مطالعه تطبیقی اثر هندسه مقطع عرضی و تندی موج بر ضرایب هیدرودینامیکی اجسام غوطه ور نزدیک سطح آزاد به کمک شبیه سازی CFD و تحلیل واریانس

هندسه مقطع عرضی جسم غوطه ور و تندی موج، دو پارامتر مهم در تعیین نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر سازه های دریایی نزدیک سطح آزاد هستند. در این پژوهش، اثر تطبیقی چهار هندسه مختلف مقطع عرضی شامل دایره ای، مربعی، مثلثی و لوزی بر ضرایب درگ و لیفت تحت اثر امواج منظم با سه تندی موج (H/L = ۰٫۰۴، ۰٫۰۸ و ۰٫۱۲) مورد بررسی عددی قرار گرفته است. شبیه سازی های دوبعدی با حل معادلات RANS و مدل آشفتگی k-epsilon در نرم افزار OpenFOAM با استفاده از روش حجم سیال (VOF) برای ردیابی سطح آزاد و الگوریتم PISO اجرا گردید. ۳۶ سناریوی شبیه سازی بر اساس طرح عاملی کامل اجرا و نتایج با تحلیل واریانس (ANOVA) ارزیابی شدند. نتایج نشان داد ترتیب ضریب درگ بیشینه به صورت مربعی > مثلثی > لوزی > دایره ای است، در حالی که ترتیب ضریب لیفت بیشینه به صورت مثلثی > لوزی > مربعی > دایره ای می باشد. هندسه مقطع با سهم ۵۴٫۹ درصدی، موثرترین عامل بر ضریب درگ و عمق غوطه وری با سهم ۷۱٫۷ درصدی، موثرترین عامل بر ضریب لیفت است. تندی موج بر ضرایب درگ و لیفت اثر معنادار آماری نشان نداد (p > ۰٫۰۵)، اما باعث افزایش حدود ۲۸٫۶ درصدی ضریب درگ مقطع مربعی شد. این یافته ها چارچوبی برای انتخاب هندسه بهینه در طراحی سازه های دریایی غوطه ور فراهم می سازد.

کلیدواژه ها:

هندسه مقطع عرضی ، تندی موج ، ضریب درگ ، ضریب لیفت ، تحلیل واریانس ANOVA ، CFD ، سازه های دریایی غوطه ور