حل عددی جریان گذرای سوپرکاویتاسیون حول هندسه مخروط به کمک روش شبیه سازی گردابه های بزرگ با بکارگیری لزجت مصنوعی

کاواکزایی پدیده ای است که با کاهش فشار مایع به مقداری کمتر از فشار بخار اشباع بوجود آمده و باعث تبدیل فاز مایع به فاز بخار میشود. این پدیده دارای اثرات نامطلوبی نظیر خوردگی، ایجاد صداهای شدید، اتلاف انرژی و... و همچنین اثرات مطلوبی نظیر کاهش نیروی بازدارندگی، افزایش کنترل برای اجسام در حال حرکت زیر آب و... میباشد. روش های کاهش نیروی درگ مانند ابرکاوک برای دستیابی به سرعتهای بالاتر و همچنین طی مسافتهای طولانی با توجه به محدودیتهای ذخیره انرژی مورد توجه محققان زیادی می باشد. روش های تحلیلی نسبتا ساده برای مدل کردن کاویتاسیون توسعه یافته در جریان هایی که اثرات غیر لزج چرخشی و غیر چرخشی از اهمیت بالایی برخوردارند، استفاده شده است. اما دایره وسیعی از پدیده های پیچیده فیزیکی در ابرکاواک وجود دارند. بعضی از این پدیده های پیچیده عبارتند از اثرات لزجت، ناپایداری، انتقال جرم، سه بعدی بودن و تراکم پذیری. در این مقاله، مدل جدیدی برای شبیه سازی جریان ابرکاواک حول اجسام متقارن محوری مخروط با زاویه راس 60 درجه ارائه شده که در آن از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ به عنوان مدل آشفتگی به همراه لزجت مصنوعی استفاده شده است. مبنای این مدلسازی مبتنی بر مشاهدات تجربی صورت گرفته حول اجسام متقارن محوری نظیر دیسک و مخروط در تونل آب دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران (آزمایشگاه تحقیقاتی هیدرودینامیک کاربردی) میباشد. معادلات حاکم، دسته معادلات سه بعدی ناویر- استوکس تراکم ناپذیر لزج و گذرا می باشند که در آن به منظور ایجاد کاواک از ترکیب مدل چشمه و چاه استفاده گردیده است. در مقایسه ای که بین نتایج عددی حاضر با نتایج تجربی صورت گرفته در تونل آب آزمایشگاه تحقیقاتی هیدرودینامیک کاربردی انجام شده است، مشخصات ابرکاواک به خوبی شبیه سازی شده است. با بکارگیری لزجت مصنوعی، مدل کاواکزایی اعمال شده بسیار کارآمدتر از دیگر مدل های زمان بر کاواکزایی است.

کلیدواژه ها:

جریان دو فاز ، ابرکاواک ، شبیه سازی گردابه های بزرگ ، مدل های کاواکزایی ، جریان گذرا ، ابرکاواک طبیعی و هوادهی شده ، تونل آب