Bezwymiarowa stała turbulentna w porównaniu do bezwymiarowej odległości od ściany kanału (0,01 ≤𝑥2/𝐻 ≤1) według DNS przy 𝑅𝑒𝜏 = 104 i model anizotropowy.
Zmiany w sposobie, w jaki modelujemy turbulencje, przygotowują scenę dla wyraźniejszego zrozumienia i przewidywania zachowania płynów w złożonych sytuacjach. Emeritus Bert Berwers opracował nowy model turbulencji, który opiera się na zasadach statystycznych, a nie tradycyjnych metod empirycznych. To innowacyjne podejście, niedawno opublikowane w czasopiśmie Inventions, oferuje znaczną poprawę w zakresie przewidywania i symulacji turbulentnych przepływów.
W przeciwieństwie do starszych modeli turbulencji, które zależą od dostosowań prób i błędów, model anizotropowych turbulencji dr Brouwers opiera się na podstawowych zasadach fizyki. „Korzystając z uniwersalnych zasad zamiast zgadywania, ten model ułatwia zrozumienie, w jaki sposób turbulencje zachowują się w różnych sytuacjach”, wyjaśnił dr Brouwer. Model upraszcza złożone aspekty przepływu turbulentnego, takie jak pęd i energia, ruch i moc przenoszone przez cząsteczki płynów, rozprzestrzeniające się przez płyny, oferując dokładniejszą i prostą reprezentację.
Naukowcy przetestowali model pod kątem bardzo szczegółowych symulacji przepływu płynu, zwanych bezpośrednimi symulacjami numerycznymi równań Naviera Stokesa (DNS), metody, która przechwytuje każdy szczegół ruchu płynu, i stwierdzili, że jego prognozy były zgodne z wynikami symulacji. Nie było tak w przypadku powszechnie używanych modeli, które często zawodzą w określonych scenariuszach. Łącząc zachowanie turbulentne bezpośrednio z czynnikami takimi jak prędkość i gradienty przepływu, które opisują, jak szybko i kierunek zmiany płynu, nowy model umożliwia gładszą integrację z programami komputerowymi stosowanymi do badań dynamiki płynów.
Jednym z najważniejszych postępów jest zastąpienie niestandardowych parametrów, takich jak szybkości dyfuzji, szybkość, z jaką cząstki rozprzestrzeniają się w płynie, o powszechnie stosowanych wzorach pochodzących z dobrze ustalonych stałych fizycznych. Dr Brouwers podkreślił: „To podejście pozwala uniknąć zgadywania i zapewnia spójne wyniki w różnych sytuacjach, co czyni go bardziej niezawodnym narzędziem dla inżynierów i badaczy”.
Kluczowe wydarzenia badań obejmują lepsze prognozy, w jaki sposób energia jest dystrybuowana w przepływach turbulentnych i wgląd w to, jak nierówne warunki w turbulencji układu przepływu wpływają na turbulencję. Model ma również praktyczne zastosowania w zrozumieniu transferu ciepła i substancji, które opisują, jak ciepło i materiały takie jak chemikalia lub zanieczyszczenia przemieszczają się przez płyny w systemach inżynieryjnych. Może to przynieść korzyści branżom, takim jak lotnisko, energia i zarządzanie środowiskiem.
Eksperci ocenili model, stosując przykłady płynnego płynu między równoległymi powierzchniami. Prognozy dotyczące czynników, takich jak wahania prędkości, zmiany prędkości i kierunku z powodu turbulencji, rozkładu energii i poziomów naprężeń ściśle dopasowanych obserwacji z zaawansowanych symulacji. To, co wyróżnia ten model, jest jego wyraźna struktura matematyczna, która zmniejsza wysiłek obliczeniowy bez utraty precyzji.
Zastosowania tego ulepszonego modelu turbulencji wykraczają poza systemy inżynieryjne. Dr Brouwers zauważył, że uniwersalne zasady, które stoją za tym, oznaczają, że mogą sprostać wyzwaniom w takich obszarach, jak modelowanie klimatyczne, w których turbulencje odgrywa kluczową rolę we wzorach pogodowych i prądach oceanicznych. „Możliwość dostosowania tego modelu sprawia, że jest to cenny zasób do rozwiązywania szerokiego zakresu problemów w nauce i branży” – powiedział.
Szersza społeczność naukowa ma teraz dostęp do modelu, który nie tylko oferuje lepszą dokładność, ale także usuwa potrzebę złożonych i często niespójnych kalibracji. Praca stanowi silną podstawę do dalszych rozwoju badań turbulencji i otwiera drzwi do nowych możliwości innowacji środowiskowych i technologicznych.
Referencje dziennika
Brouwer, JJH, „Anizotropowy model K-ϵ oparty na ogólnych zasadach turbulencji statystycznych”. Wynalazki, 2024. DOI: https://doi.org/10.3390/inventions9050095
O autorze
Bert Brouwer był Urodzony w 1949 roku w Heer/Maastricht, Holandia. W 1972 r. Uzyskał tytuł magistra inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Eindhoven University of Technology (Cum Laude). Doktor został przyjęty na Uniwersytecie Twente w 1976 r. Doradcy: Prof.Dr.IR.L.Van Wijngaarden i Prof.Dr.J.los (University of Amsterdam). W 1972 roku rozpoczął jako inżynier badawczy w Ultra Centrifuge Laboratory of UCN UCN /Urenco w Amsterdamie. W 1974 r. Został badaniami od separacji izotopowych. W 1979 roku dołączył do Royal/Dutch Shell. Najpierw był liderem grupy w zakresie badań offshore w Laboratorium Exploration and Production w Rijswijk. W 1983 r. Przeprowadził się do Londynu, aby zostać ekonomią członków personelu. Brouwers przeszedł z przemysłu na środowisko akademickie w 1986 r., Kiedy został powołany na profesora i szef laboratorium inżynierii termalnej na Uniwersytecie Twente. W 1998 roku przybył na Uniwersytet Technologii Eindhoven, aby stać się Profesor i szef sekcji technologii procesowej działu inżynierii mechanicznej. W 2014 roku przeszedł na emeryturę, aby kontynuować badania nad tematami mechaniki klasycznej i rozwinąć swoje pomysły w dziedzinie nowych technologii. Brouwers wniósł innowacyjny wkład w naukę i technologię. Jest samotnym autorem ponad 25 recenzowanych artykułów opublikowanych w czasopismach naukowych i inżynieryjnych: Przegląd fizyki E, Physica D zjawiska nieliniowe, fizyka teoretyczna i matematyczna, Turbulencja przepływu i spalanie, Journal of Matematyka inżynierska, inżynieria niezawodności, inżynieria oceaniczna, technologia jądrowa, fizyka płynów, płyny MDPI, separacje, matematyka, wynalazki. Brouwer jest wynalazcą opatentowanych metod i urządzeń do oddzielania cząstek i gazów wykorzystujących zasady wirowania, przepływu płynu i dyfuzji. Prawa know-how i IP są uprawnione do założonych przez niego firm. We współpracy z firmami licencjonującymi praktycznych wersje wynalazków są opracowywane i wdrażane na całym świecie. W 1999 roku Brouwer otrzymał cenę energii chemicznej Dow. Prowadził krótkoterminowe statki doradcy dla firm i instytucji. Nadzorował ponad 200 stopni inżynierskich i zaawansowanych stopni inżynierskich oraz ponad 40 doktorantów przyznanych na Uniwersytecie Twente i Eindhoven University of Technology.
