تحلیل عددی جریان انتقال حرارت اطراف یک ایرفویل در جریان هایپرسونیک

عصر حاضر دوران کشف فضا لقب گرفته است. انسان برای رسیدن به سیارات پیرامون خود، نیازمند شاتل ها این است که با سرعت فراصوتی از جو زمین خارج شود. اما این ظاهر ساده مسئله، سؤالات پیچیده ای را در برابر مهندسان آیرودینامیک به وجود آورده است. در خروج شاتل های فضایی با سرعت فراصوتی از جو زمین به دلیل ایجاد شوک های بسیار قوی، حرارت زیادی ایجاد می شود و این مطلب چالش بزرگی را برای طراحان آیرودینامیک و ساز ایجاد می کند. جدا از اینکه جنس ساز چگونه باشد تا بدنه جسم پرنده بر اثر این انتقال حرارت دچار آسیب نشود، محاسبه انتقال حرارت روی سطح بدنه در درجه اول اهمیت قرار دارد. آنچه در این مقاله انجام شده است استفاده از روش شبیه سازی مستقیم روی نوع متعارفی است ایرفویل های سری ناکا(ناکا 0012) که در شرایط حرکت هایپر سونیک است می باشد. با مدل استفاده شده در این مقاله می توان یک دید مشخص را نسبت به حرکت یک جسم پرنده در شرایط هایپر سونیک و حرارت ایجاد شده روی سطح آن به دست آورد. در روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو به طور مستقیم و بدون درنظرگرفتن فرض هایی که به طور نامتعارف این مسئله را ساده می کند می توان با استفاده از برخورد مولکول ها به همدیگر و به سطح، شرایط جریان را در پیرامون ایرفویل به دست آورد. نتایج نشان می دهد بیشترین فشاردر نوک ایرفویل احساس شده و دما در این قسمت به دلیل وجود شوک قائم بسیار بالاتر از سایر قسمت ها است. انتقال حرارت نیز در این قسمت بالا است. نتایج همچنین نشان می دهد با افزایش عدد ماخ، موج ضربه ای (و به طبع آن شوک قائم لبه حمله) نیز قوی تر شده و این امر باعث بالا رفتن دما در قسمت نوک ایرفویل در اعداد ماخ بالاتر می شود.حرارت منتقل شده به سطح افزایش می یابد. در اعداد ماخ بالاتر سرعت جریان نزدیک به سطح زیادتر می شود و با در نظر گرفتن اینکه سرعت جریان چسبیده به سطح صفر است مطالب یاد شده به معنای افزایش پسای اصطکاکی است که دلیل اصلی افزایش انتقال حرارت در اطراف سطح نیز قطعاً همین مطلب است.

کلیدواژه ها:

جریان هایپرسونیک ، انتقال حرارت ، شبیه سازی مستقیم مونت کارلو