بخشی از مقاله
خلاصه
شبیه سازی جریان های آشفته یکی از مهم ترین مسائل مهندسی است که تا کنون مهندسان را به چالش جدی مواجه کرده است. شبیهسازی این نوع از جریان ها نیاز به هزینه و زمان محاسباتی زیادی دارد. ایرفویل ها در صنعت کاربردهای زیادی دارند. ایرفویل هایی که در حال حرکت بر روی مسیر دایروی باشند یکی از کاربردهای مهم این ایرفویل ها را بیشتر نشان میدهند. از جمله کاربرد آنها میتوان به پره روتور توربوماشین ها ملخ هواپیماها اشاره نمود. بررسی جریان های آشفته حول این مقاطع دارای اهمیت ویژهای است. بررسی دو بعدی و سه بعدی جریان در اطراف این مقاطع که بسیاری از مشخصههای جریان را نشان میدهد حائز اهمیت است.
در این مقاله به بررسی جریان تراکم پذیر برای حالت حل بر مبنای چگالی** حول ایرفویل دو بعدی و پروانه سه بعدی با همان مقطع برای حالت دو بعدی ایرفویل ثابت و ایرفویل دوار در حالت چرخش همراه با ورودی سرعت و برای پروانه سه بعدی چرخش همراه با ورودی سرعت با استفاده از روش متوسطگیری زمانی RANS با مدل های RSM SST RNG Spalart-Allmara و مقایسه آنها با هم شده است. در مدل دو بعدی نمودار های ضریب فشار و اصطکاک پوسته به علت اهمیت ویژه برای مدل های مختلف روش RANS برای زاویه های حمله مختلف و برای پروانه سه بعدی کانتور سرعت در طول پروانه و چگونگی تشکیل گردابه ها و استخراج شده است.
.1 مقدمه
در این مقاله سعی بر، شبیهسازی عددی جریان تراکم پذیر دو بعدی و سه بعدی حول ایرفویل متحرک و پروانه سه بعدی متحرک بر روی مسیر دایروی شده است. در شبکهبندی دو بعدی مسئله از شبکه دایروی استفاده شده است. برای صحتسنجی کد از ایرفویل بدون چرخش مورد بررسی قرار گرفته است. از کارهای انجامگرفته میتوان به کارهای عبداالله [1] اشاره کرد که به حل جریان غیر لزج و غیرقابل تراکم در فضای سه بعدی پرداخته شده است.
کائند و گود [2] یک حل عددی زمان دقیق برای تحلیل جریان در داخل چرخ و پرههای ثابت یک توربین ارائه دادند که در این تحلیل، معادلات لایه نازک در دو بعد با استفاده از روش اختلاف محدود ضمنی حل شده است. الر [3] به بررسی تجربی جریان در اطراف ایرفویل تحت حرکت دایروی پرداخت. الت [4] با استفاده از روش اجزای محدود معادلات ناویر- استوکس* را در اطراف ایرفویل تحت حرکت دایروی مورد مطالعه قرار داد و نتایج حل عددی را با نتایج تجربی الر، مقایسه نمود.
فاروخ [5] مسئله جریان در یک کانال مستطیلی در حال دوران را با روش حجم محدود مورد بررسی قرار داد. توماس [6] با استفاده از روش تفاضل محدود ضرایب فشاری و کانتور عدد ماخ را برای مقطع NACA 0012 نشان داد. احمد و همکاران [7] به بررسی تجربی و آزمایشگاهی کنترل جریان برای جدایش جریان بر روی لبه فرار و چگونگی تشکیل گردابه ها و نمایش خطوط جریان در رو و پشت ایرفویل دوار مورد نظر پرداختند.
کرایتوفک [8] به بررسی عددی جریان تراکم پذیر در سرعتهای زیر صوت و فرا صوت به صورت 2 بعدی در اطراف ایرفویل NACA 0012 با استفاده از روش عددی رانگ-کوتا پرداخت. فیلومینا [9] به بررسی هم زمان ملخ چند پره سوار بر بال ثابت پرداختند که در آن تنها نیروی ناشی از شتاب کوریولیس را به ترم چشمه معادلات مومنتوم ناویر- استوکس جهت همگرایی سریعتر اضافه شده است که نتایج حاصله را با الر مقایسه کرده است.
فرانسیس و همکاران [10] کلیاتی از طرحهای سه بعدی و دو بعدی از ایرفویل ها را برای روشهای توربولانسی مختلف با استفاده از نرمافزارهای متن باز پرداختند.
زانح و همکاران [11] به بررسی اثرات تغییر موقعیت پایه توربین بر روی آئرودینامیک توربین به صورت ناپایدار پرداختند. محسن [12] به بررسی اثر توربولانسی در عملکرد آئرودینامیکی توربینهای محور افقی پرداخت.
اسدی [13] به بررسی ایرفویل چرخان با استفاده از مدل های توربولانسی CSM و JKM پرداخت و ضریب آئرودینامیکی رابه دست آورد.
در این مقاله با استفاده از اضافه کردن نیروهای ناشی از شتاب گریز از مرکز** و کریولیس به ترم چشمه معادله مومنتوم ناویر- استوکس، روش حجم محدود، حل بر مبنای فشار، روش تجزیه بردار شار Roe و دقت مرتبه سوم معادلات جریان جهت شبیهسازی عددی استفاده شده است. شایان به ذکر است که با توجه به متحرک بودن مرزها میتوان از شبکهبندی در حال حرکت استفاده کرد ولی با توجه به قوانین انتقال گالیله، میتوان مسئله را در دیدگاه ناظر متحرک - غیر لخت - با اضافه کردن ترم های ناشی از نیروهای گریز از مرکز و کریولیس بررسی نمود و از پیچیدگی شبکه بندی متحرک کاست. هدف از حل جریان تراکم پذیر دو بعدی در اطراف ایرفویل مورد نظر به دست آوردن ضرایب برا*، پسا ، تغییرات ضریب فشار، بر حسب فاصله از دیواره ایرفویل و برای پروانه سه بعدی کانتور سطح ایزوله سرعت و فشار و چگونگی توزیع چرخش سیال در اطراف پروانه است
