تحلیل سه‌بعدی پتانسیل مبنا برای جریان کاویتاسیون جزئی حول پرتابه‌های با پیشانی مختلف به روش المان مرزی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، مجتمع آموزش عالی لارستان، گروه مهندسی مکانیک، لارستان، ایران

2 استاد، دانشگاه فردوسی مشهد، گروه مهندسی مکانیک، مشهد، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر، به‌منظور شبیه‌سازی جریان همراه با کاویتاسیون جزئی حول پرتابه‌های مختلف (سرتخت، سرکروی و سرمخروطی با زاویه مخروط 45درجه) به روش المان مرزی، یک کد سه‌بعدی تدوین شده است. بدین منظور، پس از تولید هندسه با استفاده از المان‌های چهارضلعی با چهار نقطه کنترل، با بهره‌گیری از بیان انتگرالی تئوری گرین، اجزای پتانسیلی چشمه و دوگان روی هر المان توزیع و به کمک یک الگوریتم تکراری، شبیه‌سازی انجام و با نتایج تجربی و عددی دیگر اعتبارسنجی شده است. با وجود هزینه محاسباتی پایین این روش، نتایج از دقت قابل قبول و سرعت همگرایی بالایی برخوردار است. ارائه روابط کلی برای مشخصات هندسی کاویتی ایجاد شده حول پرتابه‌ها (در محدود اعداد کاویتاسیون بین 075/0 تا 5/0) از جمله نتایج این پژوهش می‌باشد. بررسی نتایج حاکیست که این روش قابلیت مناسبی در پیش‌بینی خواص جریان کاویتاسیون در زوایای حمله غیرصفر (تا زاویه حمله 8 درجه) دارد که البته با افزایش زاویه حمله و فاصله از فرض پتانسیلی بودن جریان، نتایج هندسه کاویتی حداکثر %15 و ضرایب آیرودینامیکی حداکثر %12 با دیگر تحلیل‌های عددی اختلاف دارد. با توجه به سرعت همگرایی بالا و دقت قابل قبول، این روش برای طراحی اولیه و بهینه‌سازی پرتابه‌های زیرسطحی همراه با کاویتاسیون قابل استفاده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • برازنده، ح.، جعفری گاوزن،(1398) ا.، بررسی تجربی پدیده کاویتاسیون حول جسم با دماغه مخروطی و پس جسم استوانه‌ای، مکانیک سازه­ها و شاره­ها، د. 9، ش. 2، ص. 249-259.
  • Kartikeya K.(2006) Cavitating flow over oscillating hydrofoils and hydrofoil-based ship stabilization system, Mumbai, p.15.
  • Euteneuer A. .(2003) Further studies into the dynamics of a supercavitating torpedo, Minnesota Uni., 1.
  • Franc J.P., Michel J.M. .(2005) Fundamentals of Cavitation, Kluwer academic publishers, eBook ISBN: 1-4020-2233-6, USA.
  • Wang G., Senocak I., Shyy W., Ikohagi T., Cao SH. .(2001) Dynamics of attached turbulent cavitating flows, Progress in Aerospace Sciences, Vol. 37, pp. 551–581.
  • De Lange D.F., De Bruin G.J. .(1998) Sheet Cavitation Cloud Cavitation and Re-entrant Jet and Three-Dimensionality, Netherlands, pp. 92-95.
  • نوروزی م.،(1395)تحلیل سه بعدی جریان همراه با کاویتاسیون حول پرتابه­ها در زوایای حمله مختلف با استفاده از روش المان مرزی بر پایه پتانسیل. پایان نامه دکتری، دانشگاه فردوسی مشهد.
  • Hess J.L., Smith A.M.O. .(1966) Calculation of potential flow about arbitrary three-dimensional bodies, Progress in Aeronautical Science, 8, pp. 1–138, Pergamon Press, New York.
  • Basu B.C., Hancock G.J. .(1978) The unsteady motion of a two-dimensional hydrofoil in incompressible inviscid flow, J. Fluid Mech., Vol. 87, Part 1, pp. 159-178.
  • Pellone E., Rowe A.(1981) Supercavitating hydrofoils in nonLinear theory, in Proceedings, Third International Conference on Numerical Ship Hydrodynamics.
  • Uhlman J.S.(1987) The surface singularity method applied to partially cavitating hydrofoils, J. Res., Vol. 31, No. 2, pp. 107-124.
  • Uhlman J.S. .(1989) The Surface singularity or boundary integral method applied to supercavitating hydrofoils, J. Sh. Res., Vol. 33, No. 1, pp. 16-20.
  • Kinnas S.A., Fine N.E. (1990) Non-linear analysis of the flow around partially or supercavitating hydrofoils by a potential based panel method, In Proceedings of the IABEM-90 Symposium of the International Association for Boundary Element Methods, Rome, Italy.
  • Fine N.E.(1992) Non-linear Analysis of Cavitating Propellers in Nonuniform Flow, PhD thesis, Massachusetts Institute of Technology - MIT.
  • Fine N.E.(1993) Kinnas S.A., A boundary element method for the analysis of the flow around 3-D cavitating hydrofoils, J. Sh. Res., Vol. 37, No. 1.
  • Georges L., Chahine T.H., Chao T.H. .(2001) Modeling 3D unsteady sheet cavities using a coupled UnRANS-BEM code, DYNAFLOW, INC., 7210 Pindell School Road.
  • Lee, H.S., Kinnas, S.A .(2002) Application of BEM in Unsteady Blade Sheet and Developed Tip Vortex Cavitation Prediction on Marine Propellers, IABEM 2002 Proceedings, Austin Texas, USA.
  • Lee H.S., Kinnas S.A. .(2005) A BEM for the modeling of unsteady propeller sheet cavitation inside of a cavitation tunnel, Comput. Mech., Vol. 37, pp. 41–51.
  • Young Y.L. .(2003) Fluid and Structural Modeling of Cavitating Propeller Flows, Cav2003 Proceedings, Japan.
  • Young Y.L., Shen Y.T.(2007) A Numerical Tool for the Design/Analysis of Dual-Cavitating Propellers, J. Fluids Eng., Vol. 129, pp. 720-730.
  • Bal S. .(2008) Prediction of wave pattern and wave resistance of surface piercing bodies by a boundary element method, Int. J. numer. Methods Fluids, Vol. 56, No. 3, pp. 305-329.
  • Young Y.L., Motley M.R., Yeung R.W.(2010) Three-Dimensional Numerical Modeling of the Transient Fluid-Structural Interaction Response of Tidal Turbines, J. Offshore Mech. Arct. Eng., Vol. 132.
  • Chang S.H., Kinnas S.A.(2012) Numerical Method for the Analysis of Cavitating Waterjet Propulsion Systems, Proceedings of the Eighth International Symposium on Cavitation (CAV 2012), pp. 649-655.
  • Rashidi I., Passandideh-Fard, Passandideh-Fard Ma.(2012) The Optimum Design of a Cavitator for High-Speed Axisymmetric Bodies in Partially Cavitating Flows, J. Fluids Eng., Vol. 135, No.1:011301.
  • Yari E., Ghassemi H. .(2013) Numerical analysis of sheet cavitation on marine propellers, considering the effect of cross flow, Int. J. Nav. Archit. Ocean Eng., Vol. 5, No. 4, pp. 546-558.
  • جعفری ج.، پسندیده­فرد م.، چنگیزیان م. (1395) مدل سازی کاویتاسیون گسترده بر روی بال با استفاده از مدل غیرخطی جزئی روش المان مرزی، نشریه فنی مهندسی مدرس، د. 16، ش. 7، ص 22-12.
  • Nouroozi M., Pasandidehfard M., Djavareshkian M. H. .(2016) Simulation of partial and supercavitating flows around axisymmetric and quasi-3D bodies by boundary element method using simple and reentrant jet models at the closure zone of cavity, Math. Probl. Eng., Volume 2016 | Article ID 1593849.
  • D. Anevlavi, Belibassakis.(2021) An Adjoint Optimization Prediction Method for Partially Cavitating Hydrofoils, J. Mar. Sci. Eng., Vol. 9, No. 9, 976 . 
  • ملتانی شاهرخت ع.، پسندیده فرد م.، مغربی م.ج.، (1400)بررسی مشخصات موج و مقاومت موجی یک جسم زیرسطحی به همراه سطح کنترل در نزدیکی سطح آزاد، نشریه علمی مکانیک سازه ها و شاره ها، د.12، ش. 2، ص 65-79.
  • Beer G., Smith I., Duenser C. .(2008) Boundary Element Method with Programming, USA, pp. 1-10.
  • Vaz N.V.B. .(2005) Modeling of Sheet Cavitation on Hydrofoils and Marine Propellers using Boundary Element Methods, Phd thesis, University of Technology, Lisbon, Portugal, pp. 10-20.
  • Labertaux K.R., Ceccio S.L.(2001) Partial cavity flows (Part 1), Cavities forming on models without span wise variation, J. Fluid Mech., Vol. 431, pp. 1-41.
  • Morino L., Kuo C.(1974) Subsonic Potential Aerodynamics for Complex Configurations: A General Theory, AIAA J., Vol. 12, No. 2, pp.191–197.
  • Arakeri V.H.(1975) Viscous Effects on the Position of Cavitation Separation from Smooth Bodies, J. Fluid Mech., Vol. 68, No. 4, pp.779–799.
  • Currie I.G. .(2002) Fundamental Mechanics of Fluids, Third Edition, University of Toronto, Canada.
  • Rouse H., Mc Nown J.S. .(1948) Cavitation and Pressure Distribution, Head Forms at Zero angle of Yaw, Stud. Engrg., State University of Iowa, Vol. 32.
  • Wei G., Yousheng H., Tianqun H. .(2001) Transcritical Patterns of Cavitating Flow and Trends of Acoustic Level, Transactions of the ASME, Vol. 123, pp. 850-856.
  • رشیدی ا. (1391) طرح بهینه شکل کاویتاتور برای پرتابه‌های زیرسطحی در جریان همراه با کاویتاسیون طبیعی و گازدهی‌شده به کمک روشهای عددی و تجربی. پایان­نامه دکتری: دانشگاه فردوسی مشهد.
  • پسندیده فرد م. و نوروزی م.، (1390)استفاده از مدل جت بازگشتی در انتهای کاویتی در شبیه سازی جریان همراه با کاویتاسیون حول هندسه های متقارن محوری به روش المان مرزی، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 41، ش. 1، ص 22-11.
  • Billet M.L., Weir D.S., The effect of gas diffusion on the flow coefficient for a ventilated cavity, J. Fluids Eng., December issue, American Society of Mechanical Engineers, New York.
  • Pendar M., Roohi E. .(2016) Investigation of cavitation around 3D hemispherical head-form body and conical cavitator using different turbulence and cavitation models, Ocean Eng., Vol. 112, pp. 287-306.
مکانیک سازه ها و شاره ها
دوره 13، شماره 6
بهمن و اسفند 1402
صفحه 153-167

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار