प्रक्षोभ गतिज ऊर्जा: Difference between revisions

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द्रव गतिकी में, अशांति [[गतिज ऊर्जा]] (टीकेई) [[अशांत प्रवाह]] में एड़ी (द्रव गतिशीलता) से जुड़ी प्रति इकाई द्रव्यमान की औसत गतिज ऊर्जा है। भौतिक रूप से, अशांति गतिज ऊर्जा को मापा मूल-माध्य-वर्ग (आरएमएस) वेग में उतार-चढ़ाव की विशेषता है। रेनॉल्ड्स-एवरेज्ड नेवियर-स्टोक्स समीकरणों में, अशांति गतिज ऊर्जा की गणना क्लोजर विधि, यानी [[ अशांति मॉडलिंग ]] के आधार पर की जा सकती है।
द्रव गतिकी में, '''प्रक्षोभ [[गतिज ऊर्जा]]''' (टीकेई) [[अशांत प्रवाह|विक्षुब्ध प्रवाह]] में आवर्त (द्रव गतिशीलता) से जुड़ी प्रति इकाई द्रव्यमान की औसत गतिज ऊर्जा है। भौतिक रूप से, गतिज ऊर्जा विक्षोभ को वर्ग माध्य मूल (आरएमएस) वेग से अभिलक्षित किया जाता है। रेनॉल्ड्स-एवरेज्ड नेवियर-स्टोक्स समीकरणों में, प्रक्षोभ गतिज ऊर्जा की गणना संवरण विधि, यानी [[ अशांति मॉडलिंग |प्रक्षोभ प्रतिरूपण]] के आधार पर की जा सकती है।


आम तौर पर, TKE को वेग घटकों के प्रसरण (मानक विचलन का वर्ग) के आधे योग के रूप में परिभाषित किया जाता है:
सामान्यतः, टीकेई को वेग घटकों के प्रसरण (मानक विचलन का वर्ग) के आधे योग के रूप में परिभाषित किया जाता है:
<math display="block"> k = \frac12 \left(\, \overline{(u')^2} + \overline{(v')^2} + \overline{(w')^2} \,\right), </math>
<math display="block"> k = \frac12 \left(\, \overline{(u')^2} + \overline{(v')^2} + \overline{(w')^2} \,\right), </math>
जहां अशांत वेग घटक तात्कालिक और औसत वेग के बीच का अंतर है <math> u' = u - \overline{u}</math>, जिसका माध्य और विचरण है <math display="block">
जहां प्रक्षुब्ध वेग घटक तात्कालिक और औसत वेग <math> u' = u - \overline{u}</math> के बीच का अंतर है, जिसका माध्य और विचरण निम्न है <math display="block">
\begin{align}
\begin{align}
\overline{u'} &= \frac{1}{T} \int_0^T (u(t) - \overline{u}) \, dt = 0, \\[4pt]
\overline{u'} &= \frac{1}{T} \int_0^T (u(t) - \overline{u}) \, dt = 0, \\[4pt]
\overline{(u')^2} &= \frac{1}{T}\int_0^T (u(t) - \overline{u})^2 \, dt \geq 0,
\overline{(u')^2} &= \frac{1}{T}\int_0^T (u(t) - \overline{u})^2 \, dt \geq 0,
\end{align}</math> क्रमश।
\end{align}</math> क्रमशःक्रमश


टीकेई का उत्पादन द्रव कतरनी, घर्षण या उछाल, या कम आवृत्ति एड़ी स्केल (अभिन्न पैमाने) पर बाहरी बल के माध्यम से किया जा सकता है। फिर अशांति गतिज ऊर्जा को अशांति [[ऊर्जा झरना]] के नीचे स्थानांतरित किया जाता है, और [[कोलमोगोरोव सूक्ष्म पैमाने]] पर चिपचिपी ताकतों द्वारा नष्ट कर दिया जाता है। उत्पादन, परिवहन और अपव्यय की इस प्रक्रिया को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
टीकेई का उत्पादन द्रव कतरनी, घर्षण या उछाल, या कम आवृत्ति आवर्त मापक्रम (अभिन्न मापक्रम) पर बाहरी बल के माध्यम से किया जा सकता है। फिर प्रक्षोभ गतिज ऊर्जा को प्रक्षोभ [[ऊर्जा झरना|ऊर्जा सोपान]] के नीचे स्थानांतरित किया जाता है, और [[कोलमोगोरोव सूक्ष्म पैमाने|कोलमोगोरोव सूक्ष्म मापक्रम]] पर विस्कासी ताकतों द्वारा नष्ट कर दिया जाता है। उत्पादन, अभिगमन और अपव्यय की इस प्रक्रिया को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
<math display="block"> \frac{Dk}{Dt} + \nabla \cdot T' = P - \varepsilon, </math>
<math display="block"> \frac{Dk}{Dt} + \nabla \cdot T' = P - \varepsilon, </math>
कहाँ:<ref>{{cite book|last=Pope|first=S. B.|date=2000|title=अशांत प्रवाह| url=https://archive.org/details/turbulentflows00pope | url-access=limited|location=Cambridge|pages=[https://archive.org/details/turbulentflows00pope/page/n147 122]–134 |publisher=[[Cambridge University Press]]| isbn=978-0521598866}}</ref>
जहाँ:<ref>{{cite book|last=Pope|first=S. B.|date=2000|title=अशांत प्रवाह| url=https://archive.org/details/turbulentflows00pope | url-access=limited|location=Cambridge|pages=[https://archive.org/details/turbulentflows00pope/page/n147 122]–134 |publisher=[[Cambridge University Press]]| isbn=978-0521598866}}</ref>
* {{tmath|\tfrac{Dk}{Dt} }} टीकेई का माध्य-प्रवाह [[सामग्री व्युत्पन्न]] है;
* {{tmath|\tfrac{Dk}{Dt} }} टीकेई का माध्य-प्रवाह [[सामग्री व्युत्पन्न|स्थूल व्युत्पन्न]] है;
* {{math|∇ · ''T′''}} टीकेई का अशांति परिवहन है;
* {{math|∇ · ''T′''}} टीकेई का प्रक्षोभ अभिगमन है;
* {{mvar|P}} टीकेई का उत्पादन है, और
* {{mvar|P}} टीकेई का उत्पादन है, और
* {{mvar|ε}} TKE अपव्यय है।
* {{mvar|ε}} टीकेई अपव्यय है।


यह मानते हुए कि आणविक चिपचिपाहट स्थिर है, और [[बाउसिनस्क सन्निकटन (उछाल)]] बनाते हुए, TKE समीकरण है:
यह मानते हुए कि आणविक श्यानता स्थिर है, और [[बाउसिनस्क सन्निकटन (उछाल)]] बनाते हुए, टीकेई समीकरण निम्न है:
<math display="block">
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\underbrace{ \frac{\partial k}{\partial t}}_{\text{Local} \atop \text{derivative}}
\underbrace{ \frac{\partial k}{\partial t}}_{\text{Local} \atop \text{derivative}}
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- \underbrace{ \frac{g}{\rho_o} \overline{\rho' u'_i}\delta_{i3} } _{\text{Buoyancy flux} \atop b}
- \underbrace{ \frac{g}{\rho_o} \overline{\rho' u'_i}\delta_{i3} } _{\text{Buoyancy flux} \atop b}
</math>
</math>
इन घटनाओं की जांच करके, किसी विशेष प्रवाह के लिए अशांति गतिज ऊर्जा बजट पाया जा सकता है।<ref>Baldocchi, D. (2005), ''[http://nature.berkeley.edu/biometlab/espm129/notes/Lecture%2016%20Wind%20and%20Turbulence%20Part%201%20Surface%20Boundary%20Layer%20Theory%20and%20Principles%20notes.pdf Lecture 16, Wind and Turbulence, Part 1, Surface Boundary Layer: Theory and Principles ]'', Ecosystem Science Division, Department of Environmental Science, Policy and Management, University of California, Berkeley, CA: USA.</ref>
इन घटनाओं की जांच करके, किसी विशेष प्रवाह के लिए प्रक्षोभ गतिज ऊर्जा बजट पाया जा सकता है। <ref>Baldocchi, D. (2005), ''[http://nature.berkeley.edu/biometlab/espm129/notes/Lecture%2016%20Wind%20and%20Turbulence%20Part%201%20Surface%20Boundary%20Layer%20Theory%20and%20Principles%20notes.pdf Lecture 16, Wind and Turbulence, Part 1, Surface Boundary Layer: Theory and Principles ]'', Ecosystem Science Division, Department of Environmental Science, Policy and Management, University of California, Berkeley, CA: USA.</ref>




==कम्प्यूटेशनल तरल गतिकी==
==कम्प्यूटेशनल तरल गतिकी==


कम्प्यूटेशनल तरल गतिशीलता (सीएफडी) में, कोलमोगोरोव माइक्रोस्केल्स तक प्रवाह-क्षेत्र को अलग किए बिना संख्यात्मक रूप से अशांति का अनुकरण करना असंभव है, जिसे प्रत्यक्ष संख्यात्मक सिमुलेशन (डीएनएस) कहा जाता है। क्योंकि मेमोरी, कम्प्यूटेशनल और स्टोरेज ओवरहेड्स के कारण DNS सिमुलेशन अत्यधिक महंगे हैं, अशांति के प्रभावों को अनुकरण करने के लिए अशांति मॉडल का उपयोग किया जाता है। विभिन्न प्रकार के मॉडलों का उपयोग किया जाता है, लेकिन आम तौर पर टीकेई एक मौलिक प्रवाह संपत्ति है जिसकी गणना द्रव अशांति को मॉडल करने के लिए की जानी चाहिए।
कम्प्यूटेशनल तरल गतिशीलता (सीएफडी) में, कोलमोगोरोव सूक्ष्म मापक्रम तक प्रवाह-क्षेत्र को अलग किए बिना संख्यात्मक रूप से प्रक्षोभ का अनुकरण करना असंभव है, जिसे प्रत्यक्ष संख्यात्मक अनुकरण (डीएनएस) कहा जाता है। क्योंकि मेमोरी, कम्प्यूटेशनल और संचयन शिरोपरि के कारण डीएनएस अनुकरण अत्यधिक महंगे हैं, प्रक्षोभ के प्रभावों को अनुकरण करने के लिए प्रक्षोभ प्रतिरूप का उपयोग किया जाता है। विभिन्न प्रकार के प्रतिरूपों का उपयोग किया जाता है, लेकिन सामान्यतः टीकेई एक मौलिक प्रवाह विशेषता है जिसकी गणना द्रव प्रक्षोभ को प्रतिरूप करने के लिए की जानी चाहिए।


===रेनॉल्ड्स-औसत नेवियर-स्टोक्स समीकरण===
===रेनॉल्ड्स-औसत नेवियर-स्टोक्स समीकरण===
रेनॉल्ड्स-एवरेज्ड नेवियर-स्टोक्स समीकरण|रेनॉल्ड्स-एवरेज्ड नेवियर-स्टोक्स (आरएएनएस) सिमुलेशन बौसिनस्क एड़ी चिपचिपाहट परिकल्पना का उपयोग करते हैं <ref>{{cite journal|authorlink=Joseph Valentin Boussinesq|last=Boussinesq|first=J. V.|date=1877| title=Théorie de l'Écoulement Tourbillant|journal=Mem. Présentés Par Divers Savants Acad. Sci. Inst. Fr.|volume=23|pages=46–50}}</ref> औसत प्रक्रिया से उत्पन्न होने वाले [[रेनॉल्ड्स तनाव]] की गणना करने के लिए:
रेनॉल्ड्स-एवरेज्ड नेवियर-स्टोक्स (आरएएनएस) अनुकरण बौसिनस्क आवर्त श्यानता परिकल्पना का उपयोग करते हैं, <ref>{{cite journal|authorlink=Joseph Valentin Boussinesq|last=Boussinesq|first=J. V.|date=1877| title=Théorie de l'Écoulement Tourbillant|journal=Mem. Présentés Par Divers Savants Acad. Sci. Inst. Fr.|volume=23|pages=46–50}}</ref> औसत प्रक्रिया से उत्पन्न होने वाले [[रेनॉल्ड्स तनाव|रेनॉल्ड्स प्रतिबल]] की गणना करने के लिए:
<math display="block"> \overline{u'_i u'_j} = \frac23 k \delta_{ij} - \nu_t \left( \frac{\partial \overline{u_i}}{\partial x_j} + \frac{\partial \overline{u_j}}{\partial x_i} \right), </math>
<math display="block"> \overline{u'_i u'_j} = \frac23 k \delta_{ij} - \nu_t \left( \frac{\partial \overline{u_i}}{\partial x_j} + \frac{\partial \overline{u_j}}{\partial x_i} \right), </math>
कहाँ <math display="block"> \nu_t = c \cdot \sqrt{k} \cdot l_m. </math>
जहाँ <math display="block"> \nu_t = c \cdot \sqrt{k} \cdot l_m. </math>
TKE को हल करने की सटीक विधि प्रयुक्त अशांति मॉडल पर निर्भर करती है; के-एप्सिलॉन टर्बुलेंस मॉडल|{{mvar|k}}–{{mvar|ε}} (के-एप्सिलॉन) मॉडल अशांति की आइसोट्रॉपी मानते हैं जिससे सामान्य तनाव बराबर होते हैं:
टीकेई को हल करने की सटीक विधि प्रयुक्त प्रक्षोभ प्रतिरूप पर निर्भर करती है; {{mvar|k}}–{{mvar|ε}} (के-एप्सिलॉन) प्रतिरूप प्रक्षोभ की समदैशिकता मानते हैं जिससे सामान्य प्रतिबल बराबर होते हैं:
<math display="block"> \overline{(u')^2} = \overline{(v')^2} = \overline{(w')^2}. </math>
<math display="block"> \overline{(u')^2} = \overline{(v')^2} = \overline{(w')^2}. </math>
यह धारणा अशांति मात्राओं का मॉडलिंग करती है ({{mvar|k}} और {{mvar|ε}}) सरल है, लेकिन उन परिदृश्यों में सटीक नहीं होगा जहां अशांति तनाव का अनिसोट्रोपिक व्यवहार हावी है, और अशांति के उत्पादन में इसके निहितार्थ भी अति-भविष्यवाणी की ओर ले जाते हैं क्योंकि उत्पादन तनाव की औसत दर पर निर्भर करता है, न कि अंतर पर। सामान्य तनावों के बीच (जैसा कि वे हैं, धारणा के अनुसार, बराबर हैं)<ref>{{cite book|last=Laurence|first=D. |date=2002 |contribution=Applications of Reynolds Averaged Navier Stokes Equations to Industrial Flows |editor-last=van Beeck |editor-first=J. P. A. J. |editor2-last=Benocci |editor2-first=C. |title=Introduction to Turbulence Modelling, Held March 18–22, 2002 at Von Karman Institute for Fluid Dynamics |location=[[Sint-Genesius-Rode]] |publisher=[[Von Karman Institute for Fluid Dynamics]]}}</ref>
यह धारणा प्रक्षोभ मात्राओं ({{mvar|k}} और {{mvar|ε}}) का प्रतिरूपण करती है, लेकिन उन परिदृश्यों में सटीक नहीं होगा जहां प्रक्षोभ प्रतिबल का विषमदैशिक व्यवहार हावी है, और प्रक्षोभ के उत्पादन में इसके निहितार्थ भी अति-भविष्यवाणी की ओर ले जाते हैं क्योंकि उत्पादन प्रतिबल सामान्य प्रतिबलों के बीच (जैसा कि वे हैं, धारणा के अनुसार, बराबर हैं) की औसत दर पर निर्भर करता है न कि अंतर पर निर्भर करता है। <ref>{{cite book|last=Laurence|first=D. |date=2002 |contribution=Applications of Reynolds Averaged Navier Stokes Equations to Industrial Flows |editor-last=van Beeck |editor-first=J. P. A. J. |editor2-last=Benocci |editor2-first=C. |title=Introduction to Turbulence Modelling, Held March 18–22, 2002 at Von Karman Institute for Fluid Dynamics |location=[[Sint-Genesius-Rode]] |publisher=[[Von Karman Institute for Fluid Dynamics]]}}</ref>
रेनॉल्ड्स तनाव|रेनॉल्ड्स-तनाव मॉडल (आरएसएम) रेनॉल्ड्स तनाव को बंद करने के लिए एक अलग विधि का उपयोग करते हैं, जिससे सामान्य तनाव को आइसोट्रोपिक नहीं माना जाता है, इसलिए टीकेई उत्पादन के साथ समस्या से बचा जाता है।
 
रेनॉल्ड्स-प्रतिबल प्रतिरूप (आरएसएम) रेनॉल्ड्स प्रतिबल को बंद करने के लिए एक अलग विधि का उपयोग करते हैं, जिससे सामान्य प्रतिबल को समदैशिक नहीं माना जाता है, इसलिए टीकेई उत्पादन के साथ समस्या से बचा जाता है।


===प्रारंभिक स्थितियाँ===
===प्रारंभिक स्थितियाँ===
सीएफडी सिमुलेशन में प्रारंभिक स्थितियों के रूप में टीकेई का सटीक नुस्खा प्रवाह की सटीक भविष्यवाणी करने के लिए महत्वपूर्ण है, खासकर उच्च रेनॉल्ड्स-संख्या सिमुलेशन में। एक चिकनी वाहिनी का उदाहरण नीचे दिया गया है।
सीएफडी अनुकरण में प्रारंभिक स्थितियों के रूप में टीकेई का सटीक निर्धारण प्रवाह विशेषतः उच्च रेनॉल्ड्स-संख्या अनुकरण की सटीक भविष्यवाणी करने के लिए महत्वपूर्ण है। एक निर्बाध वाहिनी का उदाहरण नीचे दिया गया है।
<math display="block"> k = \frac32 ( U I )^2, </math>
<math display="block"> k = \frac32 ( U I )^2, </math>
कहाँ {{mvar|I}} नीचे दी गई प्रारंभिक अशांति तीव्रता [%] है, और {{mvar|U}} प्रारंभिक वेग परिमाण है। पाइप प्रवाह के लिए एक उदाहरण के रूप में, पाइप व्यास के आधार पर रेनॉल्ड्स संख्या के साथ:
जहाँ {{mvar|I}} नीचे दी गई प्रारंभिक प्रक्षोभ तीव्रता [%] है, और {{mvar|U}} प्रारंभिक वेग परिमाण है। पाइप प्रवाह के लिए एक उदाहरण के रूप में, पाइप व्यास के आधार पर रेनॉल्ड्स संख्या के साथ:
<math display="block"> I = 0.16 Re^{-\frac{1}{8}}. </math>
<math display="block"> I = 0.16 Re^{-\frac{1}{8}}. </math>
यहाँ {{mvar|l}} अशांति या एड़ी की लंबाई का पैमाना है, जो नीचे दिया गया है, और {{mvar|c<sub>μ</sub>}} एक है {{mvar|k}}–{{mvar|ε}} मॉडल पैरामीटर जिसका मान आमतौर पर 0.09 दिया गया है;
यहाँ {{mvar|l}} प्रक्षोभ या आवर्त की लंबाई का मापक्रम है, जो नीचे दिया गया है, और {{mvar|c<sub>μ</sub>}} एक {{mvar|k}}–{{mvar|ε}} प्रतिरूप पैरामीटर है जिसका मान सामान्यतः 0.09 दिया गया है;


<math display="block"> \varepsilon = {c_\mu}^\frac34 k^\frac32 l^{-1}. </math>
<math display="block"> \varepsilon = {c_\mu}^\frac34 k^\frac32 l^{-1}. </math>
अशांत लंबाई पैमाने का अनुमान इस प्रकार लगाया जा सकता है
अशांत लंबाई मापक्रम का अनुमान इस प्रकार लगाया जा सकता है
<math display="block"> l = 0.07L, </math>
<math display="block"> l = 0.07L, </math>
साथ {{mvar|L}} एक विशिष्ट लंबाई. आंतरिक प्रवाह के लिए इसमें इनलेट डक्ट (या पाइप) की चौड़ाई (या व्यास) या हाइड्रोलिक व्यास का मान लिया जा सकता है।<ref>{{cite book|last1=Flórez Orrego |display-authors=etal |date=2012 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=gumvHDQmJD0C&q=Experimental+and+CFD+study+of+a+single+phase+cone-shaped+helical+coiled+heat+exchanger%3A+an+empirical+correlation&pg=PA302 |chapter=Experimental and CFD study of a single phase cone-shaped helical coiled heat exchanger: an empirical correlation |title=Proceedings of ECOS 2012 – The 25th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems, June 26–29, 2012, Perugia, Italy |isbn=978-88-6655-322-9}}</ref>
साथ एक विशिष्ट लंबाई {{mvar|L}} है। आंतरिक प्रवाह के लिए इसमें प्रवेशिका वाहिनी (या पाइप) की चौड़ाई (या व्यास) या द्रवचालित व्यास का मान लिया जा सकता है। <ref>{{cite book|last1=Flórez Orrego |display-authors=etal |date=2012 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=gumvHDQmJD0C&q=Experimental+and+CFD+study+of+a+single+phase+cone-shaped+helical+coiled+heat+exchanger%3A+an+empirical+correlation&pg=PA302 |chapter=Experimental and CFD study of a single phase cone-shaped helical coiled heat exchanger: an empirical correlation |title=Proceedings of ECOS 2012 – The 25th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems, June 26–29, 2012, Perugia, Italy |isbn=978-88-6655-322-9}}</ref>




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Latest revision as of 22:34, 5 December 2023

विक्षोभ गतिक ऊर्जा
सामान्य प्रतीक
TKE, k
SI आधार इकाइयाँ मेंJ/kg = m2s−2
अन्य मात्राओं से
व्युत्पत्तियां

द्रव गतिकी में, प्रक्षोभ गतिज ऊर्जा (टीकेई) विक्षुब्ध प्रवाह में आवर्त (द्रव गतिशीलता) से जुड़ी प्रति इकाई द्रव्यमान की औसत गतिज ऊर्जा है। भौतिक रूप से, गतिज ऊर्जा विक्षोभ को वर्ग माध्य मूल (आरएमएस) वेग से अभिलक्षित किया जाता है। रेनॉल्ड्स-एवरेज्ड नेवियर-स्टोक्स समीकरणों में, प्रक्षोभ गतिज ऊर्जा की गणना संवरण विधि, यानी प्रक्षोभ प्रतिरूपण के आधार पर की जा सकती है।

सामान्यतः, टीकेई को वेग घटकों के प्रसरण (मानक विचलन का वर्ग) के आधे योग के रूप में परिभाषित किया जाता है:

जहां प्रक्षुब्ध वेग घटक तात्कालिक और औसत वेग के बीच का अंतर है, जिसका माध्य और विचरण निम्न है
क्रमशःक्रमश

टीकेई का उत्पादन द्रव कतरनी, घर्षण या उछाल, या कम आवृत्ति आवर्त मापक्रम (अभिन्न मापक्रम) पर बाहरी बल के माध्यम से किया जा सकता है। फिर प्रक्षोभ गतिज ऊर्जा को प्रक्षोभ ऊर्जा सोपान के नीचे स्थानांतरित किया जाता है, और कोलमोगोरोव सूक्ष्म मापक्रम पर विस्कासी ताकतों द्वारा नष्ट कर दिया जाता है। उत्पादन, अभिगमन और अपव्यय की इस प्रक्रिया को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

जहाँ:[1]

  • टीकेई का माध्य-प्रवाह स्थूल व्युत्पन्न है;
  • ∇ · T′ टीकेई का प्रक्षोभ अभिगमन है;
  • P टीकेई का उत्पादन है, और
  • ε टीकेई अपव्यय है।

यह मानते हुए कि आणविक श्यानता स्थिर है, और बाउसिनस्क सन्निकटन (उछाल) बनाते हुए, टीकेई समीकरण निम्न है:

इन घटनाओं की जांच करके, किसी विशेष प्रवाह के लिए प्रक्षोभ गतिज ऊर्जा बजट पाया जा सकता है। [2]


कम्प्यूटेशनल तरल गतिकी

कम्प्यूटेशनल तरल गतिशीलता (सीएफडी) में, कोलमोगोरोव सूक्ष्म मापक्रम तक प्रवाह-क्षेत्र को अलग किए बिना संख्यात्मक रूप से प्रक्षोभ का अनुकरण करना असंभव है, जिसे प्रत्यक्ष संख्यात्मक अनुकरण (डीएनएस) कहा जाता है। क्योंकि मेमोरी, कम्प्यूटेशनल और संचयन शिरोपरि के कारण डीएनएस अनुकरण अत्यधिक महंगे हैं, प्रक्षोभ के प्रभावों को अनुकरण करने के लिए प्रक्षोभ प्रतिरूप का उपयोग किया जाता है। विभिन्न प्रकार के प्रतिरूपों का उपयोग किया जाता है, लेकिन सामान्यतः टीकेई एक मौलिक प्रवाह विशेषता है जिसकी गणना द्रव प्रक्षोभ को प्रतिरूप करने के लिए की जानी चाहिए।

रेनॉल्ड्स-औसत नेवियर-स्टोक्स समीकरण

रेनॉल्ड्स-एवरेज्ड नेवियर-स्टोक्स (आरएएनएस) अनुकरण बौसिनस्क आवर्त श्यानता परिकल्पना का उपयोग करते हैं, [3] औसत प्रक्रिया से उत्पन्न होने वाले रेनॉल्ड्स प्रतिबल की गणना करने के लिए:

जहाँ
टीकेई को हल करने की सटीक विधि प्रयुक्त प्रक्षोभ प्रतिरूप पर निर्भर करती है; kε (के-एप्सिलॉन) प्रतिरूप प्रक्षोभ की समदैशिकता मानते हैं जिससे सामान्य प्रतिबल बराबर होते हैं:
यह धारणा प्रक्षोभ मात्राओं (k और ε) का प्रतिरूपण करती है, लेकिन उन परिदृश्यों में सटीक नहीं होगा जहां प्रक्षोभ प्रतिबल का विषमदैशिक व्यवहार हावी है, और प्रक्षोभ के उत्पादन में इसके निहितार्थ भी अति-भविष्यवाणी की ओर ले जाते हैं क्योंकि उत्पादन प्रतिबल सामान्य प्रतिबलों के बीच (जैसा कि वे हैं, धारणा के अनुसार, बराबर हैं) की औसत दर पर निर्भर करता है न कि अंतर पर निर्भर करता है। [4]

रेनॉल्ड्स-प्रतिबल प्रतिरूप (आरएसएम) रेनॉल्ड्स प्रतिबल को बंद करने के लिए एक अलग विधि का उपयोग करते हैं, जिससे सामान्य प्रतिबल को समदैशिक नहीं माना जाता है, इसलिए टीकेई उत्पादन के साथ समस्या से बचा जाता है।

प्रारंभिक स्थितियाँ

सीएफडी अनुकरण में प्रारंभिक स्थितियों के रूप में टीकेई का सटीक निर्धारण प्रवाह विशेषतः उच्च रेनॉल्ड्स-संख्या अनुकरण की सटीक भविष्यवाणी करने के लिए महत्वपूर्ण है। एक निर्बाध वाहिनी का उदाहरण नीचे दिया गया है।

जहाँ I नीचे दी गई प्रारंभिक प्रक्षोभ तीव्रता [%] है, और U प्रारंभिक वेग परिमाण है। पाइप प्रवाह के लिए एक उदाहरण के रूप में, पाइप व्यास के आधार पर रेनॉल्ड्स संख्या के साथ:
यहाँ l प्रक्षोभ या आवर्त की लंबाई का मापक्रम है, जो नीचे दिया गया है, और cμ एक kε प्रतिरूप पैरामीटर है जिसका मान सामान्यतः 0.09 दिया गया है;

अशांत लंबाई मापक्रम का अनुमान इस प्रकार लगाया जा सकता है
साथ एक विशिष्ट लंबाई L है। आंतरिक प्रवाह के लिए इसमें प्रवेशिका वाहिनी (या पाइप) की चौड़ाई (या व्यास) या द्रवचालित व्यास का मान लिया जा सकता है। [5]


संदर्भ

  1. Pope, S. B. (2000). अशांत प्रवाह. Cambridge: Cambridge University Press. pp. 122–134. ISBN 978-0521598866.
  2. Baldocchi, D. (2005), Lecture 16, Wind and Turbulence, Part 1, Surface Boundary Layer: Theory and Principles , Ecosystem Science Division, Department of Environmental Science, Policy and Management, University of California, Berkeley, CA: USA.
  3. Boussinesq, J. V. (1877). "Théorie de l'Écoulement Tourbillant". Mem. Présentés Par Divers Savants Acad. Sci. Inst. Fr. 23: 46–50.
  4. Laurence, D. (2002). "Applications of Reynolds Averaged Navier Stokes Equations to Industrial Flows". In van Beeck, J. P. A. J.; Benocci, C. (eds.). Introduction to Turbulence Modelling, Held March 18–22, 2002 at Von Karman Institute for Fluid Dynamics. Sint-Genesius-Rode: Von Karman Institute for Fluid Dynamics.
  5. Flórez Orrego; et al. (2012). "Experimental and CFD study of a single phase cone-shaped helical coiled heat exchanger: an empirical correlation". Proceedings of ECOS 2012 – The 25th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems, June 26–29, 2012, Perugia, Italy. ISBN 978-88-6655-322-9.


बाहरी संबंध