بخشی از مقاله
چکیده
در کار حاضر به بررسی عددی رفتار جریان پیرامون ایرفویل ناکا0012 در نرمافزار اپنفوم پرداخته شده است. یکی از مهمترین ق سمتها در روش حل عددی جریان سیال، تولید شبکه محا سباتی ا ست که در کار حا ضر با ا ستفاده از نرمافزار گمبیت به انجام خواهد رسید. نتایج حاصل با دادههای آزمایشگاهی مقاله معتبر به چاپ رسیده مقایسه خواهد شد و یک روش مناسب برای شبیه سازی ایرفویل معرفی خواهد گردید.
در این راستا سعی شده که از مدلهای آشفتگی مختلف جهت معرفی یک روش عددی مناسب بهره گرفته شود. پس از اعتباربخشی به روش حل مورد استفاده، به اثر ارتفاع بر نقطه واماندگی ایرفویل پرداخته شده است. نتایج بیانگر دقت بالای مدل آ شفتگی k-omega SST بوده و ن شان میدهد که با افزایش ارتفاع نقطه واماندگی در زاویه حمله کمتری اتفاق میافتد و با افزایش ارتفاع جدایش جریان زودتر پدید میآید. همچنین در ارتفاعات مختلف در زاویه حمله 5 درجه جدایش تأثیرپذیری رخ نمیدهد.
-1 مقدمه
مشخصات لایهمرزی برای درک آیرودینامیک ایرفویلها و بالها در جریانهای گذار ضروری است. وجود تأثیرات ناپایا و ناپیوستگیهای موجود در هنگام حرکت در ماخ پروازی بالاتر از ماخ بحرانی و تأثیرات آن بر عملکرد سطوح برآزایی همچون ایرفویلها، حاکی از اهمیت بالای این حوزه و انجام تحقیقات بیشتر است. ازاینرو، با توجه به کاربردهای مختلف ایرفویلها، تحقیقات گستردهای برای شناخت هرچه بیشتر جریانهای پیرامون ایرفویل انجام گرفته است. گودرزی و صابری [1] در بررسی اثرات اعمال دمش و مکش مجزا و همزمان بر روی ضرایب آیرودینامیکی و جدایش جریان روی یک ایرفویل پرداختند.
آنها در تحقیق خود اثرات اعمال دمش و مکش مجزا و همزمان جت سیال به لایهمرزی حول ایرفویل ناکا 2415 در زاویه حمله 8 درجه و عدد رینولدز2×105 را با استفاده از مدل k- مورد بررسی قرار دادند و یافتند که اعمال مکش و دمش مجزا و همزمان باعث به تعویق افتادن جدایش، افزایش ضریب لیفت و کاهش ضریب درگ میشود.
معظمی و همکارانش [2] در پی بررسی تأثیرات مکش بر دنباله ایرفویل ناکا 0012 به این نتیجه رسیدند که مکش بهینه سبب کاهش ضریب پسا میشود، مکش سبب چسبیدن زیاد لایهمرزی به سطح و کاهش قابل توجه مقدار ضخامت لایهمرزی شده و موجب افزایش ضریب درگ ا صطکاکی می شود. رزاقی1 و همکارانش [3] بر روی مدل سازی و بهینه سازی چند هدفه کنترل واماندگی بر روی ایرفویل NACA0015 با جت ترکیبی بهوسیله شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک پرداختند.
آنها کنترل جریان سیال را به وسیله یک جت که در 10% از لبه حمله با عدد رینولدز 12/7×106 در زاویه حمله 18 درجه قرار داشت، بررسی نمودند. در گسسته سازی از الگوریتم PISO استفاده شد. با این روش ضریب برآ حدود %14 بهبود یافت . خوشنویس و همکارانش [4] در پی برر سی اثرات گرادیان ف شار معکوس بر دنباله تو سعه یافته نا شی از ایرفویل دریافتند که ف شار معکوس سبب افزایش دامنه شده و از طرفی کاهش سریعتر مینیمم سرعت را به همراه خواهد داشت، همچنین نشان دادند که انتشار دنباله در حالت گرادیان فشار معکوس بیشتر از دنباله در حالت گرادیان فشار صفر میباشد.
زیرا در حالت گرادیان فشار معکوس میزان تولید انرژی جنبشی توربولانس افزایش مییابد. همچنین نرخ پراکندگی در جهتی از دنباله منحنی شکل که دیواره واگرا شونده را مشاهده میکند، بهطور واضحی بیشتر از جهت مخالف میباشد. این امر به علت گرادیان فشار معکوس بیشتر در این جهت صفحه است که سبب تولید انرژی جنبشی توربولانس بیشتر میگردد.
عسکری سید لشکری و سلطانی [5] در پی بررسی اثرات توربولانس بر روی کارایی آیرودینامیکی یک ایرفویل ن سبتاً ضخیم به این نتیجه ر سیدند که اثرات نامطلوب اغت شاش بر روی کارایی آیرودینامیکی مقطع، سبب کاهش ن سبت برآ به پ سای ایرفویل و افزایش شدید پ سا در کلیه اعداد رینولدز مورد آزمایش و افزایش اندک در مقدار ضریب برآ و به تأخیر انداختن واماندگی شده است.
توربولانس باعث از بین رفتن نقطه گذار و افت در مقدار ضریب فشار در سطح بالایی شده است. سلطانی و قربانی شهرت [6] در پی بررسی پروفیل سرعت لایهمرزی روی یک ایرفویل نوسانی یافتند که افزایش فرکانس کاهش یافته، سبب تأخیر در وقوع جدایش در حرکت بالارونده و کاهش فرکانس کاهش یافته، سبب ت سریع در پدیده چ سبندگی مجدد جریان به سطح ایرفویل در حرکت پایینرونده میگردد.
کری ستوف2 و همکارانش [7] به بررسی اثر سیم اغتشاش ساز بر روی نیروهای لیفت و درگ در عدد رینولدز پایین بر روی ایرفویل پرداختند. نتایج آزمایشهای آنها ن شان میدهد که سیم اغت شاش ساز باعث کاهش مقدار نیروی درگ و افزایش نیروی لیفت می شود. هابر3 و میلر[8] 4 ن شان دادند که اثرات سیم اغت شاش ساز در موقعیت ماکزیمم ضخامت ایرفویل، تأثیرات م ضر برای حداکثر لیفت را محدود میکند. آنها نشان دادند قرار گرفتن سیم در این موقعیت میتواند منجر به کاهش ضریب درگ مینیمم شود. همچنین آنها نشان دادند قرار گرفتن سیم در این موقعیت میتواند حداکثر لیفت به درگ را بهبود دهد.
خوشنویس و همکارانش [9] در پی بررسی تجربی پروفیلهای سرعت دنباله ایرفویلهای S822 و S823 در رینولدزها و زوایای حمله مختلف نشان دادند که پروفیلهای سرعت متوسط دنباله به مقدار عدد رینولدز، زاویه حمله و موقعیت دادهبرداری وابسته است. اثرات رینولدز بر پروفیلهای سرعت دنباله در ایستگاههای نزدیکتر بیشتر بوده و با افزایش فاصله در پاییندست ایرفویل، این اثر کاهش مییابد. با افزایش فاصله از لبه فرار در پ شت ایرفویل اختلاف سرعت متوسط در داخل و خارج دنباله کاهش یافته و پروفیل سرعت متوسط عریضتر و یکنواختتر می شود.
ما5 و لیو[10] 6 در طی بررسی عددی ایرفویل 1223 در اعداد رینولدز پایین یافتند که تفاوتهای جدی در پارامترهای آیرودینامیکی در ارتفاع جوی بالا، از قبیل چگالی اتم سفری کمتر، ف شار هوای کمتر و ضریب ویسکوزیته سینماتیکی هوای بزرگتر در مقایسه با پارامترهای آیرودینامیکی در ارتفاع جوی کم، محدوده اعداد رینولدز را پایین و در محدوده 105 تا 106 قرار میدهد. بخشنده و همکارانش [11] در پی بررسی مقاطع مختلف ایرفویل بر خواص آیرودینامیکی در نزدیکی سطح به این نتیجه دست یافتند که با تغییر محل کوژ از لبه حمله به سمت لبه فرار، مقدار مطلق نیروی لیفت تولید شده بیشتر میشود.
کانز[12] 7 به بررسی آیرودینامیکی و طراحی بال برای پرواز در عدد رینولدز بسیار کم پرداختند. نتایج او نشان میدهد که کاهش عدد رینولدز سبب افزایش ضریب برآ و کاهش نسبت برآ به پسا میشود. مولرواهل8 و همکارانش [13] در تست تونل باد، لایهمرزی اسلات باز شده سری ناکا را مورد بررسی قرار دادند. آنها ثابت کردند که دمش موجب افزایش %151 در نسبت لیفت به درگ برای یک ایرفویل معمولی در حالت دوبعدی میگردد.
گرگری و والکر [14] یک سری تست تونل باد بر روی ایرفویل NACA63A009 همراه با مکش انجام داده و نتیجه گرفتند که مکش باعث به تأخیر افتادن واماندگی میگردد. سالامه9 و همکارانش [15] شبیهسازی عددی کنترل جریان با مکش و تزریق در ایرفویل مادون صوت را مطالعه کردند. آنها Aerospatiale A-Airfoil را در زاویه حمله 13 درجه با عدد ماخ 0/15 بکار بردند آنها سه مورد ایرفویل ساده، ایرفویل با دمش و ایرفویل با مکش را بررسی نمودند. نتایج نشان داد که نسبت برآ به پسا در تزریق % 13 کاهش و در مکش، % 2 افزایش داشت.
با توجه به مطالعات و بررسیهای صورت گرفته در زمینه نقطه واماندگی و شدت آشفتگی، این پدیدهها هنوز نیازمند بررسیها و واکاویهای دقیقتر بهمنظور شناخت هرچه بیشتر آنها در شرایط مختلف میباشد. ازاینرو در کار حاضر به بررسی خصوصیات آیرودینامیکی ایرفویل ناکا 0012 در شرایط پروازی مختلف پرداخته شده است.
-2روش حل
برای حل جریان خارجی در اطراف یک جسم ساکن، یک حوزه حل در اطراف آن در نظر میگیرند بطوریکه اثر اغتشاشات ناشی از جسم بر روی دیوارههای ناحیه مذکور بیاثر باشد. بنابراین میتوان با شبکهبندی، محدودهی محاسباتی همراه با جسم مورد نظر و اعمال شرایط مرزی در ورودی و خروجی آن، جریان اطراف جسم را شبیهسازی نمود.
-1-2 شبکهبندی و استقلال از شبکه
برای تولید شبکه مورد نیاز از نرم افزار گمبیت 10 کمک گرفته میشود. شکل - - 1 نشانگر شبکهبندی میدان محاسباتی است. میدان محاسباتی از سلولهای چهاروجهی منتظم استفاده شده و پیرامون ایرفویل شبکهبندی ریز بکار گرفته شده است. در هر شبیه سازی بهمنظور اطمینان از میدان محا سباتی و عدم واب ستگی حل به شبکهبندی مورد ا ستفاده، میبای ست از مناسب بودن شبکهبندی اطمینان حاصل نمود.
در این راستا ایرفویل مورد نظر با استفاده از شبکهبندیهای متفاوت و مقایسه نتایج آن در پیشبینی ضریب برآ در زاویه حمله 1/5 درجه مورد برر سی قرار گرفته ا ست و نتایج به صورت شکل - 2 - آورده شده است. همانگونه که مشاهده میگردد حل برای تعداد شبکه 70000 به بالاتقریباً نتایج برابری را پیشبینی میکنند؛ بنابراین از همین تعداد شبکه برای ادامه کار استفاده خواهد شد.
