6 ประเภทของแบบจำลองการไหลปั่นป่วนในพลศาสตร์ของไหล: เทคนิคที่ช่วยวิเคราะห์การไหลของของเหลวเพื่อลดการสูญเสียพลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพ
6 ประเภทของแบบจำลองการไหลปั่นป่วนในพลศาสตร์ของไหล
ในสาขาของวิศวกรรมความร้อน แบบจำลองการไหลปั่นป่วน (Turbulent Flow Models) มีบทบาทสำคัญในการวิเคราะห์และคำนวณการไหลของของไหลแบบปั่นป่วน ด้วยความซับซ้อนของการไหลประเภทนี้ มีแนวทางหลายชนิดที่ได้รับการพัฒนาเพื่อจัดการการคำนวณ เรามาทำความรู้จักกับแบบจำลองการไหลปั่นป่วนที่สำคัญ 6 ประเภทกัน
- แบบจำลองการไหลแบบ RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes)
แบบจำลองนี้เป็นแบบจำลองพื้นฐานที่ใช้เฉลี่ยค่าในสมการ Navier-Stokes เพื่อลดความซับซ้อนของการคำนวณการไหลปั่นป่วน โดยมีสมการเพิ่มเติมสำหรับความเครียดปั่นป่วน
- แบบจำลอง k-ε
เป็นแบบจำลองประเภท RANS ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งจะมีสมการเพิ่มเติม 2 สมการ สำหรับพลังงานความปั่นป่วน (k) และอัตราการสลายของพลังงานความปั่นป่วน (ε) เหมาะสำหรับการไหลที่เชิงสมมาตร แต่มีความสามารถจำกัดในกรณีของการไหลที่ซับซ้อน
- แบบจำลอง k-ω
คล้ายกับ k-ε แต่สมการที่ใช้เป็นพารามิเตอร์แบบ ω ที่มีความสามารถในการทำนายพฤติกรรมการไหลในบริเวณใกล้กับพื้นผิว (near-wall) ได้ดีกว่า
- แบบจำลอง LES (Large Eddy Simulation)
แบบจำลองนี้เน้นการจำลองการเคลื่อนที่ของกระแสดวงใหญ่ (large eddies) และปั่นป่วนในขนาดเล็กจะถูกประมาณ เป็นแบบจำลองที่แม่นยำกว่า RANS แต่ต้องใช้ทรัพยากรคำนวณมากกว่า
- แบบจำลอง DNS (Direct Numerical Simulation)
เป็นแบบจำลองที่จำลองทุกขนาดของการไหลปั่นป่วน โดยไม่ต้องใช้รุ่นใดรุ่นหนึ่ง คำนวณค่าได้แม่นยำมาก แต่ต้องใช้ทรัพยากรคอมพิวเตอร์จำนวนมาก
- แบบจำลอง DES (Detached Eddy Simulation)
การรวมกันของ LES และ RANS เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการคำนวณ พื้นที่สมมาตรจะใช้ LES และพื้นที่ใกล้พื้นผิวจะใช้ RANS
การเลือกใช้แบบจำลองการไหลปั่นป่วนขึ้นอยู่กับลักษณะของการไหลที่วิเคราะห์และทรัพยากรคอมพิวเตอร์ที่สามารถใช้งานได้ แต่ละแบบจำลองมีข้อดีและข้อเสียที่ต้องพิจารณาเมื่อทำการศึกษาและออกแบบระบบที่ประกอบด้วยการไหลปั่นป่วน