مطالعه عددي اثر شكل هندسي و ارتفاع سقوط پرتابه بر سرعت حركت در آب به روش كوپل اويلري-لاگرانژي

Numerical Study of the Effect of Geometric Shape, Holes Distribution, and dro‎p Height of Projectile on Deepwater Velocity, Using Coupled Eulerian-Lagrangian Method

در اين مقاله، با مدل­ سازي عددي مسئله ورود به آب پرتابه­ هاي سه بعدي با اشكال هندسي مختلف و ارتفاع سقوط و آرايش سوراخ ­هاي متفاوت به روش كوپل اويلري-لاگرانژي، تاثير پارامترهاي مذكور بر سرعت حركت پرتابه در عمق آب و زمان و عمق جدايش حباب با استفاده از نرم ­افزار تجاري اجزاي محدود آباكوس 14/6-2 مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حل عددي از مقايسه و تطابق مناسب با نتايج تئوري و آزمايشگاهي موجود شامل مسير حركت يك پرتابه كروي در عمق آب، شكل حباب هواي تشكيل شده و زمان و عمق جدايش آن، صحت­ سنجي گرديد كه بيانگر دقت و كاربرد الگوريتم عددي مورد استفاده بود. نتايج نشان داد كه عمق جدايش حباب متاثر از شكل هندسي پرتابه است و با افزايش ارتفاع سقوط آن از سطح آزاد آب، به­ طور قابل ملاحظه­اي افزايش مي­ يابد. در حالي كه، زمان جدايش حباب تابع ضعيفي از پارامترهاي مذكور مي ­باشد. همچنين، نيروي پسا بر پرتابه ­هاي با سطح تماس مسطح و تيزگونه، به ترتيب بيشترين و كمترين تاثير را دارد. از اين رو، پرتابه مكعبي كه از بيشترين استهلاك سرعت در عمق آب برخوردار است، با سرعت m/s1/57 به بستر مدل برخورد نموده و جدايش حباب در عمق cm63 رخ مي­دهد. در حالي كه، پرتابه مخروطي با كمترين استهلاك سرعت در عمق آب، داراي سرعت برخورد m/s3/88 است و جدايش حباب در عمق cm98 اتفاق مي ­افتد.

In this paper, water entry problem of three-dimensional projectiles with various geometrical shapes and different drop heights and holes distribution was numerically simulated by coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) method and the effect of mentioned parameters on deepwater velocity and pinch-off time and depth was investigated by the commercial software Abaqus 6.14-2. The numerical results were verified by comparison and proper adaptation with available theoretical and experimental results, such as the movement trajectory of a spherical projectile in water depth, shape of formed air cavity, and pinch-off time and depth, which revealed the accuracy and capability of the numerical algorithm used. The results revealed that pinch-off depth is influenced by projectile geometrical shapes and significantly increases along with increased drop height from free water surface, while the pinch-off time is a very weak function of mentioned parameters. Also, the drag force of water has the highest and lowest effect on flat and pointy-nose projectiles, respectively. Hence, the cubical projectile with the highest velocity depreciation impact on the model bed with a velocity of 1.57m/sec and pinch-off depth occurs at a depth of 63cm, while the conical projectile with the lowest velocity depreciation has an impact velocity of 3.88m/sec and pinch-off depth occurs at a depth of 98cm.