بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر با استفاده از روش عددی حجم محدود، جریان تراکمپذیر لزج در میدان سهبعدی در رژیم ماوراء صوت شبیهسازی شده است. برای این شبیهسازی یک کد عددی سه بعدی به زبان فرترن نوشته شده است. روش مورد استفاده یک روش مبتنی بر اختالف مرکزی است که برای جلوگیری از نوسانات ناخواسته از جمالت اتالف مصنوعی بهره گرفته شده است. شبکههای مورد استفاده در میدانهای مورد مطالعه از نوع مختلط هستند.
برای انتگرالگیری زمانی معادالت حاصله، از یک روش ضمنی دو زمانه با دقت مرتبه دو استفاده شده است که در آن برای حل دستگاه معادالت غیرخطی به دست آمده در هر گام زمانی حقیقی، یک زمان مجازی در نظر گرفته شده و با استفاده از یک روش انتگرالگیری صریح با شکل اصالح شده رانگ- کوتای چهار مرحلهای، پاسخ دستگاه معادالت جبری محاسبه میشود. الگوریتم بکار رفته در کد، تا وقتی که جریان به سطح چسبیده است، دقت بسیار خوبی دارد. حتی جدایش جریانهای ضعیف را نیز به خوبی تخمین میزند اما وقتی محدوده جدایش جریان بزرگ شده و جریان به رژیم مغشوش نزدیک شود، خطای زیادی خواهد داشت.
-1 مقدمه
در فرآیند طراحی و ساخت فضاپیماها وکپسولهای بازگشتی به جو زمین به اطالعات و دادههای دقیق از میدان جریان، مشخصههای آیرودینامیکی و فرآیندهای انتقال حرارت نیاز است. این کار مستلزم داشتن دادههای تجربی فراوان از آزمایشهای پروازی این گونه وسایل در محدوده وسیعی از شرایط پروازی و رژیمهای مختلف جریان است. در حالی که با مدلسازیهای عددی و تئوری از میزان وسعت این حالتهای پروازی میتوان کم کرد.
این روشهای عددی و تئوری برای شبیهسازی اثرات رقیق بودن جریان، اثرات تداخل جریان لزج وغیر لزج، جدایش جریان، آرام، گذار یا غیر مغشوش بودن جریان و بسیاری از فرآیندهای شیمیایی در فاز گاز و یا روی سطح وسایل پروازی استفاده میشوند.
بدست آوردن چنین نتایجی در آزمایشگاه مستلزم انجام تعداد آزمایشات قابل توجه با هزینههای بسیار زیاد است. عالوه بر این، شبیهسازی بسیاری از حالتهای پروازی در آزمایشگاه با امکانات موجود امکانپذیر نیست. در نتیجه شبیهسازیهای عددی جریان ماوراءصوت بر روی فضاپیماها در درجه اول اهمیت قرار دارد. در استفاده از شبیه سازیهای عددی که با هزینه نسبتاً کمی انجام میشوند عالوه بر اینکه اطالعات مفید بسیار زیادی بدست میآید شبیهسازی محدوده وسیعی از حالتهای مختلف جریان که در آزمایشهای آزمایشگاهی روی زمین امکان پذیر نیست، میسر میشود.
-2 تعریف موضوع
از جملة مهمترین پارامترهای که در طراحی پرندههای ماوراءصوت باید مورد مطالعه قرار گیرد شکل و ماهیت جریان در اطراف جسم پرنده و آثار آن از جمله گرمایش آیرودینامیکی و توزیع فشار و ضریب اصطکاک است.
برای دستیابی به این مشخصات روشهای مختلفی شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته اند کهعمدتًا شامل روشهای تجربی، روشهای تئوری و روشهای عددی هستند. استفاده از روشهای تجربی به دلیل مشکل بودن تأمین شرایط جریان در تونل باد و روشهای تئوری بدلیل محدودیتهای خاص خودمعموالً در شرایط خاصی مورد استفاده قرار میگیرند.
در حالی که حل عددی میدان جریان و پیشبینی مشخصات جریان با کمک گرفتن از دینامیک سیاالت عددی یک شاهکار مهندسی در طراحی فضاپیماها بهحساب میآید. در این راستا، برای حل جریان ماوراء صوت باید یک کد یا نرم افزار عددی تدوین شود که بتواند با اعمال اثرات گاز داغ خواص سیال را به درستی تخمین بزند. انجام این کار طراح وسایل بازگشتی به جو زمین را از خطر انحراف در طراحی پیکربندی مصون نگه میدارد. چرا که عدم اعمال اثرات گاز داغ و استفاده از نرمافزارهای تجاری موجود، دمای جریان را در عددهای ماخ باال چندین برابر مقدار واقعی تخمین میزند و طراح برای جلوگیری از ذوب شدن دماغه پرنده خود مجبور به استفاده از مقدار زیادی کربن خواهد شد، که وزن وسیله را به شدت افزایش میدهد و طراحی را از حالت بهینه خارج میکند.
-2-1 هدف تحقیق حاضر
با توجه به اهمیت دینامیک سیاالت محاسباتی در پیشبینی جریان حول فضاپیماها و وسایل برگشتی به جو زمین نیاز به مبانی علمی و نرم افزاری برای انجام اینکار به خوبی احساس میشود. علیرغم توسعه الگوریتمهای حل جریانهای لزج بر روی شبکه بیسازمان سه بعدی در جهان، در ایران هنوز این فرآیند در ابتدای راه است
