mojtaba dehghan manshadi
-
یکی از موضوعات مهم در طراحی یک زیردریایی محاسبات مقاومت و توان آن می باشد. در استخراج ضرایب مقاومت یک زیردریایی، هنوز محاسبه و تعمیم نتایج از یک مدل مقیاس شده به شناور اصلی به صورت یک چالش علمی مطرح می باشد. در این مطالعه، تاثیر مقیاس در روش عددی بر روی ضرایب مقاومت یک زیردریایی شامل ضرایب مقاومت کل، اصطکاکی و فشاری به روش شبیه سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین دقت نتایج روابط تجربی موجود جهت محاسبه ضرایب مقاومت زیردریایی ارزیابی شده است. مدل زیردریایی سابوف برای انجام مطالعات استفاده گردید. نتایج نشان می دهد که روابط تجربی موجود، محاسبه ضریب اصطکاکی را با خطای کمتر از 10 درصد، ضریب فشاری را با خطای کمتر از 30 درصد، و ضریب درگ کل را با خطای کمتر از 5/8 درصد ممکن می سازد.
کلید واژگان: مقیاس, ضرایب هیدرودینامیکی, شناور زیرسطحی, سابوف, بررسی عددیOne of the most important issues in designing a submarine is calculating its resistance and power. It is still a scientific challenge to calculate and generalize the results from a scaled model to the main vessel. In this study, the effect of the scale in a numerical method on the resistance coefficients of a submarine, including the total, friction and pressure resistance coefficients, has been investigated by numerical simulation method. Also, the accuracy of the results of the existing empirical relationships for calculating submarine resistance coefficients has been evaluated. The SUBOFF submarine model was used to conduct studies. The results show that the existing empirical relationships enable the calculation of the friction coefficient with an error of less than 10%, the pressure coefficient with an error of less than 30%, and the total drag coefficient with an error of less than 8.5%.
Keywords: Scale, Hydrodynamic Coefficient, Under Water Vehicle, SUBOFF, Numerical Investigation -
بررسی اثرات سطح آزاد بر حرکت زیردریایی در نزدیکی سطح آزاد آب دارای اهمیت است. در مطالعه حاضر شبیه سازی حرکت زیردریایی در نزدیکی سطح آزاد آب در معرض امواج نامنظم انجام شده است. برای شبیه سازی حرکات زیردریایی از هندسه سابوف با ملحقات استفاده شده است. در این مقاله از روش URANS با رویکرد شبکه بندی اورست، مدل توربولانسی k-ε و روش کسر حجمی سیال جهت شبیه سازی سطح آزاد آب در نرم افزار استار سی سی ام استفاده شده است. هندسه مورد مطالعه در این شبیه سازی زیردریایی هوشمند بدون سرنشین سابوف با ملحقات است. در ابتدا اعتبارسنجی نتایج، عدم قطعیت و صحت سنجی طیف موج تولیدی صورت گرفته است. از آنجا که آزادی حرکات زیردریایی می تواند اثر قابل توجهی بر نتایج نیروی درگ بگذارد، شبیه سازی ها در حالتی که زیر سطحی در سه جهت هیو، پیچ و رول آزاد باشد انجام و نیروی درگ محاسبه شده است. شبیه سازی ها در حالت سطحی و مشخصات متفاوت موج صورت پذیرفته است. نتایج نشان می دهد با افزایش دامنه حرکات پیچ ناشی از افزایش ارتفاع موج، نیروی درگ نیز افزایش می یابد. در امواج با ارتفاع مشخصه 0.43 متر نیز حداکثر نیروی درگ در امواج از روبرو 444 نیوتن و در امواج از پهلو 322 نیوتن است.
کلید واژگان: زیردریایی سابوف, نیروی درگ, امواج نامنظم, سه درجه آزادیInvestigating the effects of free surface on submarine motion near the free surface of water is important. In the present study, the simulation of a submarine near the free surface of water in irregular waves was carried out. To simulate submarine motion, Suboff geometry with appendages was used. For simulating, URANS method with overset grid approach, k-ε realizable turbulence model and vof in Star CCM+ software were used. The validation , uncertainty and accuracy of the results were implemented. Since the freedom of submarine motions may have significant effect on the results of the drag force, the simulations were performed with considering the three motions of heave, pitch, and roll. Differrent simulations were carried out with different wave heights and wave directions. The results showed that increasing the pitch amplitude due to increasing the wave height ,causes to increase the drag force. For significant wave height of 0.43 meters, the maximum drag force in head and beam sea were 444N and 322N respectively.
Keywords: Submarine Suboff, Drag Force, Three Degrees Of Freedom, Irregular Waves -
در این مقاله از روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) با شرط مرزی دینامیک برای شبیه سازی سه بعدی جریان سیال در یک پمپ گریز از مرکز استفاده شده -است. نوسانات شدید در میدان فشار و سرعت یکی از مشکلات عمده در این روش است. در این مقاله، نوسانات با استفاده از الگوریتم های دلتا و شیفت تصحیح شده -اند. شبیه سازی عددی با لزجت واقعی سیال (لایه ای و آشفته) انجام شده است. اعتبار سنجی این روش حاکی از آن بود که در حالت لزجت واقعی سیال باید از الگوریتم دلتا و شیفت به صورت همزمان استفاده کرد تا تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی حاصل شود. برای صحت سنجی نتایج پمپ، مقایسه ای بین خروجی های عددی با منحنی های عملکردی پمپ EN 125-315 شرکت پمپیران در شرایطی نسبتا مشابه انجام شد. نتایج این مقایسه حاکی از آن بود که خطای شبیه سازی مقادیر هد، توان مصرفی و بازده پمپ نسبت به داده های تجربی به ترتیب حدود 12، 5/5 و 16 درصد بوده اند.کلید واژگان: هیدرودینامیک ذرات هموار, تصحیح فشار و سرعت, پمپ گریز از مرکزIn this paper, the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method with dynamic boundary condition has been used to simulate 3D Fluid flow in the centrifugal pump. Severe fluctuations in the field of pressure and velocity is one of the major problems in this method. In this paper, the fluctuations have been corrected using Delta and Shift algorithms. The simulation was numerically performed with real fluid viscosity (laminar and turbulence). Validation of this method indicated that in the case of real fluid viscosity, the Delta and Shift algorithms should be used simultaneously to obtain good agreement with the experimental data. To validate the pump results, a comparison was made between the numerical outputs and the performance curves of pump EN 125-315 of Pumpiran Company under relatively similar conditions. The results of this comparison showed that the error of simulation of pump head, consumption power and efficiency values compared with experimental data were about 12, 5.5 and 16 percent, respectively.Keywords: SPH, pressure, velocity correction, centrifugal pump
-
در این مقاله اثر استفاده از روش عددی مرتبه بالای ونو در آشکار سازی نوسانات ناشی از تداخل شاک-شاک و شاک-اغتشاش با رویکرد بهینه سازی روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. دو نسخه ی جدید از روش ونو اتا-زی با رویکرد بهینه سازی تابع همواری توسعه یافته است که به منظور رفتار بهینه در نقاط اکسترمم نسبی توسعه یافته است. کد عددی مورد آزمون های بسیاری واقع شده است، از جمله انواع لوله شاک یک و دو بعدی، مساله لکس، مساله شو-اشر، و مسایل تداخل شاک و اغتشاش. نتایج تعدادی از آزمون های یک و دو بعدی، به عنوان صحت سنجی کد در این مقاله ارایه شده است. در میان مساله های حل شده، مساله تداخل شاک-حباب نشاندهنده ی اتلاف عددی کمتر روش های خانواده توسعه یافته در مقایسه با روش مشابه ونو اتا-زی است. همچنین در مقایسه با دو روش مشابه همین خانواده، روش ارایه شده پایداری و تقارن بیشتری را نشان می دهد که امکان استفاده ی بهینه در مسایل کاربردی را افزایش می دهد.کلید واژگان: روش عددی مرتبه بالا, جریان مافوق صوت, اغتشاش, اتلاف عددی, تابع همواریTwo new higher order version of WENO schemes are introduces and problems are solved to investigate problems containing shocks and disturbances in compressible flow. The solver is capable of solving conservation laws using WENO scheme of up to 7th order. The scheme is a recently developed version of the WENO-η-z method with a modified Global Smoothness Indicator (GSI) of 12th order of accuracy, aimed to decrease numerical dissipation over critical points. The code is primarily investigated trough solving several 1D and 2D problems, including the Sod’s shock tub, Lax’s problem, the Shu-Osher problem, which some are presented here as verification. The 2-D shock-bobble interaction and Richtmyer-Meshkov instability are solved as problems including shocks and disturbances, in which proposed methods are compared with both original WENO- η-z and two similarly modified methodes from recent literature. In these problems, the introduced scheme shows lower dissipation in comparison with the original versions, while having more acceptable stability and symmetry against other modifien versions.Keywords: High order scheme, Supersonic flow, shock-disturbance, numerical dissipation, smoothness indicator
-
پمپ جت یک نوع سیستم پیشرانش دریایی است که تراست لازم را بر اساس روش اختلاف مومنتوم و بر اساس اصول پمپ های جریان محوری ایجاد می کند. سیستم پمپ جت از روتور، استاتور، داکت و هاب تشکیل شده است. در دو دهه اخیر سیستم رانش پمپ جت با توجه به راندمان و عملکرد بالاتر و همچنین سطح نویز پایین تر بیشتر مورد توجه صنایع دریایی بخصوص در حوزه زیرسطحی قرار گرفته است. پمپ جت ها به چهار دسته مختلف روتور-استاتور، استاتور-روتور، رانش از لبه و معکوس گرد طبقه بندی می شوند. در مقاله حاضر تاثیر طول کورد هیدروفویل استاتور بر عملکرد هیدرودینامیکی پمپ جت استاتور-روتور مورد بررسی قرار گرفته است. استاتور در این نوع پمپ جت ها نقش یکنواخت کننده جریان ورودی را داشته و بر روی عملکرد هیدرودینامیکی مجموعه پیشران نقش بسزایی دارد. لذا 5 هندسه با طول کوردهای استاتور L برابر 0.14DR، 0.15DR، 0.16DR، 0.17DR و 0.18DR (قطر روتور:DR) به روش طراحی مستقیم تولید گردید تا به کمک نرم افزارهای تجاری دینامیک سیالات محاسباتی و شبیه سازی عددی بررسی شوند. در بین حالات بررسی شده بیشینه راندمان آب آزاد با مقدار 51/64 مربوط به حالت L=0.18DR و کمینه راندمان آب آزاد مربوط به حالت L=0.15DR با مقدار 53/63 بود. با بررسی سایر نتایج شبیه سازی های انجام شده به نظر می رسد مقدار L=0.18DR به دلیل داشتن حداکثر راندمان آب آزاد (حدود 1% بیشتر نسبت به کمترین مقدار) و محدوده بزرگ تر پوشش دهی ضرایب پیشروی با راندمان بالاتر، یکنواخت و تک روندی بودن ضریب تراست تولیدی و نمودار ضریب گشتاور متعارف نسبت به سایر حالات مورد بررسی برتری دارد.کلید واژگان: پمپ جت, استاتور-روتور, طول کورد, قطر روتور, راندمان آب آزاد, ضریب تراست, ضریب گشتاورPump jet is a type of marine propulsion system that establishes the necessary trust based on the momentum difference method and based on axial flow pumps. The pump jet system is composed of rotors, stators, ducts and hubs. In the last two decades, pump jet propulsion system due to higher efficiency and performance, as well as lower noise level, has been more important for marine industry, especially in the subsurface area. In this paper, the effect of stator hydrofoil chords length on the hydrodynamic performance of the stator-rotor pump jet has been investigated. The stator has an integral role in this type of pump jet and has a significant role on the hydrodynamic performance of the propulsion complex. Therefore, 5 geometries with the length of the stator cords L (DR 0.14, 0.15DR, 0.16DR, 0.17DR and 0.18DR) (rotor diameter: DR) were produced by direct design method to investigate computational fluid dynamics and numerical simulation using commercial software. Among the investigated cases, the maximum open water efficiency (64.51) was related to L=0.18 DR and the minimum open water efficiency was related to L=0.15 DR (63.53). By examining the other results of the simulations, it seems that L=0.18DR is superior to other scenarios due to having maximum open water efficiency (about 1% higher than the lowest value) and the larger coverage area of the leading coefficients with higher efficiency, uniformity and monotrend of the production trust coefficient and conventional torque coefficient graph.Keywords: Pump Jet, Stator-Rotor Pump Jet, Cord Length, Rotor Diameter, Open Water Efficiency, Trust Coefficient, Torque Coefficient
-
در این تحقیق تلاش می شود تا با بررسی ویژگی های مهم و تاثیرگذار بر روی رفتار دماغه مخروطی در جریان مافوق صوت؛ نتایج استفاده ازدیسک های چند ردیفه و تاثیر آن ها برای بهبود رفتار این دماغه مورد بررسی قرار گیرد. از آن جا که یک دماغه مخروطی به علت داشتن نوک تیز در حالت های پروازی نیروی پسای کم اما گرمای آیرودینامیکی بالایی تولید می کند؛ استفاده از آن در سرعت هایی با ماخ بالا مشکل زا می باشد. تغییرات جدیدی که با استفاده از اضافه کردن دیسک های چند ردیفه؛ در طراحی این دماغه مخروطی صورت می-گیرد به این دماغه اجازه می دهد تا علاوه بر حفظ کردن ماهیت خود برای تولید نیروی پسای کم؛ گرمای آیرودینامیکی بالای تولید شده را نیز به صورت موثری کاهش دهد. لذا استفاده از 12 عدد دیسک موجب کاهش حدود 30 درصدی در ضریب نیروی پسا نسبت به دماغه مرجع بدون دیسک و کاهش قابل ملاحظه ای در دمای استاتیکی تولید شده روی سطح دماغه می گردد. لذا این نوع دماغه ویژگی های آیرودینامیکی خود را برای استفاده در سرعت های بالا بهبود بخشیده و امکان استفاده مجدد از این نوع دماغه به جای دماغه مخروطی محض دوباره مطرح می گردد.کلید واژگان: دماغه مخروطی, آیرودیسک های چند ردیفه, جریان مافوق صوت, تحلیل عددی, گرمایش آیرودینامیکیIn this research, authors attempt to investigate the significant and influential characteristics behaviors of the conical nose in supersonic flow as well as discussing the results of using Multi-Row disks and their effects to recognize the behavior of this nose. A cone nose produces low drag and high aerodynamic heat due to sharp tip in flight conditions, which makes it problematic at high speed Mach numbers. Thus, new modifications with the utility of adding Multi-Row disks in the design of this cone nose allows the nose to efficiently reduce the produced aerodynamic heat as well as preserving its nature to produce low drag. Results show that the using 12 disks led approximately 30% reduction in drag coefficient rather than reference nose without disks. It also significantly reduces the static temperature produced on the nose surface. Therefore, this type of nose improves its aerodynamic characteristics that can advise to be used at high speed and raises the possibility of reusing this kind of nose instead of the strict conical one.Keywords: conical nose, Multi-Row disks, supersonic flow, CFD, Aeroheating
-
در این مقاله از روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) با شرط مرزی دینامیک برای شبیه سازی دو بعدی شناوری اجسام استفاده شده است. نوسانات شدید در میدان فشار و سرعت یکی از مشکلات عمده در این روش است. در این مقاله، نوسانات با استفاده از الگوریتم های دلتا و شیفت تصحیح شده اند. شبیه سازی عددی با سه مدل لزجت شامل لزجت واقعی سیال (لایه ای و آشفته)، سیال ایده آل (بدون لزجت) و لزجت مصنوعی انجام شد. اعتبارسنجی این روش حاکی از آن بود که در حالت لزجت مصنوعی و همچنین سیال ایده آل باید از الگوریتم دلتا و در حالت لزجت واقعی سیال باید از الگوریتم های دلتا و شیفت استفاده کرد تا تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی حاصل شود. نهایتا با شبیه سازی آزمایش شناوری با مدل های عددی بهینه بدست آمده، نتایج بیانگر این بودند که روش بهینه در حالت لزجت واقعی سیال نسبت به روش های بهینه دیگر، عملکرد بهتری در مدلسازی حرکت های افقی، عمودی و چرخش جسم شناور داشته است.
کلید واژگان: هیدرودینامیک ذرات هموار, مدل های لزجت, الگوریتم های تصحیح فشار و سرعت, شناوریIn this paper, the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method with dynamic boundary condition has been used to simulate 2D floating of objects. Severe fluctuations in the field of pressure and velocity is one of the major problems in this method. In this paper, the fluctuations have been corrected using Delta and Shift algorithms. The simulation was numerically performed with three viscosity models including real fluid viscosity (laminar and turbulence), ideal fluid (without viscosity) and artificial viscosity. Validation of this method indicated that in the case of artificial viscosity and also ideal fluid, the Delta algorithm should be used and in the case of real fluid viscosity, using Delta and Shift algorithms could establish good agreement with experimental data. Finally, by simulating the floating experiment with the obtained optimal numerical models, the results showed that the optimal method in the case of real fluid viscosity had a better performance in modeling the horizontal, vertical and rotational movements of the floating body than other optimal methods.
Keywords: SPH, viscosity models, pressure, velocity correction algorithms, floating objects -
امروزه، سیستم های پیل سوختی در سیستم های انرژی مورد استفاده قرار گرفته و استفاده از این سیستم ها باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و ارایه سیستمی با بازده بالا شده است. اخیرا پیل سوختی غشایی تبادل پروتونی برای کاربردهای هوافضایی بویژه در هواپیمای بدون سرنشین (پهپاد) مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه، سیستمی برای تولید توان مورد نیاز در مراحل مختلف پرواز همانند برخاست، صعود، بیشینه سرعت و کروز استفاده شده است. همچنین یک مطالعه پارامتری برای نشان دادن تاثیر برخی پارامترهای کلیدی (از جمله چگالی جریان، مساحت سلول، مسافت طی شده برای برخاست، ضریب استوکیومتری هوا) روی پارامترهای عملکردی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مقادیر جریان برای توان مورد نیاز برای مراحل بیشینه سرعت، صعود، برخاست و کروز به ترتیب 8، 576/6، 593/5 و 098/2 آمپر می باشد. طبق نتایج حاصله افزایش مسافت بلند شدن منجر به کاهش توان مورد نیاز و هیدروژن ورودی سیستم می شود. همچنین با افزایش چگالی جریان، توان و هیدروژن مصرفی افزایش درحالی که بازده پیل سوختی و بازده اگزرژی کاهش یافته است.کلید واژگان: پیل سوختی پلیمری, هواپیمای بدون سرنشین (پهپاد), تولید توان, تحلیل ترمودینامیکیNowadays, fuel cell systems are used in energy systems which caused to saving energy, and a high-efficiency system. Recently, Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) has been considered for aerospace applications especially in Unmanned Aerial Vehicle (UAV). In the present study, this system has been used for power generation in the different phase of flight, such as takeoff, climb, maximum speed, and cruise. Also, a comprehensive parametric study is carried out to show the effects of some key parameters (including current density, surface area of the fuel cell, takeoff distance, and stoichiometric air ratio) on the main performance criteria of the PEMFC system. The results indicate that the current values for the power required for maximum speed, climb, takeoff, and cruise are 8, 6.576, 5.593, and 2.098, respectively. According to the results, increasing the takeoff distance leads to a reduction in the required power and the system input hydrogen. Also, with increasing current density, power and hydrogen consumption increase, while fuel cell and exergy efficiency decrease.Keywords: Proton Exchange Membrane (PEM), Unmanned Aerial Vehicle (UAV), Power generation, Thermodynamic analysis
-
در پژوهش حاضر میدان دنباله جریان عبوری از روی یک مدل زیردریایی در تونل باد به صورت تجربی بررسی شده است. آزمایش ها به منظور بررسی اثر محل قرارگیری بالک های انتهایی بر روی جریان دنباله ورودی به پروانه مدل زیرسطحی انجام شده است. به منظور بررسی اثر محل قرارگیری بالک های انتهایی به عنوان مهم ترین نوآوری پژوهش حاضر، بالکهای مذکور در سه موقعیت طولی X/L=0.89, 0.92, 0.95 بر روی پاشنه مدل زیرسطحی نصب شده و جریان دنباله در موقعیت X/L=0.978 و عدد رینولدز 5^10*6 توسط پراب پنج حفره و جریان سنج سیم داغ اندازه گیری شده است. در پایان این بررسی ها موقعیت طولی X/L=0.95 به عنوان مکان بهینه برای قرارگیری بالک های انتهایی به منظور بهبود جریان دنباله ورودی به پروانه از نظر کاهش مساحت کلی و نیز کمترین میزان اغتشاشات و غیریکنواختی انتخاب شده است. نتایج به دست آمده در طول این پژوهش نشان دادند که ورود جریان دنباله پایه نگهدارنده به قسمت پاشنه موجب رشد مساحت ناحیه دنباله شده و باعث افزایش متوسط سرعت و کاهش میزان غیریکنواختی جریان دنباله می شود.
کلید واژگان: مدل زیرسطحی, سطوح کنترلی, تونل باد, پراب پنج حفره, جریان سنج سیم داغ, دنبالهIn the present study, the wake flow field of a submarine model was investigated experimentally in a wind tunnel. The experiments were conducted to determine the effect of the location of control surfaces on the wake inflow to the impeller of the submarine. In order to investigate the effect of the location of control surfaces as the most important innovation of the present study, the aforementioned surfaces were installed in three longitudinal positions X/L=0.89, 0.92, 0.95 on the heel of the submarine model, and the wake flow was measured at position X/L=1.7 and the Reynolds number 6*10^5 by a five-hole probe and a hotwire anemometer. Finally, the longitudinal position X/L=0.95 was selected as the optimal location for the stern planes to improve the wake inflow to the impeller in terms of reducing its total area and the least amount of turbulence and non-uniformity. The results obtained during this study showed that arriving of the holder basechr(chr('39')39chr('39'))s wake to the stern area increases the area and average velocity and subsequently reducing the non-uniformity of the wake flow.
Keywords: Submarine Model, Control Surfaces, Wind Tunnel, Five-hole Probe, hotwire, Wake flow -
تخمین نیروی درگ وارد بر اجسام مختلف همواره موردتوجه محققان بوده است. اصولا این نیرو از دو روش کلی انتگرال گیری روی سطح جسم و روش کاهش مومنتوم در ناحیه دنباله جریان محاسبه می شود. در تحقیق حاضر، محاسبه نیروی درگ در جریان دایم و تراکم ناپذیر حول بدنه یک زیردریایی نمونه، به روش دوم مورد بررسی قرار گرفته و نتایج با داده های آزمایشگاهی موجود اعتبار سنجی شده است. شبیه سازی در نسبت منظری های مختلف در زاویه حمله صفر انجام شده و توانایی این روش در جریان های تحت زاویهحمله نیز بررسی شده است. پارامترهای تاثیرگذار بر نتایج این روش، فاصله نقاط اندازه گیری از یکدیگر، فاصله مقطع داده برداری از بدنه و اندازه ناحیه داده برداری، که در این مقاله پیشنهادهای کاربردی در خصوص انتخاب مقدار مناسب برای هر کدام، ارایه شده است. همچنین سهم مولفه های مختلف فشار، مومنتوم و اغتشاشی در ناحیه دنباله در مقاطع مختلف محاسبه شده است. این نتایج می تواند در تونل بادهایی با طول مقطع کاری کوچک به کار گرفته شود. همچنین نتایج این روش را می توان با نتایج روش متداول انتگرال گیری سطحی مقایسه کرد. در صورت استفاده از نتایج این تحقیق، حداکثر خطا در زاویه حمله صفر و مخالف صفر به ترتیب کمتر از 4% و 16% خواهد بود.
کلید واژگان: اصل کاهش مومنتوم, نیروی درگ, انتگرال گیری ویک, شبیه سازی عددی, زیردریایی استاندارد سابوفHydrophysics Journal, Volume:5 Issue: 2, 2020, PP 113 -125Researchers have recently paid a lot of attention to drag force estimation over different bodies. This force is usually calculated using surface integral over the body and momentum defect method in the wake region. In this research, the steady-state, incompressible drag force calculation around a submarine model is numerically investigated using the latter technique (momentum defect method). Simulations were carried out at different aspect ratios at zero angle of attack and the capabilities of this method at inclined flows were also investigated. The most important parameters which affect the results are the vertex space, the distance of data collection section, and the data collection section size. In this article, practical suggestions are made for each parameter. The contribution of the pressure, momentum, and turbulence term were also evaluated at different cross sections. These findings can be implemented in wind tunnels with small test section length. They can also be used to compare the results with the common CFD surface integral method. By using the results of this research, the maximum error implementing this technique at zero and non-zero angle of attack will be about 4% and 16% respectively.
Keywords: Momentum defect principle, Drag force, Wake integral technique, numerical simulation, DARPA SUBOFF submarine model -
پیش بینی نویز آیروآکوستیکی دوردست از مدل ساختمان بلند استاندارد به کمک اندازه گیری ناپایای فشار سطحی
در مطالعه حاضر، نویز آیروآکوستیکی دوردست ناشی از جریان حول مدل ساختمان استاندارد CAARC متصل به کف در زوایای حمله مختلف به روش نیمه تحلیلی پیش بینی شده است. هدف این مطالعه، محاسبه فشار آکوستیکی دوردست به کمک داده های تجربی فشار سطحی روی مدل است. فشار سطحی روی نقاط مختلف مدل ثبت و سپس با استفاده از این داده ها و معادله FW-H که در یک کد پیاده سازی شده است فشار آکوستیکی در دوردست محاسبه می شود. مشخصات آیرودینامیکی و آکوستیکی جریان و نویز منتشر شده برای جریان حول یک سیلندر مربعی دو بعدی و مدل اصلی ارایه گردیده است. مشخص شد در طیف فشار سطحی مربوط به سنسورهای فشار واقع در وجوه جانبی سیلندر قله مربوط به ریزش گردابه قابل مشاهده است که در هماهنگی با فرکانس ریزش گردابه به دست آمده از جریان سنج سیم داغ بود. عدد استروهال برای مدل بسته به زاویه حمله در محدوده 0.08-0.1 به دست آمد. مشخص شد که الگوی انتشار صدای دوقطبی برای هندسه های سه بعدی نیز قابل مشاهده است که مرتبط با منشا ایجاد آن یعنی پدیده ریزش گردابه است. با توجه به عدم تقارن کامل سطح مقطع مدل مورد بررسی، با تغییر زاویه حمله، صدای پیش بینی شده بسته به محل شنونده رفتار متفاوتی دارد.
کلید واژگان: ساختمان بلند CAARC, نویز آیرودینامیکی, فشار سطحی, معادله FW-H, ریزش گردابهIn the present study, far-field aeroacoustic noise emitted from flow over CAARC tall building model at different angles of attack is investigated. The unsteady surface pressure measurements are conducted in a wind tunnel. The purpose of this study is to estimate the far-field noise emitted by measuring the unsteady surface pressures. The surface pressure data are used as input of a numerical algorithm to solve Fw-H equation. The aerodynamic and aeroacoustic characteristics of flow over a 2D square cylinder and the CAARC model are presented. The results revealed that the peak of vortex shedding frequency could be observed in the spectrum of surface pressure signals of sensors located on the side surfaces of the model. Its frequency is in an excellent agreement with the hot wire measurement results. The Strouhal number for flow around CAARC model changes in the range of 0.08-0.1 depending on the angle of attack. Also dipole pattern for sound radiation was also observed for 3D model which is related to the vortex shedding phenomenon. The effect of angle of attack on the SPL is also dependent to the reciever’s location.
Keywords: CAARC tall building, Aeroacoustic Noise, Surface pressure, FW-H equation, vortex shedding -
Scientia Iranica, Volume:27 Issue: 3, May-Jun 2020, PP 1277 -1289
Surface pressure distributions and boundary layer profiles are measured over the nose surface of a submarine model in a wind tunnel. The tests are conducted for two different nose shapes in order to study the effects of nose shape on the flow field around the model. The influence of Reynolds numbers, which are 0.5×106, 0.8×106 and 106, and pitch angles, α = 0, 5, 10 and 15°, on the surface pressure distribution over the surface of two nose shapes are investigated. Furthermore, the effect of the longitudinal pressure gradient on the boundary layer velocity profiles and the probability of the separation in the plane of symmetry of the nose are studied. It is found that the Reynolds number does not have a significant influence on the nose surface pressure distribution at all pitch angles. The results show that the presence of the adverse pressure gradient in major portion of the blunter nose shape causes the non-dimensional velocity profiles of boundary layer in locations of 0.1≤X/L≤0.23 are deviated from the log layer profile. Therefore the separation on the blunter nose shape is more likely than the other nose at high pitch angle manoeuvres.
Keywords: nose shape, submarine model, boundary layer properties, separation, wind tunnel -
در پژوهش حاضر، برای توسعه ی مساله استوکس نوع دوم، مرز سیال لزج تراکم ناپذیر ساکن، همزمان در دو جهت تحریک می شود. این تحریک دوبعدی ناشی از اثر سرعت موج متحرک، شرط مرزی معادله های ناویر-استوکس خطی دوبعدی می باشد. حل دقیق زمانی-مکانی میدان های سرعت و فشار نشان می دهد، تا ارتفاع 87/1میکرومتر، دامنه ی نوسان سرعت، دارای میرایی سریع و اختلاف فاز بین کمیت ها، متغیر است. سپس، تا ارتفاع یک میلی متر از مرز پایین، دامنه ی کمیت ها دارای میرایی کند می باشد. تغییرات مکانی موج مرزی و تاثیر مولفه های سرعت بر یکدیگر، باعث تشکیل موج فشاری می شود. درضمن، تحریک مرزی دوبعدی، باعث چرخش میراشونده ذره های سیال می شود.کلید واژگان: حل تحلیلی دقیق, سیال تراکم ناپذیر, انتشار موج, اختلاف فاز, گردابهIn the present study, to extend the Stokes' second problem, the bottom edge of viscous incompressible semi-space resting fluid is excited in two dimension, simultaneously. This two-dimensional excitation which is the effect of velocity of two-dimensional travelling wave, is boundary condition for the two-dimensional linear Navier-Stokes equations. The time-space exact solution for fluid velocity and pressure show that the amplitude of oscillating velocity has fast damping in space till 1.87 micron from excited surface. After this height, the amplitude of oscillating quantities has a slowly damping. In the first region (in fast damping region), phase difference between pressure and velocity is changing, but after that there is a region with constant phase difference. The space variation in velocity components of surface wave, together with the coupling of velocity components in main equations, produces pressure wave. It has been found that kinematic effect of vertical and horizontal harmonic motion cause damped rotational motion in fluid.Keywords: analytical solution, Incompressible Fluid, wave propagation, Phase Difference, vortex
-
گردابه های اطراف زیردریایی نویز هیدرودینامیکی زیردریایی را افزایش می دهند و باعث غیر-یکنواختی جریان پروانه می شوند. یک روش مناسب برای کاهش اثرات جریان گردابه ای، استفاده از مولدهای ورتکس است. مولدهای ورتکس دارای چیدمان های مختلفی از جمله چرخش هم راستا و چرخش غیرهم راستا می باشند. در تحقیق حاضر به کمک شبیه سازی عددی با نرم افزار اپن فوم، میدان جریان در اطراف یک مدل زیرسطحی استاندارد با استفاده از چیدمان های مختلف مولدهای ورتکس در زوایای حمله 300≤α≤00 بررسی شده است. استفاده از شبیه سازی عددی در مطالعه حاضر به بررسی فیزیک اثر چیدمان های مولدهای ورتکس روی ساختار گردابه های تشکیل شده در اطراف زیردریایی کمک نمود. در این مطالعه، نتایج حاصل نشان می دهند که استفاده از مولدهای ورتکس با چیدمان چرخش غیرهم راستا باعث کاهش قدرت گردابه، خط جدایش، اندازه ابعاد گرادبه های عرضی و نیروی پسا می شود. مقدار کاهش پسا برای مدل با مولد ورتکس غیرهم راستا در زاویه حمله 30 درجه حدود 14 درصد و در زاویه جانبی 30 درجه حدود 21 درصد می باشد.کلید واژگان: Arrangement of Vortex Generator, Counter-Rotating, Co-Rotating, OpenFOAMThe vortex generated around a submarine has an important influence on the uniformity of the submarine wake at the propeller and hydrodynamic noise. A suitable way to reduce the effects of this separated flow is to use vortex generators. Vortex generators have different arrangement such as counter-rotating and co-rotating. The main goal of the present study is to investigate the flow field around a standard underwater model employing the vortex generator with different arrangement by using the CFD method (OpenFOAM code) in 0°≤α≤30° angles of attack. In this study, the application of CFD simulation which can help us to precisely study the structure of vortical flow field. The results show that counter-rotating vortex generators placed along the submarine do indeed significantly reduce strength of the vortex, line separation, size of cross-flow vortices and drag force. The amount of the drag reduction for the counter-rotating vortex generator is approximately 14% in α=30° and approximately 21% in β=30°.
-
از مهم ترین قسمت های پیل های سوختی پلیمری صفحات دوقطبی می باشد که از طریق مسیر کانال هایی که به عنوان میدان جریان در این صفحات مطرح می گردد، دسترسی گازهای واکنش گر به سطح لایه های کاتالیست برای انجام واکنش های الکتروشیمیایی پیل سوختی امکان پذیر می باشد. تاکنون محققان بسیاری به طراحی میدان جریان های مختلفی برای پیل های سوختی پرداخته اند. گرچه هر یک از مدل های مطرح شده دارای مزایا و معایب مربوط به خود می باشد؛ اما یک طراحی مناسب برای میدان جریان پیل سوختی که توزیع یکنواخت گازهای واکنش گر را روی سطح لایه کاتالیست داشته باشد، دسترسی به عملکرد بالاتر و عمر بیشتر پیل های سوختی را نتیجه می دهد و از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در این تحقیق به معرفی یک الگوی جریان جدید برای میدان جریان پیل سوختی پرداخته شده است و نتایج عددی بدست آمده با یک مدل با آرایش متداول موازی مورد مقایسه قرار گرفته شده است. میدان جریان ارائه شده به صورت مارپیچ اصلاح شده با ابعاد کلی پیل 6400 میلی متر مربع بوده که دسترسی به توزیع یکنواخت گازهای واکنش گر، چگالی جریان و دما ممکن شده است. افزایش 66 درصدی چگالی جریان محدود و رشد 1.7 برابر چگالی توان با اصلاح آرایش برای میدان جریان محقق شده است. در ادامه با در نظر گرفتن نقطه طراحی پیل سوختی بر اساس منحنی چگالی توان مدل جدید ارائه شده، به بررسی مشخصات و توان ویژه پیل سوختی در یک ماموریت هوایی پرداخته شده است و دسترسی به توان مخصوص بالا که در کاربردهای هوایی اهمیت ویژه ای دارد، حاصل شده است.کلید واژگان: پیل سوختی غشاء پلیمری, طراحی میدان جریان, توزیع یکنواخت گازهای واکنش گر, کاربرد هواییOne of the most important parts of the polymer fuel cell is the bipolar plate, which through the channel paths as the flow field in these plates, the availability of reactive gases to the surface of the catalyst layer is possible to carry out the electrochemical reactions of the fuel cell. So far, many researchers have been designing different flow streams for fuel cells, although each of the models has its own advantages and disadvantages, but a suitable design for the fuel cell flow field, which has a uniform distribution of reactive gases on the surface of the catalyst layer, Access to higher performance and longer fuel cell life is very important. In this paper, we introduce a new flow pattern for fuel cell flow field, and the numerical results obtained with a conventional parallel model are compared. The flow-shaped designs have been modified with a spiral and the total dimensions of the cell are 6400 mm 2, which has allowed access to uniform distribution of reactive gases, flow density and temperature distribution. An increase of 66% was achieved with a limited density and increased 1.7 times the power density by adjusting the arrangement for the flow field. Therefore, considering the design of the fuel cell based on the power density curve presented in the new model, the specific characteristics and power of the fuel cell in an air mission have been addressed and the availability of high specific power that is of particular importance in aerial applications is achieved.
-
در مطالعه حاضر، مشخصات آیروآکوستیکی جریان حول یک سیلندر مربعی متصل به کف با ارتفاع محدود در زوایای حمله مختلف بررسی شده است. نسبت منظری مدل مورد بررسی برابر 7 بوده و ضخامت لایه مرزی در محل نصب مدلδ⁄D=4.27 است. آزمایش ها در تونل باد آیرودینامیکی اصلاح شده آکوستیکی انجام گرفتند. هدف اصلی این مطالعه برقراری ارتباط بین میدان های جریان و اکوستیک حول سیلندر مذکور است. نویز ناشی از جریان با استفاده از یک میکروفون اندازه گیری و با جریان سنج سیم داغ به مشخصات جریان ارتباط داده شده است. مشخصات نویز متشر شده بر حسب فرکانس و اندازه بررسی گردیده است. نتایج نشان می دهد که در طیف فشار دوردست برای جریان حول سیلندر مورد بررسی، یک قله در فرکانسی برابر با فرکانس ریزش گردابه (اندازه گیری شده با جریان سنج سیم داغ) دیده می شود. یعنی عامل مهم در انتشار صدا از چنین هندسه هایی پدیده ریزش گردابه است. عدد استروهال به دست آمده برای سرعت سنج سیم داغ و میکروفون برای جریان حول سیلندر با زاویه حمله صفر درجه تقریبا برابر با 0.11 به دست آمد که با مطالعات قبلی سازگاری داشت. ضمنا بیشترین فرکانس ریزش گردابه در سرعت های مختلف مربوط به زاویه حمله 15 درجه به دست آمد. هم چنین مشخص گردید سطح فشار صوتی با افزایش سرعت جریان سطح نویز آیرودینامیکی منتشر شده از سیلندر افزایش می یابد. سطح فشار صوتی کلی در محدوده سرعت بالادست 5-15 m/s در محدوده 84.2-110.95 dB تغییر نمود. زاویه حمله، در مقایسه با سرعت بالادست اثر کمتری بر سطح کلی نویز منتشر شده دارد.کلید واژگان: سیلندر مربعی, نویز آیرودینامیکی, میکروفون, عدد استروهال, ریزش گردابهIn the present research aeroacoustic characteristics of flow over a finite height wall mounted square cylinder at different angles of attack is investigated. The aspect ratio of the model and the boundary layer thickness were 7 and δ⁄D=4.27, respectively. The experiments were done in a acoustically improved aerodynamic wind tunnel. The purpose of this study is to identify correlation between the fluid and the acoustic fields. The flow-induced noise was measured using single microphone. The measured noise is related to aerodynamic characteristics of the flow using a single hot wire. The flow-induced noise of the cylinder is characterized in terms of frequency and magnitude. A sharp pick was observed in the far-field pressure at the vortex shedding frequency in which measured with hot wire anemometer. So, one could be concluded that vortex shedding is a source of aerodynamic noise generation. The strouhal number obtained from two devices was almost equal to 0.11 that is in agreement with previous studies. Also, maximum vortex shedding frequency was measured for α=15°. It is observed that sound pressure level is increased with increasing upstream velocity. The overall sound pressure level ranged between 84.2 and 110.95 (dB) for upstream velocities in the range of 5-15 (m/s). The angle of attack has no important effect on overall sound pressure level.Keywords: Square cylinder, Aeroacoustic Noise, Microphone, Strouhal number, Vortex Shedding
-
در تحقیق حاضر، شبیه سازی عددی منحنی عملکرد و مدل سازی میدان دائم دنباله جریان یک پروانه دریایی مورد مطالعه قرار گرفته است. حل با استفاده از نرم افزار متن باز اوپن فوم و حلگر دائم و تراکم ناپذیر سیمپل فوم انجام شده است. گرادیان ها از الگوریتم خطی گاوس محاسبه شده و معادله فشار با استفاده از روش چند شبکه ای حل شده اند. در این پژوهش، شبیه سازی منحنی عملکرد پروانه در کل بازه عملکردی انجام شده و اثر استفاده از دو مدل اغتشاشی Realizable-k-ε و k-ε-v^2-f بر نتایج بررسی شده است. نتایج بررسی ها نشان می دهد که استفاده از مدل دو معادله ای در تمامی حالت ها، بجز ناحیه نزدیک به حالت بولارد، تطابق خوبی را با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد. در این حالت، زاویه حمله جریان ورودی به پروانه به شدت افزایش یافته و مدل دو معادله ای ضریب تراست را با 24% خطا پیش بینی می کند، درحالی که استفاده از مدل چهار معادله ای بهبود چشمگیری در نتایج ایجاد کرده و خطا را به 5% کاهش می دهد. در حل عددی، دنباله جریان در مقاطع مختلف طولی و شعاعی بررسی شده است که همخوانی خوبی با نتایج تجربی موجود نشان می دهد. بررسی جریان در ناحیه ویک نشان می دهد که رفتار مقطع طولی پائین دست مشابه مقطع بالادست بوده اما بازه تغییرات آن کمتر است. همچنین، بخاطر چرخشی بودن جریان پشت پروانه، مکان زاویه ای نقاط اکسترمم مولفه های ویک، دوران می کند. همچنین نتایج بدست آمده نشان می دهد که در نزدیکی ناحیه گردابه نوک پره، تغییرات مولفه سرعت محوری ویک بسیار شدید بوده و سهم مولفه های محوری و مماسی سرعت در خارج از این ناحیه، ناچیز است.کلید واژگان: پروانه, ضریب تراست, منحنی عملکرد, شبیه سازی دنباله جریان, اوپن فومIn the present research, numerical simulation of the characteristic chart and steady-state Wakefield flow around a marine propeller is conducted. Solutions were performed using the open-source OpenFOAM software and the steady incompressible simple-Foam solver. The gradients were calculated using the linear Gauss algorithm, and the pressure equation was solved with the multi-grid method. In this research, characteristic chart simulation of the propeller was carried out for the entire operational conditions and the effect of using Realizable-k-ε and k-ε-v^2-f turbulence models on the results was investigated. The results were found to be in good agreement in all conditions except for the near bollard region. In this region, the propeller inlet angle of attack severely increased, and the two equation model predicted the thrust coefficient with 24% error, while implementing the four equation model significantly developed the results and decreased the error to 5%. The wake region parameters were also investigated in the numerical simulations at different longitudinal and radial cross sections behind the propeller which showed good agreement compared with the available experimental data. Wake region investigation showed that the flow behavior in downstream cross sections is similar to the corresponding upstream section with smaller variation ranges and for the swirling flow behind the propeller, the maximum and minimum angular position of the wake components rotates. The obtained results also show that the wake axial velocity component deviation is extremely large at the blade tip.Keywords: Propeller, Thrust Coefficient, characteristic chart, Wake flow simulation, OpenFOAM
-
در این مطالعه، ساختار جریان پشت سیلندر مربعی سه بعدی به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت استخراج مشخصات فیزیکی ساختار جریان در عدد رینولدز 104 از یک کاوشگر پنج حفره استفاده شده و توزیع سرعت متوسط، فشار کل، فشار استاتیک، خطوط جریان و ورتیسیته ارائه شده اند. برای کالیبراسیون کاوشگر پنج حفره به جای استفاده از روش های مرسوم کالیبراسیون، سیستم های شبکه عصبی و به طور مشخص تابع اساسی شعاعی به کار گرفته شده اند. با معرفی تعدادی از معیار های آماری و با مقایسه روش مطالعه حاضر با روش درون یابی خطی و روش انطباق منحنی چند جمله ای از مرتبه پنج، مشخص گردید تابع اساسی شعاعی دارای دقت مناسب و خطای کم تری در کالیبراسیون کاوشگر پنج حفره است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که گردابه های نوک و پایه سیلندر با افزایش فاصله از سیلندر ضعیف تر می گردند. افزایش اندازه ناحیه دنباله در صفحات عرضی در نزدیکی انتهای آزاد سیلندر کمترین مقدار خود و در قسمت میانی بیشترین مقدار خود را داراست. هم چنین به اثر تغییر شکل انتهای آزاد سیلندر مربعی بر میدان فشار کل پشت سیلندر و بردار های سرعت در صفحات مختلف پرداخته شده است. ملاحظه شده است که در سیلندر مربعی با انتهای آزاد نیم بیضوی، ارتفاع و پهنای ناحیه دنباله به طور قابل توجهی نسبت به سیلندر سه بعدی با انتهای تخت کاهش می یابد. نتایج به خوبی اثر لایه برشی جدا شده از انتهای آزاد سیلندر را بر مشخصات فیزیکی جریان نشان می دهند.کلید واژگان: سیلندر, کاوشگر پنج حفره, گردابه, شبکه عصبی, انتهای آزادIn the present study, wake structure downstream a 3D square cylinder is experimentally investigated. The contours of mean velocity, total pressure, static pressure and vorticity are presented for the wake region. Five-hole probe is used for extracting the required wake properties and determining the flow structure. A novel neural network method is used for calibrating the five hole prob. The calibration map obtained by this method is compared with the conventional linear and 5th order polynomial surface fit algorithms. Based on the statistical parameters of calibration data, it is shown the neural network algorithm is more accurate and works faster than the other methods. Experimental results showed that with increasing the distance from the cylinder, tip and base vortices are weakened, the height of wake region decreases while its width increases simultaneously. The effects of free end shear layer on the flow structure are clarified in the results. Downwash flow from free end of cylinder and upwash flow from the bottom wall decrease the width of the wake region near top and bottom of cylinder in comparison with the mid-height region. The effect of free end shape of a finite square cylinder is also investigated. The shear layer separated from the free end plays an important role.Keywords: Square cylinder, Five-hole probe, neural network, Vortex, free end
-
در این تحقیق جریان حول مقطع بال NACA2415 در رژیم های مختلف و در حضور و عدم حضور ملخ به کمک دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی گردید. برای پیش بینی محل گذار لایه مرزی، از دو روش بهره گرفته شد: در روش اول از تاریخچه زمانی نوسانات ضریب پسای اصطکاکی در تخمین محل پیدایش و طول ناحیه گذار استفاده گردید. در روش دوم مدل گذار γ-〖Re〗_θ برای شبیه سازی گدار جریان آرام به آشفته بکار رفت. به منظور مقایسه تاثیر پیش بینی گذار، شبیه سازی با یک مدل آشفتگی که جریان را با فرض کاملا آشفته مدل سازی می کند نیز تکرار و نتایج هر دو تحلیل با داده های تجربی مقایسه گردیده اند. بررسی نتایج حاکی از دقت مناسب روش عددی در تخمین پارامترهای آیروینامیکی، با لحاظ نمودن گذار جریان آرام به آشفته است. در حالیکه شبیه سازی کاملا آشفته تا 70% خطا در محاسبه ضریب پسای مقطع دارد، با تخمین گذار این مقدار حداکثر به 10% کاهش می یابد. با حضور ملخ علاوه بر تغییر در الگوی جریان، مشخصه های لایه مرزی در طول دهانه بال تحت تاثیر قرار می گیرد. تغییر در توزیع برآ و مکان آغاز گذار لایه مرزی نتیجه قرارگیری بال در جریان لغزشی ملخ است. جریان لغزشی ملخ، مولفه عمودی سرعت بر روی سطح بال را افزایش داده، گذار جریان آرام به آشفته به تاخیر می افتد. سطح بالایی بال در ناحیه فرووزش مشمول این تاثیر بوده و در مقابل در ناحیه فراوزش جریان، گذار نزدیکتر به لبه حمله رخ می دهد. افزایش دور ملخ باعث تشدید این رویه می گردد.کلید واژگان: گذار, لایه مرزی آرام, آشفتگی, ملخThis work aims to prediction of laminar/turbulent transition which plays an important role on aerodynamics of wing section. In this respect the flow around the NACA2415 airfoil simulated in a Computational Fluid Dynamics (CFD) solver in different regimes with and without propeller flowfield. For predicting the transition onset, two approaches were used: The first is based on time history of the skin-friction coefficient for determining the transition onset and the transition length on the airfoil. The second is to apply transition γ-〖Re〗_θ model for laminar/turbulent transition simulation. For investigation of transition effect, the simulation repeated by use of a classical turbulent model and both results was compared with experimental data. The comparison shows that taking into account the transition effects gives a good agreement with experiment. Relative error of calculated drag coefficients for the transition based simulation is lower than 10%, while fully turbulent simulation are 70% overestimated in some incidences. Slipstream of upstream propeller changes flow pattern and boundary layer characteristics over the wing. Indeed in presence of propeller, spanwise load distribution and laminar/turbulent transition onset were affected. In propeller flowfield, increasing of velocity normal component over wing surface causes transition delay. Movement of transition onset to trailing edge on the upper surface in propeller downwash is representative of such phenomenon. On the other hand, in upwash region, the transition onset moves upstream. With the increasing propeller rotational speed, this tendency augments and so the transition onset on the wing upper surface moves far downstream in propeller downwash.Keywords: Transition, Laminar Boundary Layer, Turbulence, Propeller
-
گردابه نعل اسبی در اطراف تلاقی برجک-بدنه زیردریایی ایجاد شده و تاثیر مهمی در یکنواختی جریان ویک پروانه زیردریایی دارد، و نمی توان اثر گردابه نعل اسبی را روی عملکرد هیدرودینامیکی زیردریایی نادیده گرفت. گردابه نعل اسبی نویز هیدرودینامیکی زیردریایی را افزایش می دهد و باعث غیر-یکنواختی جریان پروانه می شود. یک روش مناسب برای کاهش اثرات جریان گردابه ای، استفاده از مولدهای ورتکس است. در تحقیق حاضر به کمک روش مرئی سازی با روغن و شبیه سازی عددی با نرم افزار اپن فوم، میدان جریان در اطراف یک مدل زیرسطحی استاندارد با استفاده از مولدهای ورتکس در زوایای حمله 300≤α≤00 بررسی شده است. استفاده از روش آزمایشگاهی در تونل باد و شبیه سازی عددی در مطالعه حاضر به بررسی فیزیک اثر مولدهای ورتکس روی ساختار گردابه های تشکیل شده در اطراف زیرسطحی کمک نمود. در این مطالعه، نتایج حاصل نشان می دهند که استفاده از مولدهای ورتکس باعث کاهش قدرت گردابه نعل اسبی، خط جدایش، اندازه ابعاد گرادبه های عرضی و نیروی پسا می شود.کلید واژگان: جسم زیرسطحی, مولد ورتکس, مرئی سازی جریان, اپن فومThe horseshoe vortex generated around the sail-body junction of a submarine has an important influence on the uniformity of the submarine wake at the propeller and hydrodynamic noise. The influence of the horseshoe vorex on the submarine performance is not negligible. A suitable way to reduce the effects of this separated flow is to use vortex generators. The main goal of the present study is to investigate the flow field around a standard underwater model employing the vortex generator by using the oil flow visualization method and CFD method (OpenFOAM code) in 0°≤α≤30° angles of attack. In this study, the application of experimental method in wind tunnel and CFD simulation which can help us to precisely study the structure of vortical flow field. The results show that Vortex Generators placed along the submarine do indeed significantly reduce strength of the horseshoe vortex, line separation, size of cross-flow vortices and drag force.Keywords: Submarine model, Vortex Generator, Flow Visualization, OpenFOAM
-
در این پژوهش اثر موقعیت برجک بر روی بدنه زیردریایی بر رفتار جریان پایین دست برجک به صورت تجربی در تونل باد بررسی شده است. برای اندازه گیری میدان جریان سه بعدی از پراب پنج حفره استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که پراب پنج حفره به خوبی قادر به تعیین ویژگی های گردابه نعل اسبی می باشد. هم چنین مشخص شد که گردابه نعل اسبی با حرکت برجک به سمت دماغه کوچک تر می شود. هرچه برجک روی بدنه نزدیک به دماغه نصب شود، گردابه وارد شده به جریان پروانه اثر نامطلوب کمتری دارد.کلید واژگان: مدل زیرسطحی, برجک, تونل باد, گردابه نعل اسبی, پراب پنج حفرهThe effect of sail position on the downstream flow field of the sail is investigated in the wind tunnel. A five-hole pressure probe is used to measure the 3D flow field. The investigation of the five-hole results shows that the five-hole measurements can determine the horseshoe vortex structure. Also, the results show that the horseshoe vortexes become smaller by forward moving of the sail on the body to the nose. Therefore, if the sail is mounted on the hull near the bow, the performance of the impeller increases and nose level decreases.Keywords: Horseshoe vortex, Submarine model, Sail, Wind tunnel, Five, hole probe
-
در این پژوهش جریان گردابه ای روی بال مثلثی با زاویه پسگرایی 70 درجه و تاثیر تغییرات زاویه حمله بر گردابه های تشکیل شده روی بال مثلثی به کمک تونل دود و نور لیزر به روش آشکارسازی جریان بررسی شده است. برای این منظور، از مدل اسپالارت آلماراس نرم افزار فلوئنت برای بررسی عددی استفاده شده است. مطالعات پیشین نشان می دهد که تغییرات زاویه حمله بیشترین اثر را بر گردابه های تشکیل شده روی بال می گذارند، لذا در این پژوهش تاثیر زاویه حمله بر اندازه، مکان فروپاشی گردابه و ایجاد پدیده واماندگی روی بال بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش زاویه حمله سبب بزرگتر شدن گردابه های روی بال و افزایش فاصله مرکز گردابه از سطح می شود. بزرگتر شدن گردابه سبب افزایش نیروی برا و بالارفتن قدرت مانور هواپیما می شود. زاویه حمله های بالا بی نظمی ناگهانی در ساختار گردابه لبه حمله ایجاد می کنند که فروپاشی گردابه گفته می شود و باعث کاهش قدرت مانور هواپیما می گردد.کلید واژگان: آشکارسازی جریان, بال مثلثی, زاویه حمله, فروپاشی گردابه, زاویه پسگراییIn this study, the vertical flow on a sharp edged, 70 degrees swept back delta wing was experimentally investigated in a smoke tunnel, using laser sheet technique. Previous studies show that changing Reynolds number has little effect on the vortex structure of sharp edged delta wings, although the angle of attack has the major effect. Furthermore, Spalart Almaras model is used for numerical investigation on the delta wing. The effect of angle of attack on size and break-down location of the vortices on the wing was studied. The results show that increasing of the angle of attack increases the size of the vortices and the height of the vortex core to the wing surface as well. The bigger vortex on a delta wing leads to increasing the lift of the wing and it increases the maneuverability of the aircraft. Abrupt changes occur in the structure of the vortices at very high angles of attack which is designated as vortex break-down. The vortex break-down causes intense oscillation of the surface pressure of the wing and it decreases the aircraft maneuverability.Keywords: flow visualization, delta wing, angle of attack, vortex break down, sweep angle
-
در پژوهش حاضر میدان دنباله جریان عبوری از روی یک مدل زیردریایی در تونل باد به صورت تجربی بررسی شده است. این آزمایش ها در 4 صفحه متفاوت پایین دست مدل در موقعیت های 5/1و 25/1، 1، 85/0X/L= در عدد رینولدز 105×78/5 (بر اساس طول مدل) به وسیله یک پراب پنج حفره انجام شده است. در این پژوهش اثر عوامل مختلف مانند تغییر عدد رینولدز، نصب زبری مصنوعی بر روی سطح دماغه مدل، نصب قسمت های اضافه روی مدل و تغییر شکل دماغه بر روی میدان جریان دنباله بررسی شده است. نتایج این بررسی ها نشان داده اند که نصب زبری مصنوعی اثر چندانی بر روند کلی توزیع سرعت در ناحیه دنباله مدل نداشته است. همچنین با افزایش عدد رینولدز میزان افت سرعت در مرکز ناحیه دنباله مدل به علت کوچک شدن ناحیه جدایش جریان بر روی سطح پاشنه مدل،کاهش یافته است. حضور قسمت های جانبی بر روی سطح مدل باعث رشد مساحت ناحیه دنباله می شود. بررسی اثر تغییر شکل دماغه مدل زیردریایی بر میدان دنباله که از مهمترین نوآوری های این تحقیق بشمار می رود، نشان می دهد که حضور دماغه غیر تقارن محوری (مدل تانگو) بر روی مدل باعث می شود که سرعت در مرکز کانتور نسبت به حالتی که دماغه ها با شکل تقارن محوری (استاندارد و سابوف) روی مدل نصب هستند، افت بیشتری داشته باشد.
کلید واژگان: دنباله, مدل زیردریایی, پراب پنج حفره, تونل بادIn present study, the wake flow field of a submarine model was investigated experimentally in a wind tunnel. These experiments were conducted in four different locations X/L= 0.85, 1, 1.25 and 1.5 downstream of the model at Reynolds number of 3.85×105 by a five hole probe. The effect of various factors such as the variation of Reynolds number, the installation of the trip strip on the model nose surface, the mounting of the appendages on the submarine bare hull model and the nose shape effect on the wake structure were investigated in this study. The results showed that the installation of the trip strip on the nose surface did not have recognizable effects. By Increasing the Reynolds number, the amount of the dropping velocity in the wake field decreased due to the decreasing of the separation region on the after-body section. Presentation of the appendages on the model surface lead to the increasing of the wake area. The effect of the nose shape on the wake of the submarine model is the main innovation in the present work. Investigations showed that the velocity in the central part of the wake for non-axisymmetric nose shape (TANGO) decreased in comparison with the axisymmetric nose shape (SUBOFF and STANDARD).Keywords: Wake, Submarine model, Five, hole probe, Wind tunnel -
بررسی میدان جریان اطراف اجسام تقارن محوری که تشکیل دهنده بدنه اصلی هواپیماها و زیرسطحی ها می باشد، مورد توجه محققین زیادی قرار دارد. زیردریایی ها هنگامی که در حال مانور چرخشی هستند، جدایش عرضی را ایجاد می کنند که این جدایش نیروهای هیدرودینامیکی بالایی را تولید می کنند. جدایش روی بدنه ساده یک جسم زیرسطحی بسیار پیچیده می باشد. ارزیابی این جریان های گردابه ای باعث بهبود در عملکرد و طراحی وسیله می شود. این جریان های گردابه ای، روی آکوستیک، پسای بدنه و مانورپذیری تاثیرگذار می باشد. یک روش مناسب برای کاهش اثرات جریان گردابه ای، استفاده از مولدهای ورتکس است. در تحقیق حاضر به کمک روش مرئی سازی با روغن و شبیه سازی عددی با نرم افزار متن باز اپن فوم، میدان جریان در اطراف مدل زیرسطحی استاندارد سابوف با استفاده از مولدهای ورتکس در زوایای حمله 300 ≤ α ≤ 00 بررسی شده است. استفاده از روش مرئی سازی با روغن و شبیه سازی عددی در مطالعه حاضر به بررسی بیشتر فیزیک اثر مولدهای ورتکس روی ساختار گردابه های تشکیل شده در اطراف زیرسطحی کمک شایانی خواهد کرد که به عنوان نوآوری این تحقیق محسوب می شود. در این مطالعه، نتایج حاصل نشان می دهند که استفاده از مولدهای ورتکس باعث کاهش خط جدایش، اندازه ابعاد گرادبه های عرضی و نیروی پسا می شود.
کلید واژگان: مدل زیرسطحی, مولد ورتکس, مرئی سازی جریان, اپن فومThe fThe flow field around the axisymmtric stream lined bodis which forms the main body of the airplaines and submarines has been the subject of several researches. Turning maneuvers of submarines result in cross flow separation that generates large hydrodynamic forces. The separation of a simple axisymmetric body is very complex in nature. Understanding these vortical flows is paramount to improving vehicle performance and design. A suitable way to reduce the effects of this separated flow is to use vortex generators. The main goal of the present study is to investigate the flow field around a Suboff standard underwater model employing the vortex generator by using the oil flow visualization method and CFD method (OpenFOAM code) at 0° ≤ α ≤ 30° angles of attack. The novelty of the this study is the application of oil flow visualizing method and CFD simulation which can help us to precisely study the structure of three-dimensional vortical flow field. The results show that Vortex Generators placed along the submarine do indeed significantly reduce cross flow separation, size of vortices and drag forces.Keywords: Submersible model, Vortex generator, Flow visualization, OpenFOAM -
تمرکز مطالعه ی حاضر بر روی گذر جریان آرام به آشفته حول ایرفویل متقارن SD8020 در جریان آزاد و تحت پدیده ی اثر سطح با اعداد رینولدز پایین چهار هزار در زوایای حمله 5 و 8 درجه می باشد. برای حل معادلات RANS ناپایای حاکم بر جریان از روش حجم محدود استفاده شده است. نتایج با داده های تجربی دیگران مقایسه شده و مطابقت خوبی در پیش بینی ضرایب آیرودینامیکی تحت اثر پدیده ی سطح و جریان آزاد با اعداد رینولدز پایین مشاهده می شود. در الگوریتم عددی استفاده شده برای کوپل کردن میدان های سرعت و فشار از روش SIMPLEC و برای گسسته سازی معادلات ممنتوم از روش مرتبه ی دوم و جهت مدل سازی آشفتگی جریان از مدل چهار معادله ای Transition-SST استفاده شده است. نتایج نشان می دهد روش حل عددی استفاده شده به منظور شبیه سازی جریان با عدد رینولدز پایین، قادر به تشخیص گردادیان فشار معکوس بوده و حباب های جدایش و گذر جریان آرام به آشفته لایه مرزی مشاهده گردیده است. همچنین نتایج نشان می دهد محل تشکیل حباب جدایش آرام، طول آن و گذر جریان آرام به آشفته تحت تاثیر حضور سطح زمین قرار می گیرد بطوریکه تحت تاثیر اثر سطح، محل گذر جریان و تشکیل حباب به لبه حمله ایرفویل متمایل شده و توزیع فشار روی ایرفویل تحت تاثیر تغییر محل تشکیل حباب ها می باشد بطوریکه در محل تشکیل حباب های جدایش آرام، توزیع فشار دچار تغییر روند گرددکلید واژگان: جریان در اعداد رینولدز پایین, گذر جریان, لایه مرزی, اثر سطح, دینامیک سیالات محاسباتیThis study focuses on transition of laminar to turbulent flow around a symmetrical airfoil at a low Reynolds number in free flow and flow near the ground at different angles of attack. Finite volume method is adopted to solve the unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equation. Flow around the symmetrical airfoil SD8020 at a low Reynolds number (4000) at 5 and 8 degree angle attack has been simulated in free stream and near the groundnumerically. Current numerical result is compared with other’s experiment and numerical result in free flow at low Reynolds number and flow in ground effect that good agreement has been obtained in aerodynamic coefficient prediction. SIMPLEC method is used for pressure and velocity coupling and flow equations discrete with Quick method. Transition-SST model is used for modeling turbulence of flow. Result shows that the current numerical method can detect adverse pressure gradient، laminar separation bubble and transition of laminar flow to turbulent. According to the result، in ground effect location of laminar separation bubble، length of bubble and location of transition is moved to leading edge and pressure distribution is effected by location of laminar separation bubble.Keywords: Flow at low Reynolds numbers, Transition, Boundary Layer, Ground effect, CFD
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.