مطالعه تجربي و عددي پارامترهاي سوپركاويتاسيون مصنوعي حول ‌كاواك‌زا 30 درجه

Experimental and Numerical Investigation of Parameters of Ventilated Super-Cavitation around 30-Degree Conical Cavitator

ايجاد ‌ابركاواك‌ روي رونده‌هاي زيرسطحي در كاهش نيروي مقاوم در برابر حركت بسيار موثر است. در اين تحقيق، ابتدا پديده ‌ابركاواك‌ مصنوعي روي ‌كاواك‌زا مخروطي با زاويه نوك مخروط 30 درجه در يك تونل آب شبه مدار باز، مورد آزمايش و اندازه‌گيري قرار گرفته است. آزمايش‌ها در يك تونل آب شبه مدار باز با قابليت محدوده سرعت 24 تا 37 متر بر ثانيه انجام شده است. در مرحله بعد، جريان ‌ابركاواك حول كاواك زا و منطبق بر شرايط ورودي و تزريق، به صورت سه بعدي مورد تحليل عددي قرار گرفته است. مقايسه نتايج، نشان‌دهنده سازگاري خوب بين نتايج عددي و تجربي بوده است. در اين تحقيق، تاثير پارامترهاي مهم جريان‌هاي كاويتاسيوني همچون عدد كاويتاسيون، سرعت جريان روي ابعاد ناحيه حباب، ضريب پسا و روابط بين آن‌ها، مورد مطالعه و تحليل قرار گرفته است. كاهش عدد كاويتاسيون، افزايش طول و قطر ناحيه كاويتي را به دنبال دارد. با كاهش سرعت جريان، شيب تغييرات مقدار طول ناحيه كاويتي كاهش مي‌يابد و تقريباً صفر مي‌شود. قطر ناحيه كاويتي، هم تغييراتي مشابه با طول ناحيه كاويتي دارد.

In this work, the ventilated super-cavitating flow around a cavitator is studied experimentally. A 30-degree cone cavitator was tested in an open-water tunnel. The fluid flow velocity in the test section was between 24 and 37 m/s, and the injection rate was constant. Then the ventilated super-cavitating flow was simulated based on the inlet and injection conditions. Finally, the numerical results were compared with the existing experimental data. Also the 3D multi-phase fluid flow over the cavitators within the test section are modeled and analyzed numerically by solving the corresponding governing equations using the finite volume method and mixture model. Good agreement was observed in the two-way comparison. Finally, effects of the significant parameters, i.e. cavitation number and inlet velocity on the drag coefficient were studied. The results obtained indicate that the maximum cavity diameter and its length increase as the cavitation number decreases. Also with decrease in the velocity flow, the rate of cavity length changes is reduced. The cavity length variation is similar to the results for the cavity diameter.