شبیه سازی عددی و بررسی تجربی حرکت یک جسم پرسرعت زیرسطحی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 مربی، دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شیراز

2 دانشیار، دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شیراز

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز

4 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز

چکیده

در این تحقیق نحوه‌ی شکل‌گیری و سیر تکامل حباب سوپرکاویتاسیون و تأثیر آن بر کاهش نیروی مقاوم برای یک جسم متحرک زیرسطحی بصورت عددی و آزمایشگاهی بررسی شده است. به منظور شبیه‌سازی عددی جسم متحرک زیرسطحی از معادلات میانگین گیری شده ناویر استوکس زمانمند چندفازی همراه با مدل شش درجه آزادی حرکت جسم صلب استفاده شده است. با توجه به عدم وجود نتایج آزمایشگاهی در مورد پرتابه‌های پرسرعت زیر سطحی، در ابتدا به کمک کد عددی در دسترس موجود، حل عددی زمانمند برای پرتابه‌ای با سرعت حدود 100 متر بر ثانیه انجام و نتایج آن در راستای تنظیم کد عددی، با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. پس از حصول اطمینان از دقت مناسب الگوریتم انتخاب شده، حل عددی زمانمند حرکت پرتابه پرسرعت با سرعت 200 متر بر ثانیه مورد تحلیل قرار گرفت. آزمایشها برای یک پرتابه با دماغه نیم‌کروی در آزمایشگاه هیدرودینامیک دانشگاه صنعتی مالک اشتر شیراز انجام شده و مسیر جسم توسط دوربین پرسرعت ثبت شده است. نتایج حاصل از حل عددی نشان می‌دهدکه حباب سوپرکاویتاسیون در زمانی کمتر از 2 میلی‌ثانیه پرتابه پرسرعت را بطور کامل احاطه کرده و نیروی پسای وارد بر پرتابه را 66% کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Savchenko YN, Vlasenko YD, Semenenko VN (1999) Experimental study of high-speed cavitated flows. Inter J Fluid Mech Res 26(3): 365-374.

[2]  Lindau JW, Kunz RF, Mulherin JM, Dreyer JJ, Stinebring DR (2003) Fully coupled 6-DOF to URANS modeling of cavitating flows around a supercavitating vehicle. Proc. of the Fifth International Symposium on Cavitation (CAV2003). Osaka, Japan.

[3]  Wang HB, Zhang JZ, Wei YJ (2005) Study on relations between cavity form and typical cavitator parameters. J Hydrodynamics, Ser A 20(2):  251-257.

[4]  Ping JL, Wang C, Wei YJ (2006) Numerical simulation of artificial ventilated cavity.  J Hydrodynamics Ser B 18(3): 273-279.

[5]  Zhang WW, Wei YJ, Zhang JZ, Wang C, Yu KP (2007) Experimental research on the shape characters of natural and ventilated supercavitation.  J Hydrodynamics Ser B 19(5): 564-571.

[6]  Nouri NM, Eslamdoost A (2009) An iterative scheme for two-dimensional supercavitating flow. Int J Ocean Eng 36: 708-715.

[7]  Wang Z, Yu KP, Wan XH (2010) Research on the gas-leakage rate of unsteady ventilated supercavity. J Hydrodynamics Ser B 22(5): 778-783.

[8]  Bin J, Lue XW, Peng XX, Zhang Y, Wu YL, Xu HY (2010) Numerical investigation of the ventilated cavitating flow around an under-water vehicle based on a three-component cavitation model. J Hydrodynamics Ser B 22(6): 753-759.

[9] Rabiee A, Alishahi MM, Emdad H, Saranjam B (2011) Experimental investigation of unsteady supercavitation flows. IJST Trans Mech Eng 35(M1): 15-29.

[10] Rabiee A, Alishahi MM, Emdad H, Saranjam B (2011) Numerical investigation of unsteady supercavitation flows. IJST Trans Mech Eng 35(M1): 31-46.

[11] Rabiee A, Alishahi MM, Emdad H, Saranjam B (2011) Experimental investigation of bounce phenomenon. Sci Iranica 18(3): 416-422.

[12] Ying WJ, Hou J, Wei P, (2012) Numerical simulation of supercavity shape design of high-speed projectile. Adv Mat Res 466-467: 1041-1044.

[13] Saranjam B (2013) Experimental and numerical investigation of an unsteady supercavitating moving body. Int J Ocean Eng 59: 9-14.

[14] Ishchenko AN, et Al. (2014) Theoretical and experimental analysis of the high-velocity interaction of solid bodies in water. J Eng Phys Thermophys 87(2):399-408.

[15] Truscott TT (2009) Cavity dynamics of water entry for spheres and ballistic projectiles. PHD Thesis. Massachusets Institute of Technology.

[16] Menter FR (1994), Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA-J 32(8): 1598-1605.