مجله علوم و فنون دریایی

مجله علوم و فنون دریایی

بررسی شکل دماغه اژدر در سوپرکاویتاسیون و تحلیل عددی اثر تزریق مصنوعی گاز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه دریانوردی و علوم دریایی چابهار، چابهار، ایران.
چکیده
سال ها مطالعات گسترده ای روی کاویتاسیون به­ عنوان یک پدیده نامطلوب در زمینه مهندسی دریا صورت گرفته است. پدیده کاویتاسیون آسیب­ های بسیار شدیدی به بدنه اژدرها، پروانه کشتی­ ها، پروانه پمپ­ ها و توربین ها وارد می­کند، همچنین میزان درگ اصطکاکی شناورهای زیرسطحی را افزایش می‌دهد و محدودیت‌های زیادی را در طراحی و ساخت آن‌ها ایجاد می‌کند. با افزایش سرعت در شناورهای زیرسطحی و تشدید پدیده کاویتاسیون، سوپرکاویتاسیون رخ می­ دهد که می­توان با بهره­ گیری مناسب از این پدیده، حباب بزرگ اطراف شناور ایجاد کرد. از آنجا‌ که نیروی کشش در آب بیشتر به واسطه اصطکاک پوسته جسم اتفاق می­ افتد، در اثر ایجاد پدیده سوپرکاویتاسیون، تماس آب با اژدر کم شده و در نتیجه درگ اصطکاکی به میزان بسیار زیادی کاهش یافته و سرعت اژدر افزایش چشمگیری خواهد داشت. در همین راستا می ­توان با تزریق مصنوعی هوا به جسم در حالت کاویتاسیون، فرآیند ایجاد سوپر کاویتاسیون و رسیدن به این مرحله را تسریع داد. در این تحقیق با هدف بررسی تأثیر شکل دماغه اژدر بر پدیده سوپرکاویتاسیون اقدام به مدل‌سازی و بررسی انواع بدنه اژدر با استفاده از اشکال دماغه ­های مختلف شده است. بعد از به دست آمدن هندسه مدل موردنظر، مش بندی با نرم‌افزار انسیس فلوئنت انجام شده و تحلیل مدل در اعداد کاویتاسیون (0/4 و 0/3 و 0/2 ) مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در نهایت مدل را در حالت تزریق هوا (سوپرکاویتاسیون مصنوعی) با نرم‌افزار انسیس CFX تحلیل و نتایج حاصله ارائه خواهد شد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Aitchison, J.M., 1984. The numerical solution of planar and axisymmetric cavitational flow problems. Computers & fluids, 12(1), pp.55-65. https://doi.org/10.1016/0045-7930(84)90 027-6.
Alyanak, E., Venkayya, V., Grandhi, R. and Penmetsa, R., 2004. Variable shape cavitator design for a supercavitating torpedo. In 10th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference (p. 4424). https://doi.org/10.2514/6.2004-4424
Alyanak, E., Grandhi, R. and Penmetsa, R., 2006. Optimum design of a supercavitating torpedo considering overall size, shape, and structural configuration. International Journal of Solids and Structures, 43(3-4), pp.642-657. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr .2005.05.040
Bakhtiari, M., Shemshaki, S. and Sadri Nasab, M. 2019. Investigating the interaction of fluid and structure on the body of a semi-submerged platform under the influence of regular sea waves. Journal of Marine Science and Technology, 18(1), pp. 62-73. doi: 10.22113/jmst.2018.99592.2053.
Bin, J.I., Luo, X.W., Peng, X.X., Zhang, Y., Wu, Y.L. and Xu, H.Y., 2010. Numerical investigation of the ventilated cavitating flow around an under-water vehicle based on a three-component cavitation model. Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 22(6), pp.753-759. https://doi.org/10.1016/S1001-6058(09)6011 3-X
Chen, X. and Lu, C.J., 2005. Numerical simulation of ventilated cavitating flow around a 2 D foil. Journal of Hydrodynamics, Series B, 17(5), pp.607-614.
Choi, J.H., Penmetsa, R.C. and Grandhi, R.V., 2005. Shape optimization of the cavitator for a supercavitating torpedo. Structural and Multidisciplinary Optimization, 29, pp.159-167.
Donyavizadeh, N., Shafaghat, R., Dardel, M. and Mohammadzade Negharchi, S., 2018. Investigation of effect weight of parameters affecting the hydrodynamic coefficients in design of surface-piercing propellers. Journal of Marine Science and Technology, 17(3), pp. 45-57. doi: 10.22113/jmst.2017.42946
Gao, G.H., Zhao, J., Ma, F. and Luo, W.D., 2012. Numerical study on ventilated supercavitation reaction to gas supply rate. Advanced Materials Research, 418, pp.1781-1785. https://doi.org/10.4028/www.scientif ic.net/AMR.418-420.1781
Garabedian, P.R., 1956. Calculation of axially symmetric cavities and jets.
Guo, J.H., Lu, C.J. and Chen, Y., 2011. Characteristics of flow field around an underwater projectile with natural and ventilated cavitation. Journal of Shanghai Jiaotong University (Science), 16, pp.236-241.
Jia, L.P., Cong, W.A.N.G., Wei, Y.J., Wang, H.B., Zhang, J.Z. and Yu, K.P., 2006. Numerical simulation of artificial ventilated cavity. Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 18(3), pp.273-279. https://doi.org/10.101 6/S1001-6058(06)60003-6
Khalil Shariati, S. and Hossein Mousavizadegan, S., 2017. Infinite length hydrofoil analysis near the free surface.
Kinnas, S.A., Mishima, S. and Savineau, C., 1995. Application of optimization techniques to the design of cavitating hydrofoils and wings. In Department of Ocean Engineering Massachusetts Institute of Technology, Present at the International Symposium on Cavitation Deauville, France (pp. 2-5).
Kunz, R.F., Boger, D.A., Stinebring, D.R., Chyczewski, T.S., Lindau, J.W., Gibeling, H.J., Venkateswaran, S. and Govindan, T., 2000. A preconditioned Navier–Stokes method for two-phase flows with application to cavitation prediction. Computers & Fluids, 29(8), pp.849-875. https://doi.org/10.1016/ S0045-7930(99)00039-0.
Morgut, M., Nobile, E. and Biluš, I., 2011. Comparison of mass transfer models for the numerical prediction of sheet cavitation around a hydrofoil. International Journal of Multiphase Flow, 37(6), pp.620-626. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2011.03.005
Reichardt, H., 1945. The physical laws governing the cavitation bubbles produced behind solids of revolution in a fluid flow. The Kaiser Wilhelm Institute for Hydrodynamic Research, Gottingen, Rep. UM, 6628.
Rouse, H. and McNown, J.S., 1948. Cavitation and pressure distribution: head forms at zero angle of yaw (Vol. 32). Iowa City: State University of Iowa.
Schmidt, S.J., Sezal, I.H. and Schnerr, G.H., 2006, September. Compressible simulation of high-speed hydrodynamics with phase change. In ECCOMAS CFD 2006: Proceedings of the European Conference on Computational Fluid Dynamics, Egmond aan Zee, The Netherlands, September 5-8, 2006. Delft University of Technology; European Community on Computational Methods in Applied Sciences (ECCOMAS). URL: http://www.lhm.mw.tu-muenchen.de/gd/
Schnerr, G.H., Schmidt, S.J., Sezal, I.H. and Thalhamer, M., 2006, September. Shock and wave dynamics of compressible liquid flows with special emphasis on unsteady load on hydrofoils and cavitation in injection nozzles. In Proceedings of The 6th International Symposium on Cavitation.
Shafaghat, R., Hosseinalipour, S.M. and Shariatifard, A., 2007, May. Numerical analysis of a two dimensional bounded supercavitation flow. In 15th Annual Conferences of the CFD Society of Canada, Toronto, Canada (pp. 27-31).
Shang, Z., 2013. Numerical investigations of supercavitation around blunt bodies of submarine shape. Applied Mathematical Modelling, 37(20-21), pp.8836-8845. https://doi.org/10.1016/j.apm.2013.04.009
Tulin, M.P., 1964. Supercavitating flows–small perturbation theory. Journal of Ship Research, 8(01), pp.16-37. https://doi.org/10. 5957/jsr.1964.8.1.16.
دوره 23، شماره 1
بهار 1403
صفحه 97-114

  • تاریخ دریافت 22 تیر 1399
  • تاریخ بازنگری 13 اردیبهشت 1400
  • تاریخ پذیرش 18 اردیبهشت 1400
  • تاریخ انتشار 01 فروردین 1403