بررسي عددي رفتارِ متفاوت برون روي گاز دمشي در ساختار اَبَر كاواك دمشي

Numerical investigation of different gas leakage behavior in ventilated cavitating flow structure

دو پارامتر اساسي، عدد فرود و ميزان ضريب گاز دمشي در تشكيل اَبَركاواك دمشي بسيار مؤثر مي‌باشند. هدف از ارائه اين مقاله بررسي عددي رفتارِ متفاوت برون روي گاز دمشي در ساختار اَبَركاواك دمشي است، كه با نتايج تجربي مقايسه مي‌گردد. شبيه‌سازي عددي با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت، مدل مخلوط همگن با احتساب سرعت لغزشي براي هر فاز، و مدل اغتشاش تركيبي(DES) با در نظر گرفتن نيروي جاذبه انجام پذيرفت. نتايج نشان مي‌دهد، در اعداد فرود مختلف، وقتي‌كه ضريب گاز دمشي Qv ثابت است، دو مكانيزم برون روي گاز دمشي به وجود مي‌آيد، الف) گردابه استوانه‌اي پيچشي، كه مخلوطي از گاز دمشي و بخارآب بوده و در امتداد جسم تشكيل مي‌گردد. ب) دو گردابه لوله‌اي توخالي كه شامل گاز دمشي مي‌باشد و در امتداد جسم، به سمت بالا متمايل مي‌گردد . با افزايش عدد فرود، كاواك از حالت دو گردابه لوله‌اي توخالي به حالت گردابه استوانه‌اي پيچشي تغيير حالت مي‌دهد. وقتي‌كه عدد فرود ثابت است، با افزايش ميزان ضريب گاز دمشي كاواك بزرگ مي‌شود و نيروي جاذبه بر شكل كاواك تأثير مي‌گذارد. مدل اغتشاش (DES) كه از تركيب دو مدل اغتشاش ) (SST k – ω و مدل (LES) مي‌باشد در شبيه‌سازي دو گردابه لوله‌اي توخالي مناسب مي‌باشد.

In ventilated cavitating flow structure, two parameters are very important, Fr number and gas entrainment coefficient .The objective of this paper is to investigate the ventilated cavitating flow structure by numerical methods and verify with experimental results. The numerical simulation is performed by ANSYS-FLUENT and homogenous mixture model with a free slip velocity and DES turbulence model, and the gravity effect is considered. The results show when the gas entrainment coefficient Qv is constant, two typical mechanisms of the gas leakage exist at different Fr numbers, namely toroidal vortex mode and two hollow tube vortex mode .With the increasing of Fr, the cavity would transfer from the two hollow tube vortices to the toroidal vortices. Moreover, when the Fr number keeps constant, the enlargement of the cavity causes the gravitational effect to be more significant for the case of larger value of Qv. The result also showed that the cavity length increase has a defined value and it does not increase even with more gas flow injection. With the increasing of gas entrainment coefficient, the drag coefficient decrease. DES turbulence model is a combination of two models, SST 􀝇 – 􀟱 and LES model and is suitable for simulating of two hollow tube vortices mode.