بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تحلیل عددی سیستم رانش واترجت دو قلوی موازی برای شناور SES
چکيده
انتخاب سيستم رانش مناسب براي شناورمورد طراحي ازمهمترين فاکتور هاي طراحي به شمار ميرود. شناور هاي اثر سطحي ط شناورهايي هستند که بدليل کاهش درزمان انجام ماموريت مورد توجه قرارگرفته اند.سرعت بالا،مانور خوب در سرعت پايين ،تراست بالادرسرعت کم و حرکت در عمق کم ، از جمله مزايايي است که باعث گرديده دراين نوع شناورها ازسيستم رانش واترجت استفاده شود.دراين مقاله دوهدف دنبال مي شود ابتدا انجام محاسبات و بدست آوردن سيستم رانش واترجت دو قلوي موازي درسرعت طراحي وسرعت کروز براي شناور SES که ابعاد و مقاومت کل آن نيزمشخص است ،سپس تحليل مدل سيستم واترجت شامل داکت ورودي ،روتور،استاتورونازل خروجي با شبيه سازي درنرم افزار فلوئنت و تحليل نمودارهاي مختلف منتج شده از آن شامل فشار استاتيکي ،بردارهاي سرعت ،تراست ،گشتاوروخطوط جريان بر روي هريک از متعلقات مجموعه واتر جت .
١- مقدمه
کاربرد روش ديناميک سيالات محاسباتي در مدل سازي جريان با روش هاي عددي برمبناي معادلات RANS [١]در دهه هاي اخير پيشرفت زيادي در مدل سازي جريانات داشته اند،بطوريکه درمدل سازي هاي بسيار متفاوتي ازآنها استفاده شده است .در سال ٢٠٠٣ محققين دانشگاه ايالتي کاليفرنيا از روش ديناميک سيالات محاسباتي جهت مدل سازي جريان در مجموعه يک سيستم رانش واتر جت استفاده نمودند. آنها ازتکنيک مش ساختار يافته براي مدل سازي اين سيستم رانش استفاده کردند ودر پي آن با محاسبه مشخصات مورد نياز به تحليل جريان به روش عددي درمدل روتور،استاتورونازل واترجت انتخابي پرداختند.شناوراثرسطحي نوعي شناور است که به آن کاتاماران - هاورکرافت نيز گفته مي شود.شناورهاي هاور کرافت داراي با لشتک هوايي هستند که در اطراف شناور قرار دارد و هواي فشرده توليد شده توسط فن از ميان تماس بالشتک با سطح آب يا زمين خارج مي شود.اماشناور اثر سطحي در دو سايد شبيه کاتا ماران است که بصورت جداره عمودي است و فقط درجلو و عقب آن بالشتک قرار گرفته است . هواي فشرده درکف شناور باعث ايجاد نيروي ليفت و کاهش سطح خيس شده مي شود که درنتيجه آن نيروي مقاومت کاهش مي يابد.
در اين مقاله با توجه به مطالب ذکر شده ابتدا محاسبه المانهاي مختلف يک سيستم رانش واتر جت براي شناور اثر سطحي با داده هاي اوليه مشخص انجام و سپس حل عددي جهت تحليل هيدرو ديناميکي جريان حول مجموعه پمپ واتر جت فوق با استفاده ازشبيه سازي درنرم افزار فلوئنت صورت مي گيرد.
٢- ساختمان واترجت
واتر جت پمپي است که انرژي مکانيکي را از يک منبع خارجي اخذ و به سيالي که از آن عبور مي نمايد،انتقال مي دهد.در نتيجه انرژي سيال بعد ازخروج از پمپ بصورت فشار،افزايش يافته وسيال خروجي با توجه به اينکه هدف اصلي درسيستم رانش واترجت افزايش سرعت است ،وارد نازل شده واز پشت شناوربصورت جت آب خارج مي گردد، عکس العمل آن همان نيروي جلو برنده شناور است .. سيستم رانش واتر جت از سه بخش اصلي شامل لوله ورودي ٥ ،پمپ و لوله خروجي ٦ تشکيل شده است .
٣-معادلات حاکم و روش عددي
معادلات حاکم در حل عددي سيستم رانش واتر جت شامل ،معادلات پيوستگي ، ممنتوم ، معادله k ومعادله بوده وبراي سيال نيوتني غير قابل تراکم بصورت زير مي باشد:
٤- محاسبه المانهاي سيستم واتر جت
محاسبات سيستم رانش واتر جت براي يک شناور با داده هاي اوليه زير:
١-٤-تعيين تراست
با مشخص بودن مقاومت شناورمي توان تراست شناوررا محاسبه نمود:
تراست حاصل براي هرواحد سيستم رانش واترجت دوقلو نصف شده و لذا تراست براي يک سيستم رانش برابراست
٤-٢ محاسبه دبي مورد نياز وهد استاتيک پمپ
براي محاسبه دبي با استفاده ازرابطه مقدار نامشخص مي باشد.لذا با استفاده از رابطه انرژي
در پمپ واتر جت مقدار را محاسبه مي نماييم :
مقدار خواهد شد:
راندمان بهينه زماني است که ¬ باشد.لذا مقدار قابل قبول است .
درنتيجه سرعت جت خروجي برابر است با:
دبي جرمي برابرست با:
هد پمپ نيز ازرابطه زيربدست مي آيد:
٣-٤-تعيين هد مکش مثبت
٤-٤-محاسبه سرعت مخصوص و نوع پمپ
با مراجعه به منحني پمپ ها شکل ()و براي پمپي با راندمان ودبي مقدار رابدست مي آوريم
با توجه به هد کم ،دبي بالا و سرعت مخصوص بالا نوع پمپ جريان محوري انتخاب مي گردد.
٥-٤-محاسبه سرعت دوراني
٦-٤-محاسبه راندمان واتر جت
٧-٤محاسبه توان موثر
٨-٤- محاسبه قطرورودي پمپ
٩-٤-محاسبه قطر نازل خروجي
