شبيه سازي جريان برروي پرتابه هاي متقارن محوري با كاويتاتور ديسكي و نوك سوراخدار به كمك روش هاي المان مرزي و حجم محدود

Simulation of flow around axisymmetric projectiles with circular cavitator and ringed tip using control volume and boundary element methods

در اين مقاله جريان همراه با كاويتاسيون برروي پرتابه هاي متقارن محوري با كاويتاتور سوراخدار و بدون سوراخ با استفاده از روش هاي حجم كنترل و المان مرزي شبيه سازي شده است. در روش عددي از رويكرد جريان تعادلي همگن استفاده شد، همچنين از مدل زوارت براي تكميل دستگاه معادلات و مدلسازي انتقال جرم بهره گرفته شده است. در روش المان مرزي با توزيع دوگان روي سطح جسم و كاويتي و توزيع چشمه روي سطح كاويتي شرايط براي استفاده از تئوري گرين در حل جريان‌هاي پتانسيل فراهم گشت، همچنين جهت اضافه كردن اثرات سوراخ تعدادي چشمه برروي سطح كاويتاتور قرار داده شد. اعتبارسنجي نتايج براي هر دو روش به وسيله روابط تحليلي و داده هاي آزمايشگاهي صورت پذيرفته است. به طور كلي نتايج اين كار تحقيقاتي در دو بخش ارائه مي گردد. در قسمت اول خواص هيدروديناميك كاويتاتور سوراخدار همچون ابعاد كاويتي، نيروي هاي هيدروديناميكي، رفتار جريان و ..... با استفاده روش هاي مبتني بر حل معادلات ناوير استوكس مورد تجزيه و تحليل قرار مي گيرد. سپس در بخش بعد از روش المان مرزي براي تحليل جريان كاويتاسيوني همراه با كاويتاتور سوراخدار برروي هندسه هاي كاربردي در ابعاد واقعي استفاده مي شود. از مهمترين نتايج اين پژوهش مي توان به كاهش ابعاد كاويتي و همچنين افزايش نيروي وارد بر پرتابه در حين استفاده از كاويتاتور سوراخدار اشاره كرد. همچنين روابطي نيز براي حداكثر طول و قطر كاويتي تشكيل شده برروي هندسه استوانه سرتخت نسبت به عدد كاويتاسيون و قطر سوراخ ارائه شده است.

In this article, cavitation flow around axisymmetric projectiles with ringed and non-ringed cavitator has been investigated using control volume and boundary element methods. In the numerical method, the homogeneous equilibrium approach as well as the zwart model, for modeling the mass transfer and forming the system of equation, have been used. In the boundary element approach with dipole distribution on the body and cavity surfaces and source distribution on the cavity surface, the right conditions were set for using the Green's theorem in solving the potential flow. Moreover, some source components were imposed on the cavitator surface in order to add the hole effects. The validation procedure for both methods has been done by analytical and experimental data. In general, the results of this research are presented in two parts. In the first part, hydrodynamic properties of ringed cavitator such as cavity dimensions, intended forces, flow behavior, etc are analysed deploying the numerical methods based on Navier Stokes equations. In the second part, the boundary element method has been used for analysis of the cavitation flow around practical geometries with ringed cavitator. The most important finding of this study is reduction of the cavity dimensions and also an increase in the force on the projectile during the use of annular cavitator. In addition, as a result of this study, two equations for maximum length and maximum diameter of the formed cavity on the cylindrical body in relation to the cavitation number and hole diameter have been provided.