بررسي پايداري مرز يك ابركاواك در اثر تحريك ديناميكي

Effects of Perturbed Flow on the Stability of a Cavity’s Boundaries

پديده ابركاواك‌زايي به‌دليل نقش به‌سزايي كه در كاهش نيروي پسا ايفا مي‌كند همواره مورد توجه بوده است. يكي از مباحثي كه در رخداد اين پديده اهميت دارد، بررسي پايدار بودن حفره توليد شده مي‌باشد، زيرا ناپايدار شدن و به عبارتي شكستن ابركاواك در محلي غير از انتهاي جسم، علاوه بر از بين رفتن نقش مثبت كاواك، مي‌تواند اختلال جدي در پايداري ديناميكي وسايل متحركي كه كاواك اطراف آن‌ها را گرفته، وارد كند. در نتيجه، بايد بررسي كاملي روي پايداري كاواك انجام شود كه هدف اين مقاله است. براي اين منظور، لازم بود كه از مدل‌سازي پويا و گذرا استفاده شود. مدلي كه امكان اين مطالعه را ميسر مي‌كرد، مدل چشمه و چاه است كه براي شبيه‌سازي عددي ابركاواك به‌كار گرفته شده است. براي بررسي ناپايداري مرز كاواك از يك اغتشاش ضربه‌اي ناشي از توليد و حركت ورتكسي شبيه ورتكس هيل استفاده مي‌شود. اين اغتشاش به كمك يك عبارت نيروي غير پايستار در معادلات ناوير- استوكس اضافه مي‌شود. در ادامه، ضمن بررسي روش‌هايي براي تحليل نتايج، با استفاده از روش پردازش تصوير، وقوع ناپايداري جابه‌جا شونده در سطح ابركاواك مشاهده شد. همچنين، اثر اغتشاش روي چند طول مختلف كاواك مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده شد كه هرچه طول كاواك بلندتر باشد، حساسيت به اغتشاش خارجي بيشتر است. در نهايت، در ابركاواك‌هاي بسيار بلند، اغتشاشات كوچك طبيعي موجود در جريان مي‌توانند سبب از هم پاشيده شدن آن‌ها شوند. بر اين اساس، شكل‌گيري ابركاواك با طول بسيار زياد در شرايط محيطي همراه با اغتشاش ميسر نمي‌باشد.

Drag reduction has made supercavitation very popular. One of the most important issues in supercavitation is its stability and its control. It would be harmful if cavity closure occurs on a body resulting in some instability. Current work focuses on the nature of cavity instability and thus it was required to apply a dynamical model for such flow simulation. Using source and sink model attributes implemented in this study had some modifications. Semi-Hill vortex, as an impulse disturbance, was inserted into the Navier-Stokes equations to investigate the cavity instability. Finally, image processing technique was used to study the instability effects on cavity boundary and was found that a convective instability exists on the boundary of the cavity. Instability analysis on cavities of different lengths revealed that longer cavities are more sensitive to the disturbances. Hence, existing natural disturbances in a cavitating flow makes a long cavity boundary to fluctuate and finally collapse. This is the main reason that long cavities are not seen in nature.