تحلیل پارامتریک هیدروفویل زیر سطحی به روش المان مرزی

نوع مقاله: سایر مقالات

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی هوافضا، دانشگاه فردوسی، مشهد

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی، مشهد

3 دانشجو دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی، مشهد

چکیده

یکی از مهمترین مسائل هیدرودینامیک کاربردی بررسی هیدروفویل متحرک در نزدیکی سطح آزاد است. در این مقاله به شبیه سازی جریان حول هیدروفویل در نزدیکی سطح آزاد به روش المان مرزی پرداخته شده است. برای شبیه سازی با استفاده از روش المان مرزی، از یک روش تکرار مبتنی بر تئوری گرین استفاده شده است. برای این منظور مسئله به دو قسمت هیدروفویل و سطح آزاد تقسیم شده و اثرات هریک بر دیگری محاسبه می‌شود و پتانسیل اختلالی روی سطح آزاد و هیدروفویل بدست می‌آید. سپس به کمک یک الگوریتم تکرار مقادیر پتانسیل‌ها در هر مرحله اصلاح می‌شوند تا جواب ها به مقادیر واقعی همگرا شوند. سپس به وسیله این پتانسیل‌ها توزیع فشار روی هیدروفویل همچنین منحنی موج روی سطح آزاد بدست می‌آید. پس از اعتبارسنجی این روش به بررسی عوامل مختلف روی عملکرد هیدروفویل از قبیل ضخامت و انحنای هیدروفویل، عدد فرود، زاویه حمله و ارتفاع از سطح آزاد و همچنین سهم نیرو های برا و پسای حاصل از امواج پرداخته شده است. مشاهده می‌شود که نتایج روش المان مرزی با وجود فرض سیال ایده‌آل، با تقریب خوبی، عملکرد جریان را پیش بینی می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Hough GR, Moran SP (1969) Froude number effects on two dimensional hydrofoils. J Ship Res 13: 53-60.

[2] Giesing JP, Smith AM (1967) Potential flow about two-dimensional hydrofoil. J Fluid Mech 28: 113-120.

[3] Bai KJ (1978) Alocalized finite-element method for two-dimensionalsteady potential flow swith free surface. J Ship Res 22: 216-230.

[4] Yeung RW, Bouger YC (1979) Ahybrid –integral equation method for steady two dimension ship wave. Int J Numer Method Eng 14: 317-336.

[5] Salvasen N (1969) On higher-order wave theory for submerged two-dimensional bodies. J Fluid Mech 38: 415-432.

[6] Kennell C,  Plotkin A (1984) A second order theory for the potential flow about thin hydrofoils.  J Ship Res 28: 55-64.

[7] Kouh JS, Lin TJ, Chau SW (2002) Preformance analysis of two-dimension hydrofoil under free surface. J Nat Tai Uni 86: 113-123.

[8] Bal S (1999) A potential based panel method for two-dimensional hydrofoil. Int J Ocean Eng 28:243-261.

[9] Daskovsky M (2000) The hydrofoil in surfaceproximity theory and experiment. Ocean Eng 27: 1129-1159.

[10] Behbahani-Nejad Changizian M (2013) Reduced-Order modeling of unsteady partial cavity flows using the boundary element method. Modares Mech Eng 13(6): 140-152. (In Persian)

[11] Saeidi Nezhad A, Dehghan AA, Manshadi M, Kazemi Esfeh M (2013)  Experimental investigation of the vortex structure on a submersible model. Modares Mech Eng 13(15): 98-109. (In Persian)

[12]Bourgoyne Dwayne A (2003) Flow over ahydrofoil with trailing edge vortex shedding athigh Reynolds number, Ph.D. Thesis, Mechanical Engineering, University of Michigan.

[13] Hay A, Visonneau M (2005) Computationof free-surface flows with local mesh adaptation. Int J Numer Meth Fl 49: 785-816.

[14] Kim SH, Yamato H (2005) The estimation of wave elevation and wave disturbance caused by the wave orbital motion of a fully submerged hydrofoil craft. J Mar Sci Technol 10: 22-31.

[15] Xie N, Vassalos D (2007) Performance analysis of 3D hydrofoil under free surface. J Ocean Eng 34: 1257-1264.

[16] Sadathosseini SH, Mousaviraad SM, Firoozabadi B, Ahmadi G (2008) Numerical simulation of free-surface waves and wave inducedseparation. Scientia Iranica 15(3): 323-331.

[17] Ghassemi H, Kohansal A (2010) Boundary element method applied to the lifting bodies near the free surface. J Mar Eng 5(10):105-113.

[18] Djavareshkian MH, Esmaeli ali (2012) Parametric analysis of hydrofoil performance near the free surface. Hydraulic 6(4): 1-17. (In Persian)

[19] Bal S, Kinnas S (2003) A numerical wave tank model forcavitating hydrofoils. J Comput Mech 259-268.

[20] Bal S (2011) The effect of finite depth on 2D and 3D cavitating hydrofoils. J Mar Sci Technol 129-142.

[21] طهانی م، برگستان ع (1393) بررسی عددی اثرات تغییر هندسه بر ضرایب آیرودینامیکی بال شناور اثر سطحی. نشریه علمی پژوهشی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 4(2): 75-87. 

[22] Nakos DE, Sclavounos PD (1990) On steady and unsteady shipwave patterns. J Fluid Mech 215: 263-288.

[23] Dawson DW (1977) A practical computer method for solving shipwave problems. 2nd International Conference on Numerical ShipHydrodynamics.