بررسي عددي اثر شرط مرزي سرعت لغزشي بر تحليل ديناميكي ايرفويل دوبعدي

A numerical study of slip velocity effects on a 2D airfoil dynamic analysis

در اين پژوهش به بررسي دو بعدي ايرفويل SD7037 در حركت ديناميكي و درحضور شرط مرزي لغزشي بصورت عددي پرداخته شده است. حركت ديناميكي ايرفويل، حركتي هارمونيك بوده است؛ بطوريكه فركانس نوسانات و دامنه‌ي آن‌ها به‌‌ حدي بوده كه ايرفويل متحمل پديده‌ي استال ديناميكي شده است. استال ديناميكي هنگامي ايجاد مي‌شود كه حركت غيريكنواخت ايرفويل، سبب ايجاد گردابه‌‌هاي استال ديناميكي شود. اين گردابه‌ها كه گردابه‌ي لبه‌ي جلويي و گردابه‌ي لبه‌ي پشتي هستند، بارهاي آيروديناميكي را بشدت افزايش مي‌دهند. تحليل اين پديده هنگامي چالش‌ برانگيز است كه شرط مرزي لغزشي بر ديواره ايرفويل حاكم باشد. اين شرط مرزي خاص، عموما مشخصه‌ي سطوح فوق‌ آبگريز است. سطوح فوق‌ آبگريز مي‌توانند بطور بالقوه از يخ‌زدگي پره جلوگيري كنند. مشخصه‌ي بارز اين سطوح، وجود سرعت لغزشي بر ديواره است. سرعت لغزشي قطعا در تحليل آيروديناميك مساله تاثير دارد كه هدف اصلي اين مقاله است. براي نيل به اين هدف، ايرفويل دوبعدي در عدد رينولدز Re≈4×〖10〗^4 با ابزار ديناميك سيالات محاسباتي وبا استفاده از مدل توربولانسي Transition-SST تحليل شده است. نتايج حاكي از آن بودند كه نه‌تنها شرط مرزي لغزشي بر بارهاي آيروديناميكي اثر قابل‌توجه داشته است، بلكه رژيم‌هاي استال ديناميكي را نيز دستخوش تغيير كرده است. بطوريكه در طول‌هاي لغزشي بالاتر 100 ميكرومتر، مقدار بيشينه‌ي ضريب برآ را به‌ميزان 16% كاهش داده است.

Dynamic motion of a 2D SD7037 airfoil is investigated numerically in presence of a slip boundary condition. The dynamic motion of the airfoil is a harmonic oscillation, where the frequency and the amplitude of oscillations were adequate to airfoil to undergoing dynamic stall phenomenon. Dynamic stall occurred when the dynamic motion of the airfoil causes dynamic stall vortices, resulting in leading edge and trailing edge vortices which lead to rising the aerodynamic loads significantly. Analyzing the phenomena is challenging especially when a slip boundary condition exists near the airfoil wall. This particular condition is the general property of super-hydrophobic surfaces. These surfaces could potentially prevent the blade from icing. The main characteristic of these coatings is the appearance of a slip velocity on the wall. The slip velocity can affect the airfoil aerodynamics which is the main purpose of this paper. In this regard, a 2D airfoil with the Reynolds number of Re≈4×〖10〗^4 is analyzed using computational fluids dynamics (CFD). The Transition-SST model is applied. The results showed that not only the slip condition affects the aerodynamic loadings, but also the dynamic stall regimes changed considerably. So that for slip lengths higher than 100 micrometers, the maximum magnitude of the lift coefficient damped by 16%.