شبيه سازي عددي سوپر كاويتاسيون و محاسبه طول كاواك اطراف يك جسم غوطه ور

Numerical Simulation of Super-cavitating flow and calculation of cavity length around a submersible vehicle

كاربرد اجسام شناور تند رو باعث گرديد كه محققان زيادي بر روي پديده سوپركاويتاسيون مطالعه نمايند. كاواك ناشي از اين پديده باعث كاهش پسا اصطكاكي و افزايش سرعت شناور ميگردد. هدف از تحقيق حاضر، استخراج ضرايب، جهت ارايه رابطه‌اي به منظور محاسبه طول كاواك اطراف يك جسم شناور همراه با كاواك زا گوه‌اي است، كه در كاربردهاي عملي حايز اهميت است. بدين منظور شبيه سازي پديده سوپر كاويتاسيون در اطراف سه جسم با هندسه متفاوت انجام گرديده است. در مرحله اول به منظور اينكه بتوان روش محاسبات، دامنه حل، تعداد سلولها، مدل انتقال جرم و مدل جريان مغشوش را مورد ارزيابي قرار داد، جريان ابر كاواك اطراف يك بدنه استوانه اي با كلاهك نيمكره‌اي شبيه سازي گرديد و نتايج تحليلي حاصل شده با نتايج تجربي اعتبار سنجي گرديد. در مرحله دوم به منظور شكل‌گيري پديده ابر كاواك اطراف گوه، تحليل جريان در اطراف يك كاواك زا گوه‌اي شكل در سه زاويه 15 و 30 و 45 درجه صورت گرفت. در مرحله سوم تحليل جريان در اطراف يك جسم شناور همراه با كاواك زا گوه‌اي انجام پذيرفت. در هر سه مرحله طول كاواك در اعداد كاويتاسيون مختلف استخراج شد و سپس ضرايب مربوط به رابطه طول كاواك تعيين گرديد و سه رابطه يكسان با ضرايب متفاوت حاصل شد. به وسيله اين روابط مي‌توان طول كاواك را در اعداد كاويتاسيون مختلف محاسبه نمود. جهت شبيهسازي اين پديده از معادلات ناويراستوكس ميانگينگيري شده در حالت گذرا استفاده گرديد. از روش حجم محدود براي حل معادلات بهره‌گيري شده است.

Development and application of high-speed underwater vehicle is the motivation for many researchers to consider super-captivating flows. Frictional drag decreases and vehicle’s velocity increases due to cavity generation. The objective of the present research is to find the coefficients of a relation to estimate cavity length around a submersible vehicle equipped with a wedged-shaped cavitator-which has important practical applications. For this purpose, the super cavitation phenomena has been simulated numerically around three bodies with different geometry. In the first stage, to validate the results of numerical simulation of present work a well-established experimental result of a cylindrical body with hemispheric cap is used for comparison. This comparison is used for parameters effecting numerical method, turbulence flow model and mass transfer model. As this comparison is confirmed, the simulation is continued in the second stage for super cavitation phenomena initiation around a wedged-shaped cavitator with three angles of 15 and 30 and 45 degrees. Inthe third stage, the super cavitation flow is analyzed around a submersible body equipped with a wedged-shaped cavitator. The cavity length and related coefficients are obtained for three cases using different cavitation numbers. The developed equation is similar for all cases with different coefficients. The averaged Navier-Stokes equations are solved in transient case using finite volume method.