بخشی از مقاله
چکیده
امروزه دستیابی به سرعتهای بالا در شناورهای تندرو تک بدنه امری مهم و مورد توجه صنعت دریایی در هر کشوری میباشد. یکی از حوزههای حائز اهمیت که شناورهای تندرو کاربرد وسیع و هدفمندی در آن دارند، حوزه نظامی در هر کشوری است. هدف از مطالعه حاضر مقایسه و بررسی نتایج آزمایشگاهی و نتایج عددی برای یک شناور سرشی تک بدنه با پله عرضی میباشد.
به منظور انجام این کار ابتدا شناور سرشی مورد نظر را در نرمافزار انسیس سیافایکس با استفاده از معادلات متوسط زمانی ناویراستوکس همراه با مدل اغتشاشی استاندارد k- کوپل شده با معادلات حجم سیال برای شبیهسازی جریان سطح آزاد مغشوش گذرا در اطراف بدنه شناور مدلسازی کرده و برای پیش بینی حرکات شناور، معادلات دو درجه آزادی جسم صلب با معادلات حاکم بر جریان سیال کوپل میشوند. نتایج عددی بدست آمده برای پسا، تریم دینامیکی، بالا آمدگی مرکز جرم، طول کیل خیس شده و طول چاین خیس شده با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی میشوند و سپس پروفیل ویک پاشنه با روابط تجربی ساویستکی مورد مقایسه قرار میگیرد.
-1 مقدمه
در طول چند دهه اخیر، به دلیل اهمیت فراوان شناورهای سرشی در صنعت دریایی بخصوص در صنعت نظامی تلاشهای زیادی توسط محققین برای کاهش پسا و درنتیجه افزایش سرعت شناورهای سرشی از طریق تغییر فرم بدنه صورت گرفته است. شکلهای مختلفی همچون چاین، استریک1، پد 2 و تونل و پله تاکنون مورد استفاده قرار گرفته است. از میان این روشها، استفاده از پله در کف بدنه شناور به عنوان یکی از موثرترین روشها شناخته شده است. پلهها میتواند به صورت مستقیم در کل عرض بدنه - استفاده از این نوع پله امروزه کمتر دیده میشود - یا به صورت V شکل دارای راس رو به جلو یا عقب ایجاد شود.
معمولا در کنارههای بیرونی پله حفره-هایی برای امکان مکش هوا به داخل و هوادهی پله ایجاد میکنند. بطور کلی، افزایش سرعتی حدود 10 تا 15 درصد را میتوان از بدنههای پله دار در مقابل بدنه بدون پله در یک توان ثابت انتظار داشت
ایده اصلی استفاده از پله کاهش میزان سطح تماس بدنه با آب بر روی دو یا چند سطح سرشی کوچک به جای یک سطح بزرگ است
از آنجایی که در این حالت نیروی برا بر روی چند سطح در طول بدنه توزیع میشود، پایداری طولی افزایش مییابد. در میان این مزایای پله ، خطر واژگون شدن شناور در صورت بسته شدن مسیر هوا توسط امواج نیز وجود دارد. اگر هوادهی متوقف شود، جریان معکوس در پشت پله رخ میدهد که منجر به افزایش بیش از حد پسا میشود.در نتیجه سرعت بطور ناگهانی کاهش یافته و ممکن است شناور واژگون شود. برای جلوگیری از این مشکل هوا اغلب از طریق دریچههایی در بالای خط آب به داخل مکش میشود و یا از طریق لولههایی در سطح عرشه تامین میشود.
شکل 1 شناور سرشی با دو پله عرضی
تا کنون، برای مطالعه هیدرودینامیک شناورهای سرشی با روشهای مختلف، اکثرا بر روی بدنههای بدون پله متمرکز بوده است. سویتسکی در سال 1964 مطالعات جامعی با مدل سازی شناورهای سرشی برروی بدنه-های منشوری با زاویه ددرایز3 انجام داد و توانست روابطهای رگراسیون براساس تست مدل برای محاسبه نیروهای هیدرو دینامیکی بدست آورد.
در سال 2007، سویتسکی و همکارانش اثر اسپری آب را در پاشنه و اثر آن بر روی پسا شناور سرشی را بررسی کردند.[3] در همین سال، بریزولا و همکارانش سطوح سرشی را درحالت ثابت به روش دینامیک سیالات محاسباتی مورد مطالعه قرار دادند و نتایج خود را با نتایج آزمایشگاهی مقایسه کردند.[4] قاسمی و همکارانش یک کد کامپیوتری بر پایه روش المان مرزی را برای تحلیل شناورهای سرشی و غیر سرشی توسعه دادند و نتایج کاربرد این کدها در تحلیل هیدرودینامیک شناورهای سرشی را در سالهای 2007، 2008 و 2010 منتتشر کردند
در سال 2012، آکرمن و همکارانش بدنههای سرشی فریدزما را به روش عددی المان محدود در شش درجه آزادی تحلیل کردند.[9] در همین سال، یومین و همکارانش عملکرد هیدرودینامیکی شناور سرشی را به روش دینامیک سیالات محاسباتی بر پایه معادلات RANS در شش درجه آزادی مورد بررسی قرار دادند.[10] قصابزاده و همکارانش نیروهای وارد بر شناور چند بدنه تونلدار در حالت پایدار را به کمک کد دینامیک سیالات محاسباتی در دو درجه آزادی محاسبه کردند.
اخیرا با توجه به نیازهای بازار و همچنین دست یابی به راندمانهای بالاتر با استفاده از بدنههای سرشی پلهدار، محققان با انگیزه بیشتری این موضوع را دنبال کردهاند و تلاشهای بیشتری هم به صورت عددی و هم آزمایشگاهی صرف مطالعه و بررسی این موضوع شده است. مطالعات انجام گرفته انگشت شماری را میتوان بر روی بدنه های پلهدار در طول 10 سال اخیر یافت. ساوان در سال 2009 یک مدل را برای پیش عملکرد بدنه های سرشی با پله عرضی توسعه داد.
در سال 2010، سویتسکی و مورابیتا با انجام تستهای مدل گسترده یک مدل ریاضی را برای تعیین پروفیل ویک پاشنه بدنههای سرشی منشوری ارائه کردند.
در همین سال، تاونتون و همکارانش یک سری جدید از شناورهای سرشی با هارد چاین4 ، بدون پله و با پله، بصورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار دارند.
گارلند و مکی عملکرد یک شناور سرشی پلهدار را از طریق شبیه سازی عددی جریان غیرخطی زیر یک جسم دوبعدی در سال 2012 مورد مطالعه قرار دادند.
در سال 2014، ویسی و همکارانش یک شناور سرشی با هارد چاین را در حالت بدون پله و با پله در آب آرام به روش عددی شبیه سازی کردند و اثرات پله بر روی عملکرد هیدرودینامیکی شناور را مورد مطالعه قرار دادند.[16] مدل سازی عددی شناور سرشی پله دار توسط بختیاری و همکارانش مورد بررسی قرار دادند.
در این مطالعه یک شناور سرشی چایندار به روش عددی حجم محدود مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از نرم افزار انسیس سیافایکس استفاده شده است. جریان سطح آزاد مغشوش گذرا در اطراف بدنه شناور توسط معادلات RANS همراه با مدل اغتشاشی Standard k- کوپل شده با معادلات VOF مدل سازی میشود.
