شبیه‌سازی پدیده رهایی متناوب گردابه‌‌ها در یک جریان دوبعدی حول مانع مربعی در یک کانال، با استفاده از روش شبکه بولتزمن

در این مقاله، مدلی برای شبیه‌سازی جریان دوبعدی حول مانع مربعی واقع در یک کانال ارائه شده است. تاکنون عمده تحقیقات انجام شده در این خصوص بر جریانهای خارجی حول سیلندر دایروی متمرکز بوده و در زمینه جریان حول مانع مربعی و شناخت تأثیرات دیواره‌های کانال بر میدان جریان، مطالعات تجربی و عددی کافی صورت نگرفته است. نتایج اندک و پراکنده موجود لزوم مطالعه این نوع از جریان را نشان می‌دهد. در این تحقیق، بجای حل معادلات غیرخطی ناویرـ استوکس، از روش شبکه بولتزمن استفاده شده است. این روش با روشهای مبتنی بر مکانیک محیط‌های پیوسته دارای تفاوت های اساسی است. در این روش با استفاده از گسسته‌سازی معادله دیفرانسیلی بولتزمن و ارائه یک تعریف مجازی از ذرات سیال با جهات حرکت مشخص، نهایتاً الگوریتمی به‌دست می‌آید که مقادیر ماکروسکوپی جریان سیال را در تمام میدان جریان پیش‌بینی می‌نماید. نتایج شبیه‌سازی این مقاله شامل ارائه الگوهای مختلف جریان دو بعدی حول مانع مربعی، ارائه معادله‌ای برای تخمین طول ناحیه گردابه‌های ساکن، تعیین عدد رینولدز بحرانی( مربوط به آغاز پدیده رهایی متناوب گردابه‌ها)، تخمین فرکانس پدیده رهایی متناوب گردابه‌ها (عدد استروهال) و محاسبه ضریب پسا برحسب عدد رینولدز می‌باشد. بر اساس این نتایج، در الگوی جریان دائم با گردابه‌های متقارن و ساکن در پشت سیلندر، با افزایش عدد رینولدز طول ناحیه گردابه‌ای به‌طور خطی افزایش می‌یابد. همچنین، در الگوی جریان غیردائم، نفوذ ناحیه جدایی از پشت سیلندر به سمت لبه جلویی تاثیرات قابل توجهی بر روند تغییرات عدد استروهال و ضریب پسا دارد.