شبيه‌‌سازي عددي پديده‌ي وامانش ديناميكي يك بالواره پيچشي

Numerical Simulation of Dynamic Stall Phenomenon of a Pitching Airfoil

در اين پژوهش، جريان سيال حول يك بالواره با حركت نوسان پيچشي در ناحيه وامانش ديناميكي توسط يك روش عددي شبيه‌سازي و تأثير پارامترهاي مؤثر بر نيروهاي آيروديناميكي بررسي شده است. در اين شبيه‌سازي هندسه بالواره NACA0012 مي‌باشد. جريان لزج، ناپايا و آشفته فرض شده و از شبكه متحرك استفاده شده است. معادلات اساسي بر اساس روش حجم كنترل گسسته و توسط الگوريتم PIMPLE با كد متن‌باز Open Foam حل شده است. عدد رينولدز اين جريان 105 و مدل SST K-ω براي مدل‌سازي جريان آشفته استفاده شده است. ابتدا نتايج به ‌دست ‌آمده با داده‌هاي آزمايشگاهي مقايسه و اعتبارسنجي شده است. سپس اثر عدد رينولدز، فركانس كاهيده، دامنه نوسان و ضخامت بالواره بر ضرايب آيروديناميكي و محل وامانش ديناميكي در حركت پيچشي مطالعه شده است. پارامترهاي فوق بر روي ضريب برآي بيشينه، ضريب پسا، نسبت ضرايب آيروديناميكي و محل وامانش ديناميكي تأثير قابل‌ ملاحظه­ اي دارند اما اين پارامترها تأثير قابل ‌توجهي بر شيب منحني‌ ضريب برآ ندارند. از ميان پارامترهاي اشاره ‌شده، مهم‌ترين پارامتري كه روي نسبت ضريب برآ به ضريب پساي بيشينه، اثر دارد، ضخامت بالواره و مهم‌ترين پارامتري كه در به تأخير انداختن وامانش ديناميكي نقش دارد فركانس كاهيده مي‌باشد. همچنين نشان داده شد كه مكان نقطه‌ي جدايش و بيشينه‌ي نيروهاي آيروديناميكي به الگوي جريان اطراف بالواره بستگي دارد.

In this research, fluid flow around a pitching airfoil in dynamic stall is simulated by numerical method and the most important impact of parameters on the aerodynamic forces are investigated. In this simulation, the geometry is NACA0012 airfoil. turbulent flow and dynamic grid was used. The basic equations are discretized based on the a control volume method and solved by the PIMPLE algorithm with an open source code, OpenFOAM. Reynolds number was 105 and SST K-ω model is used for modeling of turbulent flow. First, the results were compared and validated with experimental data. Then the effect of Reynolds number, reduced frequency, amplitude and airfoil thickness on the aerodynamic coefficients and dynamic stall location are investigated. The mentioned parameters on maximum lift coefficient, drag coefficient, the ratio of the aerodynamic coefficients and the dynamic stall have asignificant impact. However, these parameters don't have a significant impact on the slope of the lift coefficient curve. Among the above-mentioned parameters, the most important parameter that affects the ratio of the maximum lift to drag is the airfoil thickness and the most important parameter that plays a role in delaying the dynamic stall is reduced frequency. Also, the location of separation point and maximum aerodynamic forces depend on the flow pattern around airfoil.