مدل سازي عددي دائم و غير دائم عملكرد واترجت با توپي غير استوانه اي شرايط غير كاويتاسيوني و كاويتاسيوني با استفاده از روش حجم محدود

Steady and unsteady numerical modeling of performance of a waterjet with non-cylindrical hub in cavitation and non-cavitation conditions using the finite volume method

تئوري حاكم بر سيستم رانش واترجت تركيبي از دانش مرتبط با پمپ و پروانه است. فشار در ناحيه مكش پروانه ها در سرعت هاي بالاي دوراني كمتر از فشار اشباع مي‌شود و در نتيجه كاويتاسيون به وجود مي‌آيد. اما سيستم رانش واترجت مي‌تواند تا سرعت‌هاي دوراني بالاتري در برابر وقوع كاويتاسيون مقاومت كند. در اين مقاله با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي پارامترهاي گشتاور، بازده و هد در شرايط غير كاويتاسيوني در حالت دايم و غير دايم پيش بيني شده و با مقادير آزمايشگاهي مقايسه شده است. همچنين در شرايط كاويتاسيوني جريان به صورت دوفازي مدل شده و با حالت غير كاويتاسيوني مقايسه شده است. الگوي ايجاد كاويتاسيون بر روي روتور در شكل نشان داده شده و با حل عددي مقايسه شده است. سپس در ضريب جريان ديگري نقطه شكست رانش بدست آمد. همچنين مطالعه پارامتريك شامل بررسي نقش استاتور در خنثي سازي اثر گشتاور روتور انجام شده است. حل عددي با استفاده از شبكه ساختاريافته، دستگاه مرجع چرخان، دامنه پريوديك، به صورت دايم و غير دايم و با استفاده از مدل توربولانسي SST انجام گرديده است.اين پژوهش نشان مي‌دهد كه استاتور تا حد قابل توجهي گشتاور پيچشي روتور را خنثي مي‌كند. همچنين تاثير منفي كاويتاسيون بر عملكرد سيستم و نقش آن در كاهش راندمان به خوبي نشان داده شده است.

Waterjet Propulsion System theory is a combination of pump and propeller. The pressure in the leading edge and suction side of a propeller at high rotational speed will be less than the saturation pressure of liquid; therefore cavitation occurs. In this paper, using the computational fluids dynamics, torque, efficiency and head parameters are predicted in non-cavitation conditions in steady and unsteady state. The numerical results compared with experimental data. In cavitation condition, the flow is modeled in two phases. The pattern of cavitation formation on the rotor was also studied. Furthermore for another flow coefficient, thrust breakdown value is obtained. A parametric study was also performed to investigate the role of the stator in neutralizing the torque of rotor. The structured mesh and MRF were used in the finite volume numerical simulation.