تحلیل عددی برخورد کره درحال چرخش با سطح آزاد با استفاده از نرم افزار ANSYS FLUENT

یکی از محورهای کلیدی در مبانی اقتصاد دریاپایه، انرژی های تجدیدپذیر از جمله انرژی دریا می باشد. همچنین تحلیل برهم کنش جامد-سیال اجسام غوطه ور می تواند گامی اساسی جهت افزایش بهره وری انرژی های تجدیدپذیر محسوب شود. لذا در این پژوهش، به بررسی عددی هیدرودینامیک پیچیده برخورد کره چرخان با سطح آزاد در اعداد فرود پایین پرداخته می شود. مطابق با پیش بینی انجام گرفته، چرخش کره سبب ایجاد نیروی بالابر بر کره شده و همین نیرو نتیجتا سبب ایجاد انحناء در مسیر حرکت کره حین پایین آمدن آن خواهد شد. برای شبیه سازی عددی از نرم افزار ANSYS FLUENT ۲۰۲۰ R۲ استفاده شده و حرکت سطح آزاد سیال با استفاده از معادلات کسر حجمی سیال شبیه سازی عددی خواهد شد. مطابق با نتایج عددی بدست آمده، شکل سطح آزاد و حفره ایجاد شده ضمن پیشروی کره چرخان با شکل سطح آزاد و حفره ایجاد شده توسط کره بدون چرخش کاملا متفاوت می باشد. همچنین در این پژوهش نیروهای بالابر و پسا بلافاصله بعد از ضربه به سطح آزاد محاسبه شده و نتایج عددی حاضر با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه شده اند. با توجه به نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی، اثرات چرخش به نسبت عدد فرود، تاثیر کمتری بر زمان بسته شدن حفره تشکیل شده حاصل از برخورد کره با سطح آزاد دارد. همچنین در این پژوهش نیروهای بالابر و پسا برای طیف وسیعی از نرخ چرخش، سرعت برخورد، چگالی و قطر کره چرخان محاسبه شده و در یک جدول به صورت جامعی ارائه شده اند. با توجه به مقایسه انجام گرفته، تطابق خوبی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی موجود مشاهده گردید.

کلیدواژه ها:

برهمکنش جامد و سیال ، عدد فرود ، حفره ، اثرات چرخش ، کره چرخان