بررسي پارامترهاي موثر بر ضرايب آيروديناميكي ايرفويل نوساني پيچشي به كمك روش ديناميك سيالات محاسباتي شبكه درشت

Investigation of Unsteady Parameters Effects on Aerodynamic Coefficients of Pitching Airfoil Using Coarse Grid CFD

در اين مقاله، تاثير پارامتر هاي موثر بر روي ضرايب آيروديناميكي ايرفويل نوساني پيچشي، از جمله زاويه حمله متوسط، دامنه نوسان، فركانس كاهش يافته و محور پيچش بررسي مي شود. روش استفاده شده در تحليل جريان در كار حاضر، اصطلاحاً ديناميك سيالات محاسباتي شبكه ناميده مي شود كه در آن معادلات اويلر با شبكه درشت نزديك سطح و استفاده از شرايط مرزي لزج ( بدون لغزش) به (CGCFD) درشت همراه روش تسخير گردابه سطحي تراكم پذير استفاده شده است. تحت اين شرايط، گراديان سرعت شديد و به تبع آن رشد سريع لايه مرزي در كنار ديواره را داريم، كه با اضافه كردن جمله چشمه تسخير گردابه سطحي مي توان رشد لايه مرزي را كنترل كرد. زمان حل ناپاياي جريان با اين روش در مقايسه با حل معادلات كامل ناويراستوكس همراه با مدلهاي ساده آشفتگي يك معادله اي به مراتب كمتر است. به اين ترتيب زمان حل براي يك نوسان كامل، بيش از 50 برابر كاهش يافته است. لذا گرفتن نتايج تحت شرايط مختلف و متعدد كاملا در دسترس مي باشد. همچنين براي پياده سازي حركت مرز از روش شبكه فنري تطبيق پذير چند منطقه اي استفاده مي شود، كه اين روش نيز در كاهش زمان حل بسيار موثر است. نتايج عددي بدست آمده در مقايسه با نتايج تجربي از دقت بسيارخوبي برخوردار است. در اين مقاله ابتدا در دو زاويه حمله متوسط با دامنه نوسان و فركانس كاهش يافته مشخص، نتايج را با نتايج تجربي مقايسه كرده، سپس به بررسي اثر تغيير اين پارامتر ها و مي پردازيم. مشخص مي شود كه انتقال مركز NACA همچنين موقعيت مركز پيچش بر مشخصات ايروديناميكي ايرفويل نوساني 0015 پيچش به سمت راست يا چپ و فاصله گرفتن از لبه فرار و لبه حمله اثرات عكس داشته و بر پهناي حلقه نوسان، بيشينه، كمينه و متوسط ضرايب برآ و پسا، تغيير جهت حلقه نوسان، و زاويه تغيير جهت جريان اثر مي گذارد. افزايش دامنه نوسان، پهناي حلقه، بيشينه و متوسط ضرايب برآ و پسا را افزايش مي دهد. همچنين افزايش فركانس كاهش يافته شيب حلقه نوسان، بيشينه ضرايب برآ و پسا و نسبت متوسط آنها را كاهش مي دهد.

In this article, the effects of unsteady parameters including mean angle of attack, oscillation amplitude, reduced frequency and pitching axis position on aerodynamic coefficients of a pitching airfoil are studied. The numerical method is described as Coarse Grid CFD (CGCFD) in which the Euler equations are solved using a coarse grid and no slip boundary conditions with compressible surface vorticity confinement technique. The required unsteady time for this method is significantly lower compared to that of the full Navier-Stokes equations with even a simple one equation turbulence model. It is found that the computational time for one oscillation loop is reduced more than fifty times. In addition, a multi zone adaptive spring network is applied to simulate the moving boundary which further reduces the computational time. The obtained numerical predictions are in good agreement with experimental data. In this paper, first, the results are compared with the experiments in two mean angles of attack with specific oscillation amplitude and reduced frequency. Then, the effect of these parameters and pitching axis positions on aerodynamic coefficients of pitching NACA0015 airfoil is investigated. It is observed that moving the pitching axis position to the right or left outside and distancing from trailing edge or leading edge have inverse effects on thickness of the hysteresis loops, the maximum, minimum, and average lift and drag coefficients. Further, increasing the reduced frequency results in a reduction of the lift hysteresis loop slope and the maximum lift and drag coefficients.