بررسي آيروديناميكي و بهينه‌سازي پارامترهاي هندسي و نوساني بالواره‌ها در حركت فراز و فرود با روش پاسخ سطح

Aerodynamic investigation and optimization of airfoil geometry and oscillation parameters in the plunging motion using RSM

در اين تحقيق حركت فراز و فرود بالواره توسط يك روش عددي بر مبناي حجم محدود در رينولدزهاي مختلف شبيه‌سازي و تاثير ضخامت، فركانس كاهيده و دامنه نوسان بر ضرايب آيروديناميكي بررسي شده است. در روند عددي مذكور، از الگوريتم سيمپلسي، حل كننده ضمني، اسكيم‌هاي مرتبه بالا و تكنيك شبكه هاي ديناميكي استفاده گرديده و جريان لزج، آرام، غير قابل تراكم و ناپايا فرض شده است. شبيه‌سازي در سه عدد رينولدز 1000، 11000 و 50000 كه به ترتيب مطابق با رژيم پروازي حشراتي مانند پروانه، پرنده كوچك مرغ مگس خوار و كبوتر است و در دو فركانس كاهيده و سه دامنه نوسان انجام شده است. مقايسه نتايج اين شبيه‌سازي با داده‌هاي منتشر شده، صحت تحقيق را تاييد مي‌نمايد. توزيع فشار و گردابه‌هاي منتشره در اطراف بالواره نشان مي‌دهند كه تغيير ضخامت منجر به تاخير در جدايش گردابه ها مي‌شود و متوسط زماني ضريب رانش تغيير پيدا مي كند. نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد كه دامنه نوسان و فركانس كاهيده دو پارامتر مهم مي‌باشد اما فركانس كاهيده نقش موثرتري از دامنه نوسان دارد. همچنين روش پاسخ سطح براي بهينه‌سازي بالواره نوساني استفاده گرديده است. نتايج حاصله نشان مي‌دهد كه بالواره با ضخامت 29/0، فركانس 08/3 و دامنه نوسان بي بعد 5/0 بيش‌ترين نيروي رانش را ايجاد مي‌كنند.

In this research, the plunging motion of an airfoil is simulated by a numerical method based on finite volume method and various Reynolds numbers; however, the effect of thickness, amplitude and reduced frequency of the airfoil are investigated on the aerodynamic coefficients. In this process, SIMPLEC algorithm based on implicit solver, high order scheme and dynamic mesh technique are applied for unsteady simulation which the flow is supposed to viscous, incompressible and laminar one. The simulations are done in three Reynolds number, 1000, 11000 and 50000 in accordance with the flight of the insects, small birds and pigeons. Moreover, the study is carried out in two different amplitudes and three reduced frequencies. Consequently, the present results are compared with the published data to confirm the validity of research. Furthermore, the pressure distribution and vortex shedding around the airfoil depict that the thickness variation of the airfoil delays vortex shedding and the time-averaged thrust coefficient is slightly changed. The results of this study also demonstrate that the reduced frequency and amplitude of oscillation play an important role; but the reduced frequency is much more effective. The response surface methodology (RSM) is subsequently used to optimize the plunging airfoil. The optimization results illustrate that an airfoil with 0.29% thickness in the plunging motion by 3.08 reduced frequency and dimensionless amplitude 0.5 reaches a maximum trust coefficient.