Numerical simulation for the flow structures following a three–dimensional horizontal forward–facing step channel

J.G. Barbosa Saldaña, P. Quinto Diez, F. Sánchez Silva, and I. Carvajal Mariscal

SEPI–ESIME–IPN, LABINTHAP, Unidad Profesional Adolfo Lopez Mateos, Mexico City, Mexico.

Recibido el 8 de septiembre de 2005
Aceptado el 16 de marzo de 2007

Abstract

A numerical code based on the finite volume discretization technique is developed to simulate flow structures following a three–dimensional horizontal forward–facing step. The link between the pressure distribution and velocity field are made by using the SIMPLE algorithm. A rectangular channel encloses the forward–facing step such that the expansion ratio (ER) and the aspect ratio (AR) are equal to two and four respectively. The total channel length in the stream–wise direction is equal to 60 times the step height and the step edge is located 20 times the step height downstream from the channel inlet. At the channel inlet the flow is considered to be a three–dimensional, fully developed flow. Results for the reattachment line, the separation line, as well as for velocity profiles at different planes for different Reynolds are presented.

Keywords: Numerical simulation; three dimensional; forward–facing step; laminar flow.

Resumen

En este trabajo se presentan los resultados de la simulación numérica por medio de la técnica de discretización de los volúmenes finitos de las estructuras de flujo tridimensional en un ducto rectangular con un escalón al frente. Se emplea el algoritmo SIMPLE para asociar la distribución de presión y el campo de velocidad dentro del dominio computacional. El ducto que se propone es de forma rectangular y encierra un escalón, de tal forma que la relación de expansión y la relación de aspecto son iguales a dos y cuatro respectivamente. La longitud total del canal en la dirección principal del flujo es igual a 60 veces la altura del escalón, mientras que la orilla del escalón se localiza a una distancia igual a 20 veces la altura del mismo corriente abajo de la entrada del canal. A la entrada se considera que el flujo es tridimensional y completamente desarrollado. Resultados de la línea de reacomodo, línea de separación, así como perfiles de velocidad a diferentes planos dentro del ducto se presentan para diferentes parámetros de Reynolds.

Descriptores: Simulación numérica; tres dimensiones; ducto con escalón al frente; flujo laminar.

PACS: 02.30.Cb; 83.50.Ha; 02.70.Bf; 02.30.Jr

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