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रेनॉल्ड्स-औसत नेवियर-स्टोक्स (आरएएनएस) समीकरण

1895
  • Osborne Reynolds
19th-century laboratory with Reynolds-Averaged Navier-Stokes Equations for fluid mechanics analysis.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

रेनॉल्ड्स-औसत नेवियर-स्टोक्स (आरएएनएस) समीकरण अशांत द्रव प्रवाह के लिए समय-औसत गति के समीकरण हैं। इस दृष्टिकोण को, रेनॉल्ड्स अपघटन, प्रवाह चरों को एक औसत और एक उतार-चढ़ाव वाले घटक में अलग करता है। औसत निकालने की प्रक्रिया में एक अतिरिक्त पद, रेनॉल्ड्स आवर्तकाल, शामिल हो जाता है। तनाव टेंसर, जो अशांति के प्रभाव को दर्शाता है और जिसे समापन प्राप्त करने के लिए मॉडल किया जाना चाहिए, जिससे सिमुलेशन कम्प्यूटेशनल रूप से सुलभ हो जाते हैं।

The core idea behind RANS is रेनॉल्ड्स decomposition, where an instantaneous quantity is split into its time-averaged and fluctuating parts. For velocity, this is [latex]u_i(x,t) = \bar{u}_i(x) + u’_i(x,t)[/latex]. When this is substituted into the Navier-Stokes equations and the equations are time-averaged, the non-linear convective term generates a new term, [latex] -\rho \overline{u’_i u’_j} [/latex], known as the Reynolds stress tensor. This tensor represents the net transfer of momentum due to turbulent fluctuations.

इस अज्ञात टेंसर की उपस्थिति अशांति की "क्लोजर समस्या" को जन्म देती है: इसमें समीकरणों की तुलना में अज्ञात राशियाँ अधिक होती हैं। इस प्रणाली को हल करने के लिए, रेनॉल्ड्स तनावों को अशांति मॉडल के माध्यम से औसत प्रवाह मात्राओं से संबंधित करना आवश्यक है। सबसे आम दृष्टिकोण बूसिनेस्क परिकल्पना है, जो यह मानती है कि रेनॉल्ड्स तनाव औसत विकृति दर के समानुपाती होते हैं, और इसमें "भंवर श्यानता" या "अशांत श्यानता" को शामिल किया जाता है। यह उसी प्रकार है जैसे आणविक श्यानता यह प्रणाली लैमिनर प्रवाह में तनाव और विकृति दर के बीच संबंध स्थापित करती है। लोकप्रिय k-ε (k-epsilon) और k-ω (k-omega) जैसे अशांति मॉडल, प्रवाह क्षेत्र में इस एड़ी श्यानता की गणना करने के लिए उपयोग किए जाने वाले अतिरिक्त परिवहन समीकरणों का समूह हैं। उदाहरण के लिए, k-ε मॉडल अशांत गतिज ऊर्जा (k) और इसके क्षय की दर (ε) को ज्ञात करता है। RANS कई इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए सटीकता और गणना लागत के बीच अच्छा संतुलन प्रदान करता है, क्योंकि यह सभी अशांत एड़ी को सीधे हल करने के अत्यधिक खर्च से बचाता है।

UNESCO Nomenclature: 2205
द्रव यांत्रिकी

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • नेवियर-स्टोक्स समीकरण
  • ओसबोर्न रेनॉल्ड्स के लैमिनर से टर्बुलेंट प्रवाह में परिवर्तन पर किए गए प्रयोग
  • सांख्यिकीय यांत्रिकी और समय-औसत की अवधारणाएँ
  • जोसेफ बौसिनेस्क की एड़ी श्यानता परिकल्पना

आवेदन

  • वाणिज्यिक विमानों के पंखों और धड़ों का डिज़ाइन
  • जेट और टर्बाइन जैसी टर्बोमशीनरी का विश्लेषण
  • जहाज के पतवारों का हाइड्रोडायनामिक डिजाइन
  • आंतरिक दहन इंजनों में प्रवाह का मॉडलिंग
  • सिविल इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में इमारतों पर हवा का भार जैसे प्रभाव शामिल हैं।
  • खिलाड़ियों और उपकरणों के वायुगतिकी का विश्लेषण करने के लिए खेल विज्ञान

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • मशीन लर्निंग द्वारा उन्नत RANS मॉडल जो उच्च-विश्वसनीयता वाले DNS डेटा से सीखते हैं
  • विमान के लैंडिंग गियर से होने वाले शोर को कम करने के लिए ट्रांस-आधारित अनुकूलन
  • real-time rans simulations for controlling wind farm turbine yaw angles
  • ट्रांस-आधारित टर्बुलेंस प्रेडिक्टर्स के साथ रक्त के थक्के जमने और थ्रोम्बोसिस का मॉडलिंग
  • simulating atmospheric boundary layer interactions with urban heat islands
  • औद्योगिक रिएक्टरों में रासायनिक मिश्रण प्रक्रियाओं का अनुकूलन करना
  • बाढ़ की घटनाओं के दौरान नदी प्रणालियों में तलछट परिवहन का पूर्वानुमान लगाना
  • कार्यालयों के लिए व्यक्तिगत वेंटिलेशन सिस्टम विकसित करना
संबंधित विषय: RANS, टर्बुलेंस मॉडलिंग, रेनॉल्ड्स स्ट्रेस, क्लोजर प्रॉब्लम, K-EPSILON, K-OMEGA, CFD, एडी विस्कोसिटी।

ऐतिहासिक संदर्भ

रेनॉल्ड्स-औसत नेवियर-स्टोक्स (आरएएनएस) समीकरण

1889
1890
1890
1895
1895
1896
1900
1888
1889
1890
1890
1895
1895
1899
1900

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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