مدل سازي جريان ابركاواك اطراف رونده‏هاي ‏ زيرسطحي

Modeling of Supercavitating Flow over Submerged Vehicles

ابركاواك زماني رخ مي دهد كه يك رونده‏ زيرسطحي توسط يك حفره‏ بزرگ و پيوسته احاطه شود. با توجه به كاهش پساي چشمگير رونده‏هاي زيرسطحي كه در طرز ابركاواك حركت مي نمايند (نسبت به رونده‏هايي كه در طرز كاملاً مرطوب حركت مي كنند)، بررسي جريان‏هاي ابركاواك همواره از زمينه‏هاي مورد علاقه محققان بوده است. در اين تحقيق، ابتدا شبيه سازي عددي جريان ابركاواك طبيعي و مصنوعي به صورت متقارن محوري اطراف يك رونده زيرسطحي انجام شده است. ابعاد حفره ايجاد شده در هر دو حالت به دست آمده و با يكديگر مقايسه شده اند. در مرحله بعدي، جريان ابركاواك ناشي از تزريق گاز به صورت سه‏بعدي طراحي شده است. روابط ميان شكل حفره، عدد كاويتاسيون و نرخ تزريق براي كاواك زا‏هاي با اندازه هاي مختلف به دست آمده است. در پايان، جريان ابركاواك فقط در حالت طبيعي و بدون تزريق گاز براي بررسي اثر زاويه نصب روي شكل سوپرحفره شبيه‏سازي شده است. در تحقيق حاضر، از روش مخلوط چند‏فازي استفاده شده و معادله رايلي- پلست جهت انتقال جرم در يك ساختار چندفازي به كار گرفته شده است. نتايج نشان دهنده‏ ابعاد معادل براي حفره‏هاي ناشي از ابركاواك طبيعي و ناشي از تزريق گاز است.

Supercavitation occurs when a submerged and moving body is enveloped by a large and continuous cavity. Research on the characteristics of supercavitation have received great attention due to its substantial effect on drag reduction, as compared to the same fully wetted underwater body. In this study, numerical simulation of ventilated and natural supercavitation in an axisymmetric vehicle with cavitator is performed. In addition, simulation was performed for three-dimensional cases with various cavitator sizes. Also, the relations among cavity shape, ventilated cavitation number, and ventilation rate, for different cavitator sizes, were analyzed. Furthermore, the numerical simulation was performed on an underwater vehicle with disk cavitator at nose at various installation angles. The effect of installation angle on the supercavity formation was also studied. The multiphase mixture method was used and the Rayleigh-Plesset equation was implemented for inter-phase mass transfer. The numerical results were compared with experimental data and show equivalent natural and artifitial cavity sizes.