بررسی عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل ناکا 4412 در شرایط جریان ورودی نوسانی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

امروزه با گسترده شدن بهره گیری از توربین های باد، بررسی رفتار توربین در شرایط واقعی جریان بالادست که دارای ماهیت نوسانی و یا ناپایاست، از اهمیت زیادی برخوردار است. شناسایی مشخصه های ایرفویل های مورد استفاده در پره های توربین های بادی، می تواند عملکرد واقعی توربین را با دقت قابل قبولی پیش بینی نماید. در این پژوهش، ایرفویل ناکا 4412 مورد مطالعه قرارگرفته و مشخصه های عملکردی آن در جریان مادون‌صوت در زوایای حمله و اعداد رینولدز مختلف استخراج شده است. بدین منظور از دینامیک سیالات محاسباتی جهت بررسی مشخصه های استاتیکی ایرفویل در حالت پایا و حالت ناپایابرای شرایط نوسانی و با استفاده از مدل های توربولانسی اسپالارت‌‌آلماراس و K-ω بهره برده شده است. نتایج حل عددی انطباق قابل قبولی را با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد. عملکرد ایرفویل برای حالت جریان باد متغیر با زمان، بررسی و تاثیر عدد رینولدز و تغییرات دامنه کاهیده انجام گردید. نتایج نشان می دهد، با افزایش مقدار پارامتر دامنه کاهیده، ضریب برآ افزایش پیدا می کند، اما ضریب پسا بخصوص در زوایای حمله پایین، تغییر چندانی ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Parashar H., Calculation of Aerodynamic Characteristics of NACA 2415, 23012, 23015 Airfoils Using Computational Fluid Dynamics (CFD). International Journal of Science, Engineering and Technology Research (IJSETR), Vol. 4, No.3, pp. 610-614, 2015.
[2]  Kayiem H. and Chelven K., An investigation on the aerodynamic characteristics of 2-D airfoil in ground collision. Journal of Engineering and Science Technology, Vol.16, No. 3, pp. 369-381, 2011.
[3]  Ravi H., Madhukeshwara N. and Kumarappa S., Numerical investigation of flow transition for NACA-4412 airfoil using computational fluid dynamics. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, No.2, pp. 2778-85, 2013.
[4]  Eleni DC., Athanasios TI. and Dionissios MP., Evaluation of the turbulence models for the simulation of the flow over a National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) 0012 airfoil. Journal of Mechanical Engineering Research, No.4(3), pp. 100-11, 2012.
[5]  Ahmed T., Amin MT., Islam SR. and Ahmed S., Computational study of flow around a NACA 0012 wing flapped at different flap angles with varying mach numbers. Global Journal of Research In Engineering, 2014.
[6]  Johansen J., Prediction of laminar/turbulent transition in airfoil flows, 1997.
[7]  McCroskey W., A critical assessment of wind tunnel results for the NACA 0012 airfoil. national aeronautics and space administration moffett field ca Ame, 1987.
[8]     Hartwanger D. and Horvat A., editors. 3D modelling of a wind turbine using CFD. In NAFEMS Conference, United Kingdom, 2008.
[9]     Dippold V., editor Investigation of wall function and turbulence model performance within the wind code. 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2005.
[10] S. Sarada MSS., Rudresh. G., Numerical simulation of Viscous, Incompressible flow around NACA 64618 subsonic airfoil using Computational Fluid Dynamics.
[11] Seifi SMS., Mojaddam M., and Hashemi Tari P., Optimal Design of a Blade of a Small Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) with considering Mechanical Constraints. Modares Mechanical Engineering. No. 18(9), pp. 122-30, 2019.(in Persian)
[12] Mamouri AR., Khoshnevis AB. and Lakzian E., Entropy generation analysis of S825, S822, and SD7062 offshore wind turbine airfoil geometries. Ocean Engineering. Vol. 173, pp. 700-15, 2019.
[13] Mamouri AR., Lakzian E. and Khoshnevis AB., Entropy analysis of pitching airfoil for offshore wind turbines in the dynamic stall condition. Ocean Engineering. Vol. 187, pp. 106-229, 2019.
[14] Batchelor CK. and Batchelor G., An introduction to fluid dynamics, Cambridge university press, 2000.
[15] M. M. Saniei Nejad M., Fundamentals of turbulent flows and turbulence modeling, Danesh Negar Press, Tehran, Iran, 2009 ( in Persian)
[16] Spalart P.R. and Allmaras S.R., A one-equation turbulence model for aerodynamic flows, AIAA Paper, No. 92–0439. doi: 10.2514/6.1992-439.
[17] Menter FR., Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA journal. Vol. 32(8), pp. 1598-605, 1994.
[18] Anderson Jr JD. Fundamentals of aerodynamics: Tata McGraw-Hill Education, 2010.
[19] Gharali K. and Johnson DA., Dynamic stall simulation of a pitching airfoil under unsteady freestream velocity. Journal of Fluids and Structures, Vol. 42, pp. 228-44, 2013.
[20] Lee T. and Gerontakos P., Investigation of flow over an oscillating airfoil. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 512, pp. 313-41, 2004.
[21] Abbott IH. and Von Doenhoff AE., Theory of wing sections: including a summary of airfoil data. Courier Corporation, 2012.
[22] Wilcox DC., Turbulence modeling for CFD. DCW industries La Canada, CA, 1998.
[23] Drela M., XFOIL: An analysis and design system for low Reynolds number airfoils.  Low Reynolds number aerodynamics: Springer, 1989. p. 1-12.