ارايه مدل عددي بي بعد در تحليل نويز آكوستيكي پديده سوپر كاويتاسيون با استفاده از روش اغتشاشات

Using perturbation method to obtain scaled numerical model for analyzing noise of supercavitation

كاويتاسيون تغيير فاز سيال مايع به بخار به علت كاهش فشار محلي در اثر سرعت موضعي بالا مي‌باشد. در اثر كاويتاسيون حباب هايي در نقاط كم فشار ايجاد مي‌شوند. انتقال اين حباب ها توسط جريان سيال به نقاط پر فشار باعث فروپاشي حباب ها مي‌گردد كه اين امر در نهايت باعث ايجاد نويز مي‌شود. دستيابي به مدل مناسب در شبيه سازي امواج صوتي ناشي از كاويتاسيون به منظور شناسايي و كنترل اين پديده اهميت بسياري دارد. از آنجاكه صوت آكوستيكي بخشي از ديناميك جريان مي‌باشد، معادلات بقاي جرم، مومنتوم و انرژي به عنوان معادلات پايه در تحليل رفتار آكوستيكي پديده كاويتاسيون و سوپركاويتاسيون شناخته مي شوند. در اين تحقيق به منظور مدل‌سازي جريان كاويتاسيون به همراه نويز آكوستيكي، ابتدا با استفاده از آناليز ابعادي، معادلات حاكم به فرم بي بعد تبديل مي‌شوند. ترم آكوستيكي به عنوان ترمي‌در مرتبه پايين تر نسبت به ديناميك جريان سيال لحاظ مي گردد، سپس با استفاده از روش اغتشاشات، دسته‌هاي متعددي از معادلات با مرتبه هاي مختلف بدست مي‌آيند. نتايج نشان مي دهند كه به منظور دستيابي به نوسانات فشار ناشي از نويز آكوستيكي كاويتاسيون، بايد معادلات جريان سيال را براي سيال تراكم‌پذير حل كرد. همچنين معادلات آكوستيكي در مرتبه دوم معادلات حاصله قرار داشته كه با معادلات ديناميك جريان كوپل مي باشند.

Cavitation is changing liquid phase to gas phase due to decreasing local pressure of flow induced by increasing local velocity. In situation of maximum velocity, some bubbles that contain air and vapor are produced and traveled from point of high pressure to lower pressure, so bubbles are destroyed rapidly and produce acoustic noise. Providing sufficient numerical model for simulation of acoustic waves induced by cavitation or supercavitation is so important for monitoring and controlling of these phenomena. For analyzing propagation of acoustic waves in fluid, sound is part of fluid dynamics, so momentum, energy and mass conservation equations like fluid dynamics are basics equation for identification of supercavitation. In this paper, to provide a numerical model contains hydrodynamic and acoustic parts of fluid dynamics, first by using scaled analysis, non-dimensions forms of conservation equations are generated. Then by using perturbation method and considering acoustic term as a term in lower order than hydrodynamic term, conservation equations can be separated to two group equations with different orders. Leading order is hydrodynamic equations and first order is acoustic form of conservation equations. Results in first order equation show coupling of acoustic terms with hydrodynamic terms of fluid flow.