بررسی عددی اثر عمق غوطه وری بر نیروهای هیدرودینامیکی استوانه افقی تحت امواج سطحی منظم با استفاده از روش حجم سیال

اندرکنش امواج سطحی با اجسام غوطه ور نزدیک سطح آزاد یکی از پیچیده ترین مسائل هیدرودینامیکی در طراحی سازه های دریایی محسوب می شود. در این پژوهش، اثر نسبت عمق غوطه وری h/D بر ضرایب هیدرودینامیکی درگ و لیفت یک استوانه افقی صلب در معرض امواج منظم به صورت عددی بررسی شده است. شبیه سازی های دوبعدی با حل معادلات ناویر-استوکس تراکم ناپذیر متوسط گیری شده رینولدزی (RANS) و به کارگیری مدل آشفتگی k-epsilon در نرم افزار OpenFOAM انجام گرفت. روش حجم سیال (VOF) برای ردیابی سطح آزاد و الگوریتم PISO برای کوپلینگ فشار-سرعت به کار رفت. سه نسبت عمق غوطه وری مختلف (h/D = ۰٫۳، ۰٫۸ و ۲٫۰) برای پوشش رژیم های نزدیک سطح، انتقالی و عمیق در نظر گرفته شد. نتایج نشان می دهد با کاهش h/D از ۲٫۰ به ۰٫۳، ضریب درگ بیشینه حدود ۴۴ درصد و ضریب لیفت بیشینه بیش از ۷ برابر افزایش می یابد. تحلیل واریانس (ANOVA) سهم ۷۱٫۷ درصدی نسبت عمق غوطه وری بر تغییرات ضریب لیفت را تایید می کند. ضریب تشدید سطح آزاد در محدوده ۱٫۴۰ تا ۱٫۴۹ متغیر بود. صحت سنجی مدل با داده های آزمایشگاهی Chaplin و Miyata نشان داد که خطای نسبی مدل کمتر از ۹٫۱ درصد است. این یافته ها برای طراحی ایمن تونل های شناور غوطه ور (SFT)، وسایل زیرسطحی بدون سرنشین (UUV) و مبدل های انرژی امواج اهمیت کاربردی دارد.

کلیدواژه ها:

عمق غوطه وری ، ضریب درگ ، ضریب لیفت ، استوانه افقی ، روش حجم سیال ، مدل k-epsilon ، تحلیل واریانس