Effekt av overflateruhet på diffusorstrømning

Abstract

Effekt av overflateruhet på diffusorstrømningMasteroppgave av Roy-Andre Midtgård, med veileder professor Per-Åge Krogstad.Formålet med dette prosjektet er å studere effekten av overflateruhet på et turbulent grensesjikt utsatt for en motvirkende trykkgradient. For å gjøre dette studeres det nedre grensesjiktet i en diffusorstrømning. To strømningstilfeller undersøkes og sammenlignes. I det ene tilfellet er bunnen av diffusoren glatt og jevn. I det andre tilfellet er bunnen dekket med periodiske ruhetselementer. Arbeidsverktøyet i dette studiet er numeriske beregningsverktøy, CFD. Programmene ANSYS Gambit/Fluent benyttes [1].Ved bruk av turbulensmodellene k-ϵ, k-ϵ RNG, standard k-ω og k-ω SST er det funnet konsistente resultater. Disse sammenlignes med forsøksresultater fra dr. Ing rapporten til Per Egil Skåre [2]. Simuleringsresultatene korrelerer til dels godt med forsøksresultatene, men de oppfyller i motsetning til Skåre ikke kravene til likevekt av turbulent produksjon og dissipasjon i grensesjiktet. Turbulensmodellene k-ϵ RNG og k-ω SST benyttes på det andre strømningstilfellet, og resultatene vurderes mot resultatene fra det første strømningstilfellet. Simuleringsresultatene fra k-ω SST indikerer en global separasjon av strømningen i grensesjiktet. Simuleringsresultatene fra k-ϵ RNG indikerer imidlertid ikke global separasjon. Skalert med indre variable finnes stigningstallet i det overlappende området til 0.54, altså 29 % høyere en von Kàrmàn konstanten på 0.418. Forflyttningen ned langs u+-aksen finnes til verdier mellom 12 og 15. Felles for simuleringsresultatene i strømningstilfelle 2 er det at ingen av dem oppfyller kravene til likevekt. Noe av årsaken til de nevnte avvikene mellom turbulensmodellene kan skyldes tilnærmelser i turbulensmodellene eller numerisk diffusjon. Det er også en mulighet for at trykkgradienten i diffusoren ikke er sterk nok til å danne likevekt gjennom måleområdet.