آنها در شیوه اعمال همبستگی بین معادلات انرژی در نواحی مختلف و همچنین بین انرژی و ممنتوم در سیّال است. همچنین OpenFOAM به‌عنوان یک نرم‌افزار منبع باز جهت توسعه الگوریتم‌های پیشنهادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سپس، دقّت و هزینۀ محاسباتی حلگرهای مذکور، به کمک شبیه‌سازی مسئلۀ اندرکنش بین جابجایی آزاد در سیّال و رسانش در دیواره عمودی مجاور در حالت‌های مختلفی از همبستگی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. نتایج حاصل از حل حالت‌های مختلف مسئلۀ مورد نظر نشان می‌دهد که برخلاف آنچه درحلگرهای OpenFOAM اعمال شده، به‌کارگیری حلقۀ مجزّا جهت تضمین همبستگی انرژی- انرژی برای هر تکرار، هزینه‌های محاسباتی را بخصوص برای مسائل با همبستگی قوی تا حد زیادی کاهش می‌دهد.
Keywords
