بررسي آزمايشگاهي و عددي استفاده از پديده اثر كواندا در ايجاد نيروي پيشران زيرسطحي

Experimental and Numerical Investigation of Using Coanda Effect for Producing Underwater Propulsion

در اين مقاله به معرفي سامانه تقويت كننده جريان آب به عنوان پيشران زيرسطحي پرداخته شده و عملكرد آن با استفاده از آزمون تجربي و تحليل عددي بررسي شده است. در اين سامانه از پديده اثر كواندا براي تقويت جريان سيال استفاده مي شود. اثر كواندا با ايجاد خلا نسبي روي سطح منحني محدب باعث انحراف جت سيال از مسير مستقيم خود شده به نحوي كه جريان سيال، سطح منحني را دنبال مي كند. آب تحت فشار از يك شكاف حلقوي به صورت جت پرسرعت در ناحيه قبل از گلوگاه يك مجراي همگرا- واگرا تزريق مي شود. بر اساس پديده اثر كواندا، جريان جت، انحناي مسير تا گلوگاه و بعد از آن را مي پيمايد. حجم بيشتري از آب در قسمت همگراي مجرا از محيط مكيده شده و از قسمت دمش به بيرون رانده مي شود و جريان آب ايجادشده باعث توليد نيروي پيشران مي شود. اين سامانه به منظور ارزيابي عملكرد در ايجاد نيروي پيشران، در آب ساكن (بولارد) مورد آزمايش قرار گرفت. مقدار نيروي پيشران براي حالات مختلف اندازه دهانه و دبي جت سيال ورودي به صورت تجربي اندازه گيري شد. مدل سازي عددي در شرايط مشابه با آزمايش تجربي صورت گرفت و نتايج مقايسه شد. تطابق خوبي بين هر دو دسته از نتايج ديده مي شود. سپس از ابزار عددي براي تحليل وسيله در سرعت جريان آزاد 2/5 متر بر ثانيه استفاده شد. نتايج آن با نمودارهاي يك پروانه چرخشي معمولي مقايسه شد. نتايج نشان مي دهد كه مي توان از اين سيستم در توليد نيروي پيشران زير سطح آب با كارآيي قابل قبول استفاده نمود.

In this study, the Coanda effect phenomenon and its advantages to produce underwater propulsion have been evaluated experimentally and numerically. The Coanda effect is the tendency of a jet flow to follow a convex surface. This effect is used to multiply the flow volume rate through a nozzle-diffuser channel. A ring shape jet flow is injected toward the throat, which follows the curved surface along the channel. Surrounding fluid sucked into the nozzle was pushed toward the exit section of the diffuser. The flow is several times more than the jet flow rate therefore it can be used as a propulsion system. A series of experimental Bollard tests were performed to investigate the system behavior with respect to the different size of the gap and the jet flow rate. Also, a numerical model was used for simulating the tests for similar conditions. A good agreement is observed between numerical and experimental results. The numerical tool was then used to predict the amount of thrust where free stream velocity was 2.5m/s. the Comparison of the flow multiplier performance with a regular propeller shows that it is possible to use of the water flow multipliers as underwater propulsion systems with acceptable performance.