بررسي عددي اثرات هندسه ي ايرفويل بر ساختارهاي جرياني در يك فن زيرصوتي با كمك روش شبيه سازي گردابه هاي بزرگ

Numerical investigation of airfoil geometric variations impacts on flow structures in a subsonic fan using Large Eddy Simulation method

در اين مقاله شبيه‌سازي جريان در گذرگاه بين پره‌ا‌ي يك فن زير صوتي با ايجاد تغييراتي در هندسه ايرفويل پره، در شرايط نزديك به رخداد استال گردشي، به روش عددي بررسي شده است. الزامات شبيه‌سازي جريان با هدف آشكارسازي طيف آشفتگي در جريان اطراف پره، بررسي شده است. با توجه به شروع بسياري از ناپايداري‌هاي آيروديناميكي از لبه حمله پره و تاثير هندسه اين قسمت در شكل گيري نوع و شدت ناپايداري‌ها، هدف اين پژوهش، بررسي اثرات تغيير در شعاع نوك ايرفويل پره‌ي فن در رخداد پديده‌هاي جرياني با مقياس‌هاي مختلف اعداد موج است. حل عددي ميدان جريان به روش‌هاي مختلف مدل‌سازي و شبيه‌سازي عددي آشفتگي انجام شده و توانمندي روش‌هاي گوناگون در آشكارسازي پديده‌هاي جريان مشخص شده است. ايرفويل به كار رفته در هندسه‌ي پره در پژوهش‌هاي پيشين، از سري NACA-65 استاندارد است، كه در اين پژوهش با %50 تغيير شعاع لبه حمله‌، تاثير هندسه‌ي پره بر ساختار جريان بررسي شده است. همچنين الزامات شبكه در شبيه‌سازي عددي به طور ويژه بررسي شده و پيشنهادهايي براي استفاده در فرآيندهاي شبيه‌سازي آيروالاستيسيته ارائه شده است. در كار حاضر، سطح دقت و قابليت اتكا به نتايج به دست آمده با روش شبيه-سازي گردابه‌هاي بزرگ، با بررسي طيف انرژي و تخمين ميزان انرژي آشكار شده مورد توجه قرار گرفته است. نتايج نشان‌دهنده‌ي اثر گذاري دقت حل و تراكم شبكه به طور خاص بر پديده‌هاي مقياس كوچك و طيف جريان است. همچنين تغيير در هندسه پره، بر توزيع طيفي انرژي ميان پديده‌هاي مقياس كوچك، اثر قابل توجهي داشته است.

The numerical simulation of near-stall condition in a passage of an isolated subsonic rotor is studied in detail. The requirements of numerical simulation in order to resolve turbulent spectra around the blade are studied. According to the fact that most of unsteady aerodynamic phenomena incept from blades leading edge, and the role of this part in types and intensity of instabilities, the goal of this paper is to investigate the effects of changes in radius of leading edge of airfoil on flow phenomena in different scales of wave numbers. The governing equations of flow-field are solved using different numerical approaches. Resolution characteristics of different modeling and simulation techniques are investigated. The primary geometry of blade uses a standard NACA-65 series airfoil, which has been tolerated by 50% variation in circular leading edge radius. Mesh requirements of flow simulation for intended purposes are studied in detail and some recommendations are proposed to be implemented in numerical aeroelastic simulations. Accuracy and fidelity of LES results are studied with extraction of power spectra around the blade and the portion of resolved energy is also estimated. Results suggest that the order of accuracy and grid density highly affect the small-scale flow phenomena. The variations in leading edge radius also have great effect on energy distribution among resolved scales.