مطالعه تجربی تاثیر نرخ تزریق هوا از انتهای دماغه مخروطی یک بدنه متقارن محوری بر ابعاد ابرکاواک مصنوعی حول آن در سرعت های مختلف جریان آب

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، مجتمع آموزش عالی گناباد، گناباد، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه امام حسین (ع)، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله مشخصه­های حباب کاویتاسیون مصنوعی ایجاد شده حول یک بدنه متقارن محوری با دماغه گوه­ای در سرعت­های مختلفی از جریان آب و در نرخ­های تزریق متفاوت اندازه­گیری و تحلیل تجربی شده است. هدف اصلی تحقیق، مطالعه و بررسی نرخ تزریق هوا و سرعت جریان آب بر روی ضریب پسا و شکل کاویتی می­باشد. این تحقیق در یک تونل آب مدار باز با قابلیت ایجاد بیشینه سرعت 40 متر بر ثانیه مورد آزمایش و اندازه‌گیری قرار گرفته است. اثر تغییرات نرخ تزریق جرمی هوا از موقعیت انتهایی دماغه بر مشخصه­های جریان مورد نظر و ابعاد سوپرکاویتی مورد بررسی قرار گرفت. برای هر حالت از شرایط جریان، تغییرات نیروی مقاوم دربرابر حرکت و پروفیل توزیع فشار در راستای طولی بدنه و طول حباب ایجاد شده، استخراج شده اند. سپس تأثیر پارامترهای مهم جریان‌های کاویتاسیونی همچون نرخ تزریق، سرعت جریان بر روی ابعاد ناحیه حباب، ضریب پسا و روابط بین آن‌ها مورد مطالعه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج اندازه­گیری­های تحقیق حاضر نشان می­دهد افزایش دبی تزریق تا دبی بهینه روی کاهش نیروی پسا تاثیر محسوسی دارد و افزایش تزریق بیش از مقدار بهینه، نیروی پسا را به مقدار نامحسوسی کاهش می­دهد. و به دنبال آن عددکاویتاسیون مصنوعی هم کاهش نمی­یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Reuchardt H. The Physical Law Governing the Cavitation Bubles Produced Behind Solid of Revolution in a Fluid Elow. The Kaiser Wilhelm institute for hydrodynamic research, Gottingen, Rep. UM 6628, 1945.
[2]     Rashidi I., Moin H., Passandideh-Fard M., Passandideh-Fard M. Numerical Simulation of Partial Cavitation over Axisymmetric Bodies:VOF Method vs. Potential Flow Theory. JAST, Vol. 5, No.1, pp. 23-33, 2008.
[3]    جوادپور م، فراهت س، حسین عجم ح، سالاری م، حسین نژاد دوین ع . مطالعه تجربی و عددی پارامترهای سوپرکاویتاسیون مصنوعی حول ‌کاواک‌زا 30 درجه. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه ها و شاره ها، دوره 5، شماره 3،  صفحه 303-314، 1394.
[4]     Bin J., Xian-wu L., Xiao-xing P., Yao Z., Yu-lin W, Hong-yuan X. Numerical Investigation of the Ventilated Cavitating flow around Flow an Under-Water Vehicle Based on a Three-Component Cavitation Model. Journal of Hydrodynamics , 22(6), pp.753-759, 2010.
[5]      Wang Z., Huanga B., Zhanga M., Wanga G., Jib B.,. Numerical investigation of ventilated cavitating vortex shedding over a bluff body. Ocean Engineering, Volume 159, pp. 129-138,2019.
[6]      Shijie Qin S., Wu Y., Dazhuan Wu a., Jiarong H (2019) Experimental investigation of ventilated partial cavitation. International Journal of Multiphase Flow, Vol. 113, pp.153–164.  2019.
[7]     Wang Z., Wang G., Huang B., Zhang M.  Experimental and numerical investigation of vortex dynamics in ventilated cavitating flows around a bluff body. Proceedings of the 10th Internationaln Symposium on Cavitation. 2018.
 
[8]    جوادپور م.، فراهت س.، حسین عجم ح.، سالاری م.، حسین نژاد دوین ع. مطالعه عددی و تجربی اثرات تزریق بر روی جریان سوپرکاویتاسیون مصنوعی مجله مدل سازی در مهندسی دوره 15، شماره 51، صفحه 29-41. 1396.
[9]     Guo J. H., Lu C. J., Chen Y. Characteristics of Flow Field Around an Underwater Projectile with Natural and Ventilated Cavitation, Journal of  Shanghai Jiaotong University, Vol.16, No.2, pp.236-241.2011.
[10] Jia L.P., Wang Wei, Y.J., Wang H.B., Zhang J.Z., Yu K.P. Numerical Simulation of Artificial Ventilated Cavity, Journal of Hydrodynamics, Ser.B, Vol. 18, No.3, pp.273-279.2006.
[11] Ji B., Luo X.W, Peng X.X., Zhang Y., Wu Y.L., Xu H.Y. Numerical Investigation of the Ventilated Cavitating flow around Flow an Under-Water Vehicle Based on a Three-Component Cavitation Model. Journal of Hydrodynamics, Ser. B, Vol.22, No.6, pp.753-739.2010.
[12] Zou W., Yu K.P., Wan X.H.,  Research on the Gas-Leakage Rate of Unsteady Ventilated Supercavity. Journal of  Hydrodynamics, Ser. B,  Vol.22, No.5, pp. 778-783.2010.
[13] Yao Y., Luo J.L., Liu H., Zhu K. Water tunnel experimental investigation on drag reduction of coating surface wall, Procedia Engineering126,  pp.247 – 253. 2015.
[14] Jiang  C. X., Li F. C. Experimental study on the characteristics of ventilated cavitation around an underwater navigating body influenced by turbulent drag-reducing additives. Sci China-Phys Mech Astron, 58: 594703, doi: 10.1007/s11433-015-5693-4. 2015
[15] Sun T., Wang Z., Zou L., Wang H. Numerical investigation of positive effects of ventilated cavitation around NACA66 hydrofoil. Ocean Engineering, Vol197, 2020.
[16] Wang G., Kong D., Wu Q., Liu T., Zheng Y., Huang B. Physical and numerical study on unsteady shedding behaviors of ventilated partial cavitating flow around an axisymmetric body. Ocean Engineering, Vol197, 2020.
[17]  جعفری الف.، فیروزآبادی ب.، امینی ح. بررسی تجربی کاویتاسیون در جریان حول یک گوه گسترش یافته. دوفصلنامهعلمیپژوهشیمکانیکسیالاتوآیرودینامیک، جلد 7، شماره 1،  صفحه 27-35. 1397.
[18]  Franc, J. and Michel, J., “Fundamentals of cavitation” Dordrecht, the Netherlands: Springer, pp. 193-221, 2005.
[19] Kunz, R. F., Boger, D. A., Chyczewski, T. S., Stinebring, D. R., and Gibeling, H. J., “Multiphase CFD Analysis of Natural and Ventilated Cavitation about Submerged Bodies”, Proc. 3 ASME/JSME Joint Fluid Engineering Conference, Paper FEDSM99-7364, 1999.
[20] Semenenko V.N. Dynamic processes of supercavitation and computer simulation. Paper presented at the RTO AVT lecture series on supercavitating ows at VKI.