دانلود پایان نامه ارشد درمورد مقایسه نتایج و نتایج تجربی


Widget not in any sidebars

شکل ‏28- شبکه ایجاد شده حول ایرفویل NACA0012 در روش شبکهبندی متحرک
شکل ‏29- شبکه ایجاد شده حول ایرفویل NACA0012 پس از دوران در روش شبکهبندی متحرک
استفاده از شبکه لغزشی
شبکهبندی لغزشی حول ایرفویل NACA0012 شبکهای بیسازمان با 100520 سلول (شکل ‏210) و دارای لایه مرزی بوده و میباشد. فاصله اولین گره تا سطح ایرفویل 0002/0 با نرخ رشد 1/1 به تعداد 20 عدد میباشد. در شکل ‏211 شبکهبندی این ایرفویل پس از دوران نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود در این روش، شبکهبندی بدون تغییر باقی میماند.
شکل ‏210- شبکه ایجاد شده حول ایرفویل NACA0012 در روش شبکهبندی لغزشی
شکل ‏211- شبکه ایجاد شده حول ایرفویل NACA0012 پس از دوران در روش شبکهبندی لغزشی
نتایج
برای بررسی جریان در سرعتهای کم و زوایای حمله زیاد به عنوان نمونه جریان حول ایرفویل NACA0012 با استفاده از مدل آشفتگی K – ω (SST)و به دو روش شبکهبندی متحرک و لغزشی مورد مطالعه قرار گرفته است. در شکل ‏212 خطوط همتراز سرعت و همچنین خطوط جریان در نزدیکی جسم در زمانهای مختلف نوسان ایرفویل نشان داده شده است.
نتایج حل در این شکلها از حل به روش شبکهبندی لغزشی و با مدل آشفتگی K – ω (SST) تهیه شدهاند.
شکل ‏212-خطوط همتراز سرعت حول ایرفویل NACA0012
در این جریان به دلیل زاویه حمله اولیه و دامنه نوسان زیاد پدیده جدایش اتفاق افتاده است. هر تغییری در گردش حول مقاطع در جهت دهانه جسم، باعث انتشار گردابههای آزاد از منطقه لبه فرار به درون دنباله جریان میشود. این انتشار دنباله گردابهای، مهمترین مشخصه ایرفویلهای غیردائم میباشد.
واماندگی دینامیکی با گذشتن ایرفویل در حالت نوسان پیچشی از زاویه حمله واماندگی استاتیکی شروع میشود. در این نقطه هیچ تغییر مهمی در جریان لزج و یا غیر لزج حول ایرفویل دیده نمیشود. شروع اغتشاشات در جریان لزج زمانی است که جریان در نزدیکی سطح ایرفویل و در پشت ایرفویل معکوس میشود. این فرآیند معکوس شدن جریان به سمت لبه حمله ایرفویل گسترش مییابد. سپس در یک زاویه حمله مشخص (این زاویه حمله به پارامترهای بسیاری از جمله شکل ایرفویل، نرخ پیچش، فرکانس پیچش، عدد رینولدز و عدد ماخ بستگی دارد)، جریان لزج از حالت نازک و چسبیده به سطح خارج میشود. بزرگ شدن گردابه و حرکت آن از لبه حمله تا لبه فرار، باعث القاء ممان پیچشی قوی بر روی ایرفویل میشود. در این حالت یک جریان کاملا جدا شده بر روی سطح بالایی ایرفویل حاکم میشود. پس از آن جریان دوباره از لبه حمله، شروع به چسبیدن بر روی سطح مینماید[1].
بطورکلی واماندگی ممان و نیروی برآ در حالت دینامیکی را میتوان به این صورت تعریف کرد که دلیل اصلی در واماندگی ممان، رشد و شروع انتشار گردابه است و در نقطهای که توزیع فشار به گونهای تغییر یافته که در نتیجه آن ممان پیچشی به اندازه قابل ملاحظهای در جهت منفی افزایش یابد، رخ میدهد. اما واماندگی نیروی برآ، در نتیجه انتشار گردابه میباشد و بطور کلی به نقطهای گفته میشود که در آن لایه مرزی به اندازهای جدا شده باشد که با افزایش بیشتر زاویه حمله دیگر نیروی برآ افزایش نیابد[1].
در این ایرفویل، واماندگی از نوع شدید است. شروع واماندگی شدید با شکلگیری اغتشاش گردابهای قوی، از منطقه لبه حمله میباشد. این گردابه از لایه مرزی انتشار مییابد و بر روی سطح بالایی ایرفویل به سمت پایین دست حرکت میکند. اندازه منطقه تداخلی لزج در این حالت، بزرگ بوده و ضخامت لایه لزج در طی فرآیند انتشار گردابه، در مرتبه وتر ایرفویل میباشد. در توسعه واماندگی شدید، ترکیبی از بزرگ بودن دامنه نوسانها، نرخ پیچش بالا (در مورد حرکت پیچشی) و بزرگ بودن بیشترین زاویه حمله، نقش دارند. اگر این شرایط وجود داشته باشد و عدد ماخ جریان آزاد در اندازه کوچکی باشد که باعث تشکیل امواج شوک در لبه حمله نشود (مشابه جریان حول ایرفویل NACA0012)، رفتار کیفی جریان در این واماندگی تقریبا نسبت به جزئیات حرکت همچون حرکت ایرفویل، هندسه ایرفویل، عددرینولدز و عدد ماخ غیرحساس خواهد بود.
به طورکلی میتوان گفت مقدار کمی بارهای آیرودینامیکی، به تاریخچه زمانی زاویه حمله در محدودهای که این زاویه از مقدار زاویه واماندگی استاتیکی بیشتر میشود بستگی دارد. در ضمن اثرات غیر دائم بودن با افزایش نرخ پیچش یعنی نرخ تغییر زاویه حمله ایرفویل افزایش مییابد.
برای بررسی دقیقتر جریان حول ایرفویل NACA0012 به مقایسه نتایج حاصل از حل عددی توزیع ضریب برآ با نتایج تجربی پرداخته شده است. در شکل‏213 و شکل‏214 نتایج حل عددی با مدل آشفتگی K – ω (SST) با نتایج تجربی در دو روش متحرک و لغزشی در دو گام زمانی 001/0 و 01/0 نشان داده شده است.
شکل‏213- توزیع ضریب برآ حول ایرفویل نوسانی NACA0012 در گام زمانی 001/0
شکل‏214- توزیع ضریب برآ حول ایرفویل نوسانی NACA0012 در گام زمانی 01/0
همانطور که در نمودار مشاهده میشود نتایج حل عددی با دو روش شبکهبندی ذکر شده بسیار به هم نزدیک میباشد با این تفاوت که روش شبکهبندی لغزشی به زمان کمتری برای همگرایی نیاز دارد و در واقع هزینه محاسباتی کمتر آن، مزیت این روش را نسبت به شبکهبندی متحرک نشان میدهد.
همانطور که میدانیم ضریب نیروی برآی ایرفویل در حالت غیردائم تا قبل از زاویه واماندگی دینامیکی با افزایش زاویه حمله، زیاد میشود. شیب منحنی برآ در حالت دائم و غیردائم یکی است ولی مقدار نیروی برآی تولید شده توسط یک ایرفویل مشخص در حالت غیردائم متفاوت از مقدار آن در حالت دائم میباشد. معمولا حرکت دینامیکی باعث افزایش مقدار ضرائب آیرودینامیکی میشود. چگونگی این افزایش و مقدار آن تحت تأثیر عوامل مختلفی است.
اصلیترین و مهمترین پارامتر مؤثر در ضرایب آیرودینامیکی غیردائم، فرکانس کاهش یافته است. با افزایش فرکانس کاهش یافته مقدار ضریب نیروی برآ و گشتاور پیچشی زیاد میشود و پدیده واماندگی به تأخیر میافتد. در واقع میتوان گفت نیروهای آیرودینامیکی علاوه بر اینکه هم چون جریان دائم تابعی از عدد رینولدز و عدد ماخ هستند، در یک جریان غیردائم تابعی از فرکانس کاهش یافته نیز میباشند و درجه غیردائم بودن جریان را فرکانس کاهش یافته مشخص میکند. به طوری که در صورت صفر بودن فرکانس کاهش، جریان دائم است. با افزایش آن تا مقدار حدودا 05/0 جریان شبه دائم و با افزایش آن تا 2/0 جریان غیردائم میشود. با بیشتر شدن فرکانس کاهش یافته از مقدار 2/0 جریان به شدت غیردائم خواهد بود[1].
عوامل مختلف دیگری نیز همچون دامنه نوسان و زاویه حمله ایرفویل بر ضرایب آیرودینامیکی ایرفویل در جریان غیردائم تأثیر دارند. از دیگر عوامل مؤثر میتوان به نوع حرکت ایرفویل اشاره کرد. درحرکتهای مختلف ضرایب آیرودینامیکی تولید شدهاندکه با هم تفاوت دارند. در حرکت پیچشی، پارامتر مهمی که تأثیر زیادی بر روی ضرایب دارد، موقعیت محور پیچش است. هر چه محور پیچش به لبه حمله نزدیکتر شود، میزان نیروی آیرودینامیکی برآ افزایش خواهد یافت[1].
همانطور که در بخش قبل نیز بیان شد، در نوسان ایرفویل حول زاویه حمله متوسط بعد از واماندگی،جدایش جریان و اثرات ویک ایجاد شده غالب است. این امر باعث می شود که برعکس نوسان در زاویه قبل از واماندگی، ایرفویل در پایین آمدن مقدار ضریب برآی پایین تری نسبت به حالت پایا (استاتیک) تجربه میکند (تاخیر فاز) و در حالت بالا رفتن ضریب برآی بالاتری نسبت به حالت پایا دارد (تقدم فاز). در مورد ضریب ممان پیچشی این جهت کاملاً برعکس است. برای مقایسه بیشتر، توزیع ضریب پسا (شکل ‏215) و ضریب پیچشی (شکل ‏216) با استفاده از مدل آشفتگی K – ѡ (SST) به همراه شبکهبندی لغزشی در گام زمانی 001/0 نشان داده شده است.
شکل ‏215- توزیع ضریب پسا حول ایرفویل نوسانی NACA0012در گام زمانی 001/0