شبیه سازی جریان باد حول ساختمانهای بلند نزدیک کوه

عنوان:

شبیه سازی جریان باد حول ساختمانهای بلند نزدیک کوه

فهرست مطالب

موضوع                                                                                                    صفحه

چکیده    ……………………………………………………………………………………………………………..     1

فصل اول مقدمه    …………………………………………………………………………………………………     2

۱-۱              مقدمه   ……………………………………………………………………………………………………………..   3

۱-۲              ساختمانهای بلند    ……………………………………………………………………………………………..   4

۱-۳   ساختار پایان نامه    ………………………………………………………………………………………………….   5

فصل دوم مروری بر پژوهش‌های پیشین   ………………………………………………………………….    6

۲-۱       مقدمه  ……………………………………………………………………………………………………………….  7

۲-۲        مروری بر پژوهش های پیشین   ………………………………………………………………………….  7

۲-۳       نوآوری پژوهش حاضر   ……………………………………………………………………………………..  16

فصل سوم معادلات حاکم و روش حل عددی   …………………………………………………………   17

۳-۱       مقدمه    …………………………………………………………………………………………………………….  18

۳-۲        تعریف مسئله و فرضیات تحقیق   ……………………………………………………………………….  20

۳-۲-۱       طراحی مسئله و فرضیات تحقیق   …………………………………………………………………….  20

۳-۳       معادلات حاکم   ……………………………………………………………………………………………….  22

۳-۳-۱    معادله پیوستگی   ……………………………………………………………………………………………..  22

۳-۳-۲    معادله مومنتوم   ………………………………………………………………………………………………   22

۳-۳-۳    معادلات حاکم برای جریان آشفته    …………………………………………………………………..  23

۳-۳-۴    معادله پیوستگی برای جریان آشفته    ………………………………………………………………..  23

۳-۳-۵    معادله مومنتوم برای جریان آشفته    …………………………………………………………………….  24

۳-۳-۶    مدل آشفتگی کا اپسیلون (k-e)   ………………………………………………………………………… 25

۳-۳-۷       مدل استاندارد کا اپسیلون  ………………………………………………………………………………..  29

۳-۴        مدل توسعه یافته کا اپسیلون    …………………………………………………………………………….  30

۳-۴-۱    ویژگی های مدل توسعه یافته کا اپسیلون    …………………………………………………………… 30

۳-۵       ایجاد شبکه در نرم افزار گمبیت   …………………………………………………………………………. 31

۳-۶    اعتبار سنجی   ………………………………………………………………………………………………………. 31

۳-۷    بررسی استقلال نتایج شبیه سازی از شبکه    ……………………………………………………………. 32

فصل چهارم نتایج    ……………………………………………………………………………………………… 34

۴-۱       مقدمه    ……………………………………………………………………………………………………………..   35

۴-۲       فاصله ساختمانها تا کوه ۱۴۰ متر    …………………………………………………………………………  35

۴-۳       فاصله ساختمانها تا کوه ۱۳۵ متر    …………………………………………………………………………  37

۴-۴       فاصله ساختمانها تا کوه ۱۲۰ متر   …………………………………………………………………………. 39

۴-۵    فاصله ساختمانها تا کوه ۱۰۵ متر    ……………………………………………………………………………. 42

۴-۶    فاصله ساختمانها تا کوه ۹۰ متر    ……………………………………………………………………………… 44

۴-۷     مقایسه نیروی درگ در حالات مختلف  ……………………………………………………………………  44

فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادها    . ………………………………………………………………………………. 50

۵-۱       نتیجه گیری    ………………………………………………………………………………………………………  51

۵-۲       پیشنهادها    …………………………………………………………………………………………………………  52

فهرست مراجع    ………………………………………………………………………………………………………………..  53 چکیده انگلیسی   ………………………………………………………………………………………………………………… 58

فهرست جداول

جدول ۳-۱          پارامترهای سرعت

جدول ۳-۲          نحوه تولید شبکه در مدل

جدول ۴-۱          نیروی درگ (Fn) ساختمانها برای فاصله ۱۴۰ متر با کوه

جدول ۴-۲          نیروی درگ (Fn) ساختمانها برای فاصله ۱۳۵ متر با کوه

جدول ۴-۳         نیروی درگ (Fn) ساختمانها برای فاصله ۱۲۰ متر با کوه
جدول ۴-۴         نیروی درگ (Fn) ساختمانها برای فاصله ۱۰۵ متر با کوه
جدول ۴-۵         نیروی درگ (Fn) ساختمانها برای فاصله ۹۰  متر با کوه


فهرست اشکال

شکل ۲-۱           شماتیک مسئله لاخال [۳]

شکل ۲-۲           شماتیک مسئله اهبا [۵]

شکل ۲-۳           شماتیک مسئله نیشیمورا و تانیکه [۷]

شکل ۲-۴           شماتیک مسئله لیانگ و همکاران [۸]

شکل ۲-۵           شماتیک مسئله گا و گوان [۹]

شکل ۲-۶           شماتیک مسئله آبدل گاوند [۱۰]

شکل ۲-۷           شماتیک مسئله فوجی سا و همکاران [۱۱]

شکل ۲-۸          شماتیک مسئله لی و همکاران [۱۲]

شکل ۲-۹           شماتیک مسئله بوهنگ و همکاران [۱۳]

شکل ۲-۱۰          شماتیک مسئله زاتال و همکاران [۱۴]

شکل ۳-۱         شماتیک مسئله حاضر

شکل ۳-۲           مقایسه توزیع CP بین مدل کار ویلیوم [۴۴] و مطالعه حاضر در زوایای مختلف

شکل ۳-۳           مقایسه توزیع CP بین مدل کار ویلیوم [۴۴] و مطالعه حاضر در سطوح مختلف

شکل ۳-۴           بررسی استقلال شبکه در مسئله حاضر
شکل ۴-۱          کانتور سرعت برای فاصله ۱۴۰ متر در سرعت های مختلف ورودی

شکل ۴-۲           کانتور فشار برای فاصله ۱۴۰ متر در سرعت های مختلف ورودی

شکل ۴-۳           کانتور سرعت برای فاصله ۱۳۵ متر در سرعت های مختلف ورودی

شکل ۴-۴           کانتور فشار برای فاصله ۱۳۵ متر در سرعت های مختلف ورودی

شکل ۴-۵           کانتور سرعت برای فاصله ۱۲۰ متر در سرعت های مختلف ورودی

شکل ۴-۶          کانتور فشار برای فاصله ۱۲۰ متر در سرعت های مختلف ورودی

شکل ۴-۷         کانتور سرعت برای فاصله ۱۰۵ متر در سرعت های مختلف ورودی

شکل ۴-۸         کانتور فشار برای فاصله ۱۰۵ متر در سرعت های مختلف ورودی

شکل ۴-۹         کانتور سرعت برای فاصله ۹۰ متر در سرعت های مختلف ورودی

شکل ۴-۱۰         کانتور فشار برای فاصله ۹۰ متر در سرعت های مختلف ورودی

شکل ۴-۱۱         نمودار تغییرات ضریب درگ در فاصله های مختلف ساختمان ها از کوه برای سرعت ۱۸ کیلومتر بر ساعت

شکل ۴-۱۲         نمودار تغییرات ضریب درگ در فاصله های مختلف ساختمان ها از کوه برای سرعت                         14 کیلومتر بر ساعت 

شکل ۴-۱۳         نمودار تغییرات ضریب درگ در فاصله های مختلف ساختمان ها از کوه برای سرعت ۱۰ کیلومتر بر ساعت

فهرست علائم

علامتواحدشرح
مساحت دیواره پایینی
مساحت ورودی
CpJ/kg.Kظرفیت گرمایی ویژه نانوسیال
Cp,fJ/kg.Kظرفیت گرمایی ویژه سیال پایه
Cp,pJ/kg.Kظرفیت گرمایی ویژه نانوذرات
قطر هیدرولیکی
dfقطر مولکول‌های سیال پایه
dpقطر نانوذرات
Euعدد اویلر
Hعرض کانال
Hsقطر فین
kW/m.Kضریب هدایت حرارتی نانوسیال
kbثابت بولتزمن
kfW/m.Kضریب هدایت حرارتی سیال پایه
kpW/m.Kضریب هدایت حرارتی نانوذرات
Lطول کانال
مسافت آزاد میانگین مولکول‌های آب
Nuعدد ناسلت
pPaفشار استاتیکی
PoPaفشار اتمسفر
Prعدد پرانتل
Rقطر قسمت نیم‌دایره‌ای فین
Reعدد رینولدز
TKدمای سیال
TfKدمای پایه فین
ThKدمای دیواره پایینی
TiKدمای ورودی نانوسیال
Kدمای دیواره
TwKدمای متوسط دیواره
um/sسرعت سیال
Uim/sسرعت ورودی نانوسیال
Vm/sسرعت میانگین جرمی نانوسیال
Wpwکار پمپ
راندمان کلی انتقال حرارت
μKg/msویسکوزیته نانوسیال
ρKg/m3چگالی نانوسیال
ρfKg/m3چگالی سیال پایه
ρpKg/m3چگالی نانوذرات
Φترم اتلاف انرژی
φ%کسر حجمی نانوذرات

چکیده

در این مطالعه تاثیر کوه بر سرعت باد در ساختمان های نزدیک به آن به کمک روش عددی انجام شده است. برای شبیه سازی چند ساختمان نزدیک به کوه در فاز یازدهم شهر پردیس انتخاب شده است. ساختمان ها در پنج حالت مختلف و در سه سرعت متفاوت مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان داد با نزدیک شدن ساختمان ها به کوه، نیروی درگ از ۵ تا۱۰ درصد با در نظر گرفتن فاصله ها، کاهش یابد و تاثیر مثبتی بر مسیر جریان بگذارد و همچنین مشخص شد که در فاصله های نزدیکتر به کوه به علت افزایش فشار اطراف کوه، یک سری جریان هایی بصورت رفت برگشتی اطراف ساختمان ایجاد شده که می تواند عملکرد خوبی بر تهویه ساختمان و دور کردن دود های حاصل از سوخت گازی را داشته باشد. از طرفی نتایج نشان داد اگر بتوان ساختمان ها را به کوه تا حدی نزدیک کنیم نیروی درگ بصورت خطی کاهش می یابد و بیشترین درگ بر روی ساختمان اول است و در ساختمان های بعدی کاهش چشم گیری داریم که دلیل آن همپوشانی ساختمان ها است و از طرفی با توجه به عملکرد مسئله حاضر در نزدیکی کوه ناحیه پر فشاری ایجاد شده که خود باعث کاهش نیروی درگ شده است و در مسئله حاضر مشخص گردید که با نزدیک شدن بیشتر به کوه با توجه به ماهیت جریان الاینده های دودی حاصل از دودکش ها بخوبی از محل مسکونی دور می شود.

۱-       فصل اول

        مقدمه

۱-۱-           مقدمه

مهندسی باد را می توان به عنوان یک موضوع چند زمینه­ای در ارتباط با تاثیرات باد روی طبیعت و ساختمان­ها تعریف کرد. این موضوع شامل بررسی انتشار آلودگی­ها نیز می شود؛ ولی در پژوهش حاضر، مهم ترین موضوع مطالعه بار­های باد روی ساختمان­ها و پدیده­های ایرودینامیکی ایجاد شده بوسیله تعامل جریان سیال هوا و سطح ساختمان­ها است.

مهندسی باد محاسباتی کاربرد تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در مهندسی باد است و به پیش­بینی بار­های باد روی ساختمان­ها و جریان هوا حول آن­ها کمک می­کند. مهندسی باد محاسباتی در حدود ۲۰ سال قبل با افزایش سریع سرعت کامپیوتر و ظرفیت رم امکان­پذیر گردید. با این حال برای سال­های بسیاری منابع کامپیوتر اجازه محاسبات پیچیده را به بشر نداده بود و به این دلیل مدل­سازی­ها محدود به حالت پایدار مدل توربولانسی RANS می­شد.

در سال­های اخیر شبیه­سازی گذرا با استفاده از شبیه­سازی ادی­های بزرگ (LES) که برای شبکه­های بزرگ بکار برده شده است نشان داده اند که مهندسی باد محاسباتی می تواند به سطح بالایی از دقت برسد و با مطالعات تونل باد به رقابت بپردازد. در این قسمت به مقایسه روش عددی و روش آزمایشگاهی تونل باد پرداخته می شود. امروزه مهندسان تمایل دارند که کلیه مراحل طراحی شامل طراحی معماری تا آخرین طراحی­های ساختمان را در کامپیوتر انجام دهند.

دلایل زیادی برای رشد روش­های عددی (مهندسی باد محاسباتی) و رقابت این روش­ها نسبت به روش آزمایشگاهی تونل باد وجود دارد. درحقیقت مهندسی باد محاسباتی بر محدودیت­هایی که روش آزمایشگاهی با آن روبرو شده­اند غلبه کرده است. دلیل اول این است که روش­های تونل باد انعطاف­پذیری کمتری در پیکربندی ساختمان­ها نسبت به روش­های عددی دارند. در واقع روش­های تونل باد از لحاظ هزینه نسبت به روش­های عددی، پر­ هزینه­تر هستند. دلیل دوم این است که روش­های مهندسی باد محاسباتی، ساختمان­ها را می تواند با مقیاس کامل بررسی کند در حالی که روش­های تونل باد محدود به روش­های مقیاسی هستند و بنابراین تاثیرات مقیاس وارد می شود. دلیل سوم این است که مهندسی باد محاسباتی در خروجی­ها محدودیتی ندارد و شبیه­سازی را می تواند در همه مکان­ها انجام دهد در حالی که روش تونل باد این ویژگی­ها را ندارد.

۱-۲-           ساختمان های بلند

توجه به ساختمان­های بلند، موضوع جدیدی نیست و از اواخر قرن ۱۹ در آمریکا آغاز شد. آسمان­خراش منادنک (Monadnock) در سال ۱۸۹۱ یکی از اولین ساخنمان­های بلند ساخته شده در دنیاست که ۱۸ طبقه داشت. ساختمان­های بلند در پاسخ به نیاز­های اقتصادی واقعی ناشی از افزایش جمعیت و فعالیت­هی اقتصادی بود. امروزه نیاز اقتصاد، هنوز یک گرداننده قدرتمند برای ساختار ساختمان بلند است. به علاوه از لحاظ زیست محیطی، ساختن ساختمان­های بلند یک انتخاب هوشمندانه است و باعث تمرکز فعالیت­ها بوسیله ساخت شرکت­های بزرگ در فضای کوچک می شود و در واقع ساختمان­های بزرگ انبساط شهر­ها را محدود می­کنند.

در طراحی ساختمان­های بلند دو چالش اساسی وجود دارد که مهندسی باد محاسباتی باید به آن پاسخ دهد. از طرف دیگر ترکیب ساختمان­های بلند و محیط شهری متراکم به طور قابل توجهی باعث تقویت پدیده ایروالاستیک مثل تاثیرات گردابه­ها و ضربه­ها می شود که بطور قابل ملاحظه­ای باعث تغییر و پیچیدگی مسئله بار ایجاد شده توسط باد می شود. در حقیقت گردابه­ها نقش مهمی را در پایین دست جریان باد ساختمان­ها بازی می­کند. به عنوان یک نتیجه میدان جریان حول ساختمان­های بلند، ویژگی­های خاصی را ایجاد می­کند که باید با دقت مورد مطالعه قرار گیرد خصوصا نزدیک زمین جایی که جریان پایین دست قوی می تواند مزاحم محیط برای پیاده­ها شود. از سوی دیگر در حالی که ساختمان­های با ارتفاع کم و متوسط نسبتا صلب هستند ساختمان­های بلند به ناچار دارای انعطاف بالایی هستند. این مسئله باعث حساسیت بالای ساختمان­های بلند به تحریک­های بادی شده است و یک پاسخ دینامیکی قابل توجهی را در پی دارد. بنابراین ساختمان­های بلند شامل میدان جریان پیچیده اصلاح شده با پدیده­های ایرودینامیکی هستند و در نتیجه پاسخ دینامیکی قابل توجهی ممکن است تحت تاثیر سیال داشته باشند. در بسیاری از تحقیقات بر روی شبیه­سازی عددی، پاسخ دینامیکی ساختمان­های بلند اجرا شده است. بعضی از محققان نیز در مورد ویژگی­های میدان جریان حول این ساختمان ها اقدام کرده­اند. به طور قطع استفاده از روش­های دینامیک سیالات محاسباتی روش مناسبی برای شبیه­سازی جریان حول ساختمان­های بلند است.

۱-۳-           ساختار پایان نامه

پایان نامه حاضر در پنج فصل تهیه و تدوین شده است، که به صورت مختصر به شرح آن پرداخته می شود:

·       فصل اول: مقدمه در مورد مهندسی باد محاسباتی و ساختمان­های بلند

·       فصل دوم: مطالعه برخی از پژوهش های مهم گذشته و نوآوری پژوهش حاضر.

·       فصل سوم: تعریف مسئله و معادلات حاکم بر مسئله و روش حل عددی

·       فصل چهارم: نتایج و بررسی آن

·        فصل پنجم: نتیجه گیری کلی از پایان­نامه و ارائه پیشنهادات

.

۲-       فصل دوم

   مروری بر پژوهش‌های پیشین

۲-۱-           مقدمه

از سال­ها پیش تحقیق و پژوهش بر روی جریان باد حول ساختمان­های بلند وجود داشته است و بدلیل اهمیت ویژه موضوع تحقیقات تاکنون ادامه داشته است که به برخی از آن­ها اشاره می شود.

۲-۲-           مروری بر پژوهش های گذشته

دینامیک سیالات محاسباتی ابزارهای مختلفی را برای بررسی جریان سیال پیچیده فراهم نموده است. دامنه فضایی به سلول­های کوچک گسسته می شود که مش­های حجم را تشکیل می­دهند. روش­های عددی مثل روش­های تفاضل محدود  و روش حجم محدود نیز برای اصلاح معادلات ناویر استوکس بکار می­روند. این معادلات بصورت عددی روی دامنه فضایی با شرایط مرزی مشخص حل می شوند تا تاثیرات محیط روی ساختمان را شبیه­سازی کنند. بعد از بوجود امدن کامپیوترها از ان­ها برای حل معادلات دیفرانسیل جرئی استفاده می­شد که این کار برای اولین بار در سال ۱۹۷۰ توسط پاتانکار و همکاران ]۱[ انجام شد. محققان مختلفی بر روی تاثیرات باد بر روی ساختمان­های بلند کار کرده­اند.

خندوری و همکاران ]۲[ در سال ۱۹۹۷ اثرات تداخل باد بوجود آمده بین دو ساختمان را با استفاده از شبکه­های عصبی بررسی کردند.

لاخال ]۳[ در سال ۱۹۹۸ تاثیرات زبری لایه مرزی و زاویه برخورد مختلف روی یک ساختمان باد با مرزهای پیچیده را بررسی کرد. شکل شماتیک کار او در شکل ‏۲‑۱، نشان داده شده است. او از مدل εk- در بررسی خود استفاده نمود.

شکل ‏۲‑۱٫ شماتیک مسئله لاخال ]۳[

لی و همکاران ]۴[در سال ۱۹۹۸ تاثیر باد­های بادی معادل و مشخصات میرایی را روی دو ساختمان بلند به ترتیب با ۷۰ و ۳۰ فروشگاه که در مرکز هنگ کنگ واقع شده بودند را بررسی کردند. ساختمان دارای ۷۰ فروشگاه ۳۷ متر ارتفاع و ساختمان دارای ۳۰ فروشگاه ۱۲۰ متر ارتفاع داشتند. آن­ها دریافتند که بذای ساختمان با ۷۰ فروشگاه ارتعاش باد بوسیله جریان متلاطم برخوردی طولی غالب می شود و حرکت باد عرضی بوسیله تحریک گردابه­ها بوجود می­آیند. برای ساختمان با ۳۰ فروشگاه ویژگی­های میرایی به خوبی بوسیله عوامل تصادفی نمایش داده می شوند.

اهبا ]۵[ در سال ۱۹۹۸ اثر فاصله جدایی بین دو برج دوقلو را روی جریان و تمرکز میدان حول آن­ها را بررسی کرد. شکل کار او در شکل ‏۲‑۲، نشان داده شده است. او دریافت تاثیر برج بالادستی باد، به تاخیر انداختن جدایی جریان روی بالا و کناره­های برج پایین دستی باد است.

شکل ‏۲‑۲٫ شماتیک مسئله اهبا ]۵[

    ژو و همکاران ]۶[ در سال ۲۰۰۰  اثر توزیع نامطلوب بار­های باد معادل استاتیکی همچنین تاثیر شکل را روی پاسخ­های باد کوتاه بر ساختمان­های بلند بررسی کردند.

نیشیمورا و تانیکه ]۷[ در سال ۲۰۰۱ تاثیر نیرو­های نوسانی را روی یک استوانه دایره­ای ساکن در یک جریان صاف در اعداد رینولدز زیر بحرانی مطالعه نمودند. شکل شماتیک کار آن­ها در شکل ‏۲‑۳ نشان داده شده است.

شکل ‏۲‑۳٫ شماتیک مسئله نیشیمورا و تانیکه ]۷[

لیانگ و همکاران ]۸[ در سال ۲۰۰۲ تاثیر نیرو­های باد عرضی را بر روی ساختمان­های بلند مستطیلی و ضرایب لیفت RMS مربوطه و عدد اشتروهال را مطالعه کردند. شکل شماتیک کار آن­ها در شکل ‏۲‑۴ نشان داده شده است.

شکل ‏۲‑۴٫ شماتیک مسئله لیانگ و همکاران ]۸[

گا و گوان ]۹[ در سال ۲۰۰۴ پاسخ دینامیکی باد عرضی ۱۵ مدل از ساختمان­های بلند معمول در فرکانس­های بالا را مطالعه کردند. شکل شماتیک کار آن­ها در شکل ‏۲‑۵ نشان داده شده است. آن­ها ضرایب نتایج گشتاور پایه و نیروی برشی را معرفی کردند.

۱
شکل ‏۲‑۵٫ شماتیک مسئله گا و گوان ]۹[

آبدل گاوند ]۱۰[ در سال ۲۰۰۴ یک دیدگاه جدیدی برای کمینه­سازی بار باد روی ساختمان­های بلند متداخل پیشنهاد کرد. شکل شماتیک کار او در شکل ‏۲‑۶ نشان داده شده است. او از محاسبات عددی و روش­های بهینه­سازی برای بدست آوردن مکان­ها و ارتفاع­های بهینه و حصول کوچکترین بار­های بادی روی ساختمان­های بلند متداخل استفاده کرد.

شکل ‏۲‑۶٫ شماتیک مسئله آبدل گاوند ]۱۰[

فوجی ساوا و همکاران ]۱۱[ در سال ۲۰۰۵ نیرو­های باد محلی روی ۹ مدل با سطح مقطع­های مستطیلی را مطالعه کردند. مطالعات آن­ها هم­چنین شامل تاثیرات ۳ پارامتر بود: ارتفاع، نسبت منظری نسبت کناری. شکل شماتیک کار آن­ها در شکل ‏۲‑۷ نشان داده شده است.

شکل ‏۲‑۷٫ شماتیک مسئله فوجی ساوا و همکاران ]۱۱[

لی و همکاران ]۱۲[ در سال ۲۰۰۶ تاثیر باد را روی مرتفع­ترین ساختمان چین بوسیله یک تونل باد ترکیبی و با مقیاس کامل مطالعه کردند. آن­ها ضرایب نیرو را بررسی کردند و چگالی طیفی توان همچنین جابجایی و پاسخ شتاب را بررسی کردند. شکل شماتیک کار آن­ها در شکل ‏۲‑۸ نشان داده شده است.

شکل ‏۲‑۸٫ شماتیک مسئله لی و همکاران ]۱۲[  

بوهنگ و همکاران ]۱۳[ در سال ۲۰۱۵ به بررسی جریان باد در یک بلوک ساختمانی و پیاده رو ها پرداختند. آنها در نظر داشتند تا به بررسی عملکرد جریان باد در انتقال حرارت به پیاده رو ها بپردازند و چیدمان ساختمان را طوری در نظر بگیرند تا پیاده رو ها و محیط های عمومی تحت حرارت محیط که با جریان باد جابجا می شود قرار نگیرند.

شکل ‏۲‑۹٫ شماتیک مسئله بوهنگ و همکاران

زاتال و همکاران ]۱۴[ در سال ۲۰۱۴ به بررسی جهت و میزان باد در سیستم تهویه ساختمان ها پرداختند  انها در نظر داشتن تا با یک رویکرد با سیستم پنجره و اضافه کردن بلوک هایی مجزا از سیستم باد طبیعی برای تهویه استفاده کنند که در  شکل …. شماتیک مسئله نمایش داده شده است.‏

شکل ‏۲‑۱۰٫ شماتیک مسئله زاتال و همکاران

روبرت و همکاران ]۱۵[ در سال ۲۰۱۶ به بررسی عوامل محیطی از جمله باد بر عملکرد سیستم دمپرسی یک ساختمان پرداختند انها در نظر داشتند که با طراحی چند سیال و یک نمونه تحت آزمایش شرایط بهینه ای را بر عملکرد سیستم باد محیطی بر ساختمان پیاده کنند.

درسال ۲۰۱۷ ژانگ و همکاران ]۱۶[ به بررسی عملکر باد بروی یک ساختمان پرداختند. انها در یک موقعیت ازمایشگاهی به بررسی این جریان پرداختند و در نظر داشتند با مغشوش کردن جریان از نیروی درگ باد کم کنند که با استفاده از  ایجاد مانع های مار پیچی توانستند نیروی درگ را بطور چشم گیری کاهش دهند.

۲-۳-           نوآوری پژوهش حاضر

بررسي ها نشان داده است كه تاكنون تحقيقات مشابهي در رابطه با موضوع شبیه­سازی جریان حول ساختمان­ها انجام شده است و نوآوری پژوهش حاضر تحلیل گرادیان سرعت جریان باد حول ساختمان­های نزدیک به کوه به کمک دینامیک سیالات محاسباتی می باشد و به همین دلیل تاثیر کوه بر ساختمانهای شهرک پردیس بررسی خواهد شد.

۳-       فصل سوم

معادلات حاکم و روش حل عددی

۳-۱-             مقدمه

سرگذشت پیدایش و گسترش دینامیک سیالات محاسباتی را نمی توان جدای از تاریخ اختراع، رواج و تکامل کامپیوترهای ارقامی نقل کرد. تا حدود انتهای جنگ جهانی دوٌم، بیشتر شیوه‌های مربوط به حلّ مسائل دینامیک سیالات از طبیعتی تحلیلی یا تجربی برخوردار بود. همچون تمامی نوآوری‌های برجسته علمی، در این مورد هم اشاره به زمان دقیق آغاز دینامیک سیّالات محاسباتی نامیسر است. دینامیک سیالات محاسباتی[۱] ابزاری قدرتمند برای بررسی دقیق میدان جریان، درجه حرارت، غلظت  و … است. این روش مجموعه ای از فنون حل عددی معادلات حاکم بر پدیده های انتقال مومنتوم، حرارت و جرم درون سیالات است که با توسعه سیستم های سخت افزار و نرم افزار رایانه ها، قابلیت های فراوانی در آن ایجاد شده است CFD با این قابلیت ها به یکی از روش های اصلی تحقیق و پژوهش در رشته های مختلف مهندسی تبدیل شده است. اخیراً استفاده از این روش در مهندسی نفت نیز مورد توجه قرار گرفته است.[۱۹]

دینامیک سیالات نام یکی از شاخه های بسیار پرکاربرد و وسیع مکانیک سیالات است. موضوع مورد مطالعه در این زمینه از علوم چگونگی رفتار مایعات و گازها به هنگام حرکت تحت اثر عوامل گوناگون می باشد. مطالعه رفتار سیالات (در حرکت و در سکون) را باید از مهم ترین بخش های مکانیک قدیم (مکانیک کلاسیک)، فیزیک، ریاضیات کاربردی، و علوم و فنون مهندسی به حساب آورد. دینامیک سیالات محاسباتی یکی از بزرگ‌ترین زمینه‌هایی‌ ست که مکانیک قدیم را به علوم رایانه و توانمندی‌های نوین محاسباتی آن در نیمه دوّم قرن بیستم و در سده جدید میلادی وصل می‌کند [۱۹]. دینامیک سیالات محاسباتی علم پیش‌بینی جریان سیال، انتقال حرارت، انتقال جرم، واکنشهای شیمیائی، و پدیده‌های وابسته به آن بوسیله حل معادلات ریاضی، که قوانین فیزیکی را بیان می‌کنند، با استفاده از یک فرآیند عددی است. این معادلات شامل پایستاری جرم، مومنتم، انرژی، ذرات و غیره می باشد در این روش با تبدیل معادلات دیفرانسیل پاره‌ای حاکم بر سیالات به معادلات جبری امکان حل عددی این معادلات فراهم می شود. با تقسیم ناحیه مورد نظر برای تحلیل به المان‌های کوچک‌تر و اعمال شرایط مرزی برای گره‌های مرزی با اعمال تقریب‌هایی یک دستگاه معادلات خطی بدست می‌آید که با حل این دستگاه معادلات جبری، میدان سرعت، فشار و دما در ناحیة مورد نظر بدست می‌آید. با استفاده از نتایج بدست آمده از حل معادلات می توان برآیند نیروهای وارد بر سطوح، و ضریب انتقال حرارت را محاسبه نمود. فلوئنت یک نرم افزار کامپیوتری دینامیک سیالات محاسباتی چند منظوره برای شبیه سازی عددی جریان سیال، انتقال حرارت و واکنش شیمیایی می باشد. با توجه به محیط مناسب نرم افزار جهت تعریف مساله و شرایط های پیچیده، تعریف شرایط مرزی گوناگون و حل مسایل پیچیده شامل تاثیر پدیده های مختلف به کمک این نرم افزار قابل حل می باشد. این نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی با زبان برنامه نویسی C نوشته شده است و از تمامی توان و قابلیت انعطاف این زبان بهره می برد .[۲۰] در نتیجه فلوئنت با استفاده از حافظه دینامیک ، ساختار مناسب داده ها و اطلاعات و کنترل انعطاف پذیر ، محاسبات را ممکن می سازد. مدلسازی جریانهای دائم و غیر دائم، جریان لزج و غیر لزج ، احتراق ، جریان مغشوش ، حركت ذرات جامد و قطرات مایع در یك فاز پیوسته و ده ها قابلیت دیگر فلوئنت را تبدیل به یك نرم افزار بسیار قوی و مشهور در دینامیک سیالات محاسباتی نموده است. اکنون روش دینامیک سیالات محاسباتی جای خود را در میان روش‌های آزمایشگاهی و تحلیلی برای تحلیل مسائل سیالات و انتقال حرارت باز کرده‌است و استفاده از این روش‌ها برای انجام تحلیل‌های مهندسی امری عادی شده‌است. در واقع تحلیل‌های دینامیک سیالات محاسباتی مکمل آزمایشات و تجربیات بوده و مجموع تلاش‌ها و هزینه‌های مورد نیاز در آزمایشگاه را کاهش می دهد. دینامیک سیالات محاسباتی بصورت گسترده در زمینه‌های مختلف صنعتی مرتبط با سیالات، انتقال حرارت و انتقال مواد به کمک سیال بکار گرفته می شود. از جمله این موارد می توان به صنایع خودروسازی، صنایع هوافضا، توربوماشین‌ها، صنایع هسته‌ای، صنایع نظامی، صنایع نفت و گاز و انرژی و بسیاری موارد گسترده صنعتی دیگر اشاره نمود که دانش دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان گره گشای مسائل صنعتی مرتبط تبدیل شده است. علیرغم اینکه قدمت روش دینامیک سیالات محاسباتی در دنیا چندان زیاد نیست، این شاخه از علم در ایران و در سالهای اخیر، رشد بسیار خوبی داشته است. در هر حال این علم نوپا به سرعت در حال پیشرفت است و هر روز کامپیوترهای جدیدتر و روشهای محاسبه بهتر، سریعتر و دقیق تری به وجود می آید.[۲۱]

۳-۲-           تعریف مسئله و فرضیات تحقیق

۳-۲-۱-                      طراحی مسئله و تعیین شرایط مرزی

هندسه حاضر با توجه چند ساختمان نزدیک کوه در شهرک مسکونی فاز یازدهم شهر جدید پردیس، انتخاب شده است و هدف بررسی اثر سرعت باد بر درگ ساختمان است در این موضوع مطابق شکل  ‏۳‑۱ که ۶ ساختمان نزدیک کوه را انتخاب شده است و اندازه های عرضی هر ساختمان برابر با صد متر و طولی برابر با ۷۵ متر و با ارتفاع ۴۵ متر هستند که از شرط مرزی پرودیک برای کاهش حجم مسئله استفاده شده است. همانطور که در شکل ‏۳‑۱ مشخص است دو وجه کناری شرط مرزی پریودیک شرط مرزی خروجی را برابر با فشار جو و شرط مرزی ورودی سرعت در نظر گرفته شده است و محدوده حل با توجه به مشخص بودن دو شرط کناری ساختمان و نیز برای اینکه استقلال از جریان در مسئله حاکم باشد ارتفاع محدوده حل، برابر با ۲۰۰۰ متر در نظر گرفته شده است تا جواب ها به مقدار واقعی نزدیکتر باشد و ارتفاع کوه و ساختمان در حل مشکلی ایجاد نکند.

photo_2017-07-15_01-09-32.jpg

شکل ‏۳‑۱٫ شماتیک مسئله حاضر

در مسئله حاضر پنج فاصله و سه سرعت مختلف مورد بررسی قرار گرفته است که در جدول ‏۳‑۱ مشخص شده است، در حالت اول تمام اندازه ها برابر با اندازه واقعی است و در مراحل بعدی هر یک از ساختمان ها به اندازه ۱۵ متر به کوه نزدیک می شوند و در مجموع پنج حالت را به بررسی و تحلیل شبیه سازی اختصاص داده شده است.

جدول ‏۳‑۱٫ پارامترهای سرعت

فاصله از کوه (متر)سرعت کم (Km/h)سرعت متوسط (Km/h)سرعت بالا (Km/h)
140101418
135101418
120101418
105101418
90101418

در این مطالعه فرض­های زیر در نظر گرفته شده است.

·        دیواره­ها لغزش ندارند.

·        فشار میانگین ورودی دارای گرادیان صفر است.

·        فشار میانگین خروجی، فشار صفر است.

·        سیال مورد بررسی هواست و تراکم ناپذیر در نظر گرفته شده است.

·        مدل­سازی ناحیه سیال و سازه بصورت سه بعدی می باشد.

۳-۳-           معادلات حاکم

۳-۳-۱-                       معادله پیوستگی

اصل اساسی که از آن در مکانیک سیالات استفاده می شود اصل بقاء جرم است. این اصل بیان می­دارد که جرم نه تولید می شود و نه از بین می­رود و توسط معادله پیوستگی بیان می­گردد :

برای سیالات تراکم ناپذیر: 

(‏۳‑۱)

۳-۳-۲-                  معادله مومنتوم

مکانیک یک سیال تنها با داشتن معادله پیوستگی مشخص نمی شود بلکه باید اصل بقاء اندازه حرکت یا قانون دوم نیوتون را درباره آن بیان کرد. اندازه حرکت حاصلضرب جرم در سرعت است. قانون دوم نیتون بیان می­کند که برایند نیروهایی که بر یک جسم اثر می­کند برابر است با تغییرات خالص مومنتوم.

   

با در نظر گرفتن جریان غیرقابل تراکم و ثابت فرض کردن ضریب ویسکوزیته، شکل معادله ناویر استوکس به صورت زیر می باشد:

(‏۳‑۳)

که در آن  بردار سرعت،  بیانگر فشار،  نیروهای حجمی و  ویسکوزیته می باشد.

در رابطه ی فوق،   بیانگر مشتق مادی است.

معادلات حاکم برای جریان آرام

   

معادلات ناویراستوکس نیمه بیضوی حاکم بر جریان پایدار، تراکم ناپذیر و دوبعدی در حالت آرام به صورت زیر می باشد:[۵۶]

(‏۳‑۴)
(‏۳‑۵)
(‏۳‑۶)  

۳-۳-۳-                  معادلات حاکم برای جریان آشفته

با توجه به اینکه جریان مورد بررسی در این مطالعه جریان آشفته می باشد، لازم است شکل معادلات در قالب آشفته بررسی گردد.

   

ابتدا معادلات را برای کمیتهای لحظه ای، یعنی کمیت های متوسط بعلاوه کمیت های  نوسانی مینویسیم. آنگاه از طرفین هر معادله متوسط گیری زمانی به عمل می آوریم. البته در این رابطه باید به این نکته توجه نمود که چنانچه تساوی برای معادلات لحظه ای برقرار باشد، این تساوی برای متوسط زمانی آن (برای دامنه مشخصی از زمان) نیز برقرار خواهد بود. در نهایت معادلات را ساده سازی کرده تا جایی که کمیتهای متوسط زمانی ظاهر گردند.

۳-۳-۴-                      معادله پیوستگی برای جریان آشفته

   

برای جریان تراکم پذیر داریم:

(‏۳‑۷)
   

و برای جریان تراکم ناپذیر این مسئله، از آنجایی که  می باشد، معادله فوق به صورت زیر در خواهد آمد:

(‏۳‑۸) 

۳-۳-۵-                  معادلات مومنتوم برای جریان آشفته

(‏۳‑۹)

تنها تفاوت معادله مومنتوم فوق با معادله مومنتوم با کمیت های لحظه ای اضافه شدن عبارت آخر در سمت راست معادله یعنی  می باشد. این عبارت را اصطلاحا تنش آشفتگی یا تنش رینولدز می گوییم. تنها تفاوت معادلات جریان آرام با آشفته نیز فقط حضور همین عبارت می باشد. به طور کلی این عبارت از لحاظ فیزیکی یک تنش نمیاشد بلکه بیانگر اثر تبادل اینرسی (مومنتوم) می باشد. فراموش نکنیم که این عبارت از سمت چپ معادله مومنتوم یعنی جایی که با عبارت های اینرسی سر و کار داریم به سمت راست منتقل شده است. بنابراین ریشه و بنیان این عبارت از جنس اینرسی مومنتوم می باشد[۵۰].

۳-۳-۶-                      مدل آشفتگی کا-اپسیلون (k-e)

این مدل یکی از مدل های آشفتگی متداول است، اگرچه عملکرد مناسبی در گرادیان های فشار معکوس بزرگ ندارد[۴۳]. مدل کا اپسیلون یک مدل دو معادله ای است، به عبارتی شامل دو معادله انتقالی اضافی برای محاسبه خواص آشفتگی جریان می باشد. از این معادلات می توان برای محاسبه تاثیرات جابجایی و پخش در انرژی آشفتگی بهره برد. اولین متغییر انتقالی، انرژی آشفتگی جنبشی یا همان کا است و دومین متغییر انتقالی در این مدل، اتلاف آشفتگی یا همان اپسیلون است. به عبارتی می توان گفت که که انرژی را در آشفتگی و اپسیلون مقیاس آشفتگی را معین میکند. روابط مربوط به کا و اپسیلون در مرجع پیوست الف موجود می باشد. همچنین لاندر[۲] و شارما[۳] نیز در تحقیقات خود مدل کا اپسیلون استاندارد را به نمایش گذاشتند[۴۳]. هدف اصلی مدل کا اپسیلون را می توان بهبود مدل طول مختلط[۴] دانست، به گونه ای که بتواند یک توصیف جبری برای مقیاس طول آشفتگی در جریان های با پیچیدگی زیاد بیان کند. مدل کا اپسیلون برای جریان های داخلی و خارجی و جریان های با دیواره محدود با گرادیان فشار نسبتا کوچک دقت و عملکرد خوبی دارد. متعاقبا، دقت این مدل برای جریان های با فشار معکوس زیاد، کاهش می یابد.

۳-۳-۷-                      مدل استاندارد کا-اپسیلون

مدل استاندارد کا اپسیلون وقتی در کنار رابطه بوزینسک ویسکوزیته ادی بکار برده می شود، برای طیف وسیعی از مسائل نسبتا پیچیده به خوبی پاسخ می دهد، اما برای مسائلی که اثرات غیر تعادلی هستند، این مدل در نهایت به جواب هایی خواهد رسید که تا حدی فوق دیفیوژ[۵] است. یعنی مقادیر  که توسط این مدل پیش بینی می شود، بسیار بزرگ خواهند بود. برای اینگونه از مسائل روابط اسپزیاله و لاندر معمولا منجر به نتایجی می شوند که از نتایج حاصل از استفاده از رابطه بوزینسک بهتر می­باشند.

با شناخته شدن نقاط ضعف و قدرت مدل کا اپلیسون، بهینه­سازی هایی بر روی این مدل و به منظور بهبود کارایی این مدل صورت گرفته است. این مدل به خصوص می تواند در جریان های محصور که در آنها تنش های برشی بسیار با اهمیت است نیز مورد استفاده قرار گیرد.

·        کاربردهای دیگر مدل کا اپسیلون عبارتند از [۴۹]:

مدلسازی انحلال ادی در احتراق

محاسبه جریان بویانت و جریان سیال در داخل ساختمان

جریان در یک لوله با انقباض ناگهانی

مدلسازی آتش سوزی در یک اتاق تست

پیش بینی جریان و انتقال حرارت در یک دسته لوله پیچیده در مبدل های حرارتی

مدلسازی جریان آرام در یک لوله به مقطع دایره ای با تغییرات فشار متناوب بین ورودی و خروجی نظیر جریان درون رگ های بدن، امواج فشاری در خطوط انتقال نفت و جریان هوا در مجرای هوای موتورهای احتراق داخلی.

مدلسازی پراکندگی آلودگی در هوای جو و در دریاچه ها

محاسبه و بررسی نرخ گسترش جت های متقارن محوری در محیط های ساکن

در بخش عمده از این جریان ها، نرخ تولید انرژی جنبشی آشفتگی بسیار کمتر از نرخ اضمحلال آنست و برای غلبه بر چنین مشکلی نیازمند تنظیمات بسیار ماهرانه و کارشناسی شده بر روی ثوابت  هستیم. برخلاف بسیار از موفقیت های مدل استاندارد کا اپیسیلون، این مدل دارای جواب های نه چندان قوی در بحث جریان های غیر محصور است.

·        برخی دیگر از اینگونه نقایص عبارتند از:

مدلسازی لایه های برشی ضعیف

مدلسازی جریان های پیچشی، جریان های با کرنش های بسیار بزرگ و سریع، لایه های مرزی دارای انحنای بسیار و مسیرهای واگرا، جریان های دورانی و چرخشی.

جریان ثانویه در کانال های با طول زیاد و مقاطع غیر دایروی.

جریان های کاملا توسعه یافته در کانال های با مقاطع غیردایروی.

به منظور اصلاح این عیوب تلاش های زیادی بر روی اصلاح مدل دو معادله ای کا اپسیلون صورت گرفته است که به ظهور نسل های جدید از مدل کا اپسیلون منجر گردید.

کا اپسیلون معروفترین مدل دو معادله ای می باشد زیرا درک آن آسانتر و استفاده از آن در برنامه نویسی ساده تر می باشد. در مدل های ویسکوزیته ادی کا اپسیلون، میدان آشفتگی بر حسب دو متغیر بیان می شود[۵۰].

الف) انرژی جنبشی جریان آشفته[۶]

   

ب) نرخ اضمحلال ویسکوز انرژی جنبشی آشفته[۷]

(‏۳‑۱۰)
   

می توان به کمک آنالیز ابعادی[۸] نشان داد که ویسکوزیته آشفته  را می توان به طول مقیاس ادی های بزرگ جریان آشفته مرتبط ساخت:

(‏۳‑۱۱) 
   

که در آن  و  به ترتیب سرعت مقیاس و طول مقیاس بزرگترین ادی ها در میدان جریان آشفته می باشد. بعلاوه می توان نشان داد که:

(‏۳‑۱۲)
   
   

با جایگذاری معادلات (۳-۲۰) و (۳-۲۱) در معادله (۳-۱۹) به نتیجه زیر میرسیم:

(‏۳‑۱۳) 

 که در آن  یک ضریب تجربی است که مقدار آن را معمولا برابر ۰۹/۰ در نظر میگیرند. در مدل استاندارد  مقادیر  و  توسط معادله های نیمه تجربی زیر بدست می آیند.    

(‏۳‑۱۴)

که  در آن  و  و  ضرایب تجربی بوده و  و  به ترتیب اعداد پرانتل و اشمیت آشفته میباشند. عبارات  و  در معادله (۲-۲۴) به ترتیب بیانگر فرآیند های تولید برشی[۹]  و فرآیند های اضمحلال ویسکوز  میباشند. عبارت  بیانگر اثرات بویانسی می باشد. در معادله (۲-۲۳) عبارت  بیانگر میزان تولید انرژی جنبشی آشفتگی ناشی از اندرکنش بین جریان متوسط[۱۰] و میدان جریان آشفته می باشد و از همین رو به آن اصطلاحا عبارت تولید برشی گفته می شود. عبارت  نیز بیانگر تولید اتلاف بویانسی ناشی از میدان چگالی نوسان کننده جریان[۱۱] می باشد. روابط صریح[۱۲] برای  و  به صورت زیر هستند:

(‏۳‑۱۵) 
   

 با قرار دادن رابطه (۲-۱۴) یعنی رابطه اساسی بوزینسک در داخل (۲-۲۵) خواهیم دید که:

(‏۳‑۱۶)

پارامتر  را می توان با استفاده از تقریب ویسکوزیته ادی که در آن شار آَشفته چگالی نوسان کننده[۱۳] بر حسب گرادیان های چگالی متوسط به دست می آید، مدل نمود.

(‏۳‑۱۷)
   

که در آن  عدد اشمیت و پرانتل جریان آَشفته چگالی میباشند. برای جریان های چگالی ثابت، عبارت بویانسی با استفاده از تقریب بوزینسک به صورت زیر بدست می آیند:  

(‏۳‑۱۸)

۳-۴-           مدل توسعه یافته کا اپسیلون[۱۴]

تعداد زیادی از شکل های مختلف مدل استاندارد کا اپسیلون وجود دارد که هدف هر یک بهبود توانایی های این مدل در پیش بینی خواص جریان است. بسیاری از گونه های مختلف این مدل به منظور استفاده در کاربردهای خاص ایجاد شده اند که از فرضیاتی استفاده مینمایند که نمی توان برای کاربردهای عمومی جریان استفاده نمود.

تعداد کمی از شکل های مختلف این مدل نیز وجود دارند که به منظور گسترش توانایی های این مدل برای استفاده در طیف وسیع تری از اشکال مختلف جریان ارائه شده اند. مدل کا اپسیلون بسط یافته نیز از این دسته مدل ها میباشند. این مدل را می توان به همراه هر یک از سه رابطه اساسی یعنی لاندر، اسپزیاله و بزینسک استفاده نمود. مدل کا اپسیلون توسعه یافته توسط چن[۱۵] و کیم[۱۶] بیان شده است. استدلال و منطقی که در پشت این مدل نهفته است، اینست که علاوه بر مقیاس زمانی آشفتگی،  مقیاس زمانی دیگری به صورت  وجود دارد که به کمک آن می توان نرخ اضمحلال ویزکوز را به نرخ کرنش متوسط در جریان مرتبط ساخت. با این استدلال آنها معادله نظیر  در مدل استاندارد را به فرم زیر تغییر دادند:

(‏۳‑۱۹)

برای جریان هایی که در آنها آشفتگی به صورت موضعی در حالت تعادل قرار دارد،  دو مقیاس زمانی با یکدیگر برابر هستند. برای جریان هایی که در خارج از حالت تعادل قرار دارند  مقیاس زمانی دوم   کوچکتر از مقیاس زمانی اول  می باشد. همانطور که مشاهده می شود، معادله  اصلاح شده چن و کیم شامل ضریب  نیز هست. این دو نفر علاوه بر پیشنهاد برای مقدار  دیگر مقادیر مدل استاندارد را مورد اصلاح و بازبینی قرار داده اند.

۳-۴-۱-                      ویژگیهای مدل توسعه یافته کا اپسیلون

مدل کا اپسیلون توسعه یافته با ضرایب اصلاح شده پیشنهاد شده برای جریان های ساده، همان نتایج مدل استاندارد را خواهد داد ولی برای جریان های پیچده ای نظیر باز چرخشی، خطوط جریان منحنی و نیز جریان های چرخشی نتایج بهتر و دقیقتری را نسبت به مدل استاندارد بوجود خواهد آورد. در مواردی که جواب های مدل استاندارد در مقایسه با جواب های حاصل از آزمایش دقت خوبی دارد، بهتر است از مدل توسعه یافته استفاده نمود.

ثابت درگ یک کمیت بدون بعد است که در علم دینامیک سیالات و برای محاسبه نیروی درگ وارد بر یک جسم در حال حرکت در یک سیال مورد استفاده است. این کمیت معمولاً با نمادهای Cd، Cx و Cw  نمایش داده می‌شود.

این کمیت به صورت ریاضیاتی توسط معادله زیر قابل تعریف است:

(‏۳‑۲۰)

۳-۵-  ایجاد شبکه در نرم افزار گمبیت

نرم افزار گمبیت می تواند در رشته های مختلف برای تولید هندسه وشبکه بکار رود، از سری نرم افزارهای رشته ی مهندسی مکانیک  است که به طور مستقیم در ارتباط با نرم افزار فلوئنت می باشد. به طور خلاصه می توان گفت که با استفاده از گمبیت، تولید هندسه و شبکه بندی انجام می گیرد و سپس در نرم افزار فلوئنت تحلیل ها بر روی فایلی که از نرم افزار گمبیت حاصل شده است، صورت می پذیرد. در واقع فایل خروجی از گمبیت ورودی نرم افزار فلوئنت خواهد بود.کاربرد عمده ی این نرم افزار این است،که می توان با آن شبکه هایی درست کرد که توسط نرم افزار فلوئنت تحلیل شوند. برای اینکه حل درگ ساختمان تابع ارتفاع مش نباشد، ارتفاع مش حدود ۲ کیلومتر انتخاب شد که کاملا از ارتفاع مستقل می باشد. برای حل مسئله در فلوئنت از الگوریتم سیمپل و گستگی معادلات از نوع اپ وین استفاده شده است و بقیه پارامترهای حل با توجه به اینکه صرفا یک مسئله سیالاتی هست بصورت پیش فرض درست است و صرفا برای اجرای این مدل نیاز به یک سیستم با مشخصات بالا نیاز است.

که مشخصات مش به این صورت از تعداد نود ۱۵ میلیون نود محاسباتی که مقدار کوچک ترین نود از توان منفی ۵ حوزه محاسباتی است و نوع مش اطراف ساختمان از نوع لایه مرزی و کیفت میش برای حل نزدیک کوه و ساختمان مهم است.

۳-۶-  اعتبار سنجی[۱۷]

جهت اطمینان از اعتبار محاسبات CFD باید نتایج عددی با داده های آزمایشگاهی مطابقت داده شود و اگر خطا در حد قابل قبولی می توان از نتایج CFD استفاده کرد.

نتایج مسئله حاضر با کار ویلویم الوام[۱۸] برای زوایای مختلف مقایسه شده است[۴۴] .

شکل ‏۳‑۲ میزان Cp در سطح جانبی ساختمان را نشان داده است. در این حالت میزان خطا برابر با ۳/۲ درصد است.  درشکل ‏۳‑۳ میزان Cp  در زاویه ۴۵ درجه ساختمان برای سطوح مختلف نشان داده است.


۱٫ Computational Fluid Dynamics

[۲] Launder

[۳] Sharma

[۴] Mixing-Length Model

[۵] Over Diffusive

[۶] Turbulent Kinetic Energy

[۷] Viscous Dissipation Rate of  Turbulent Kinetic Energy

[۸] Dimensional Analysis

[۹] Shear Generation Processes

[۱۰] Mean Flow

[۱۱] Fluctuating Density Field

[۱۲] Exact Realtions

[۱۳] Turbulent Flux of Fluctuating Density

[۱۴] Extended    Model

[۱۵] Chen

[۱۶] Kim

۱٫ Validation

[۱۸]. Wael M. Elwan

برچسبها
مطالب مرتبط

دیدگاهی بنویسید.

بهتر است دیدگاه شما در ارتباط با همین مطلب باشد.

0