ارزیابی عملکرد مدل های مختلف اغتشاشی برای تحلیل جریان آیرودینامیک حول بالواره چند المانی با استفاده از یک حلگر آزاد جریان سیال
چکیده
تجزیه و تحلیل جریان در اطراف انواع مختلف ایرفویل ها یکی از مسائلی می باشد که از دیرباز مورد توجه محققین بوده است. یکی از پارامترهای مهم در منحنی های آیرودینامیکی ایرفویل ها ضریب برآی ماکزیمم می باشد. هر چه ضریب برآی ماکزیمم بیشتر باشد هواپیما می تواند در هنگام فرود با سرعت کمتر بنشیند و در هنگام برخاست هم هواپیما می تواند زود تر از زمین بلند شود که این خود باعث کوتاه شدن باند فرود می شود. علاوه براین بالا بودن ضریب برآی ماکزیمم مصرف سوخت را کاهش داده و هواپیما می تواند محموله بیشتری را حمل نماید. موثر ترین راه برای افزایش ضریب برآی ماکزیمم، استفاده از ایرفویل چند المانی با انحنای متغیر می باشد. درعین حال استفاده از سیستم ها با لیفت بالا از نظر ساخت پر هزینه می باشد و همچنین بررسی فیزیک جریان به علت تداخل و تعامل پدیده های جریانی که در اطراف هر یک از المان ها رخ می دهد بسیار پیچیده می باشد. هدف از انجام این تحقیق بهبود قابلیت اطمینان شبیه سازی جریان در اطراف وسایل تولید کننده لیفت بالا می باشد. در این مطالعه جریان آشفته حول ایرفویل چند المانی مربوط به بال هواپیما در حال فرود با استفاده از کد آزاد openfoam شبیه سازی شده است. هفت مدل آشفتگی مختلف در شرایط شبیه سازی بهینه جهت ارزیابی عملکرد مدل ها در پیش بینی رفتار پیچیده جریان حول یک ایرفویل سه المانی استفاده شده است. این مدل ها عبارتند از spalartallmaras، rngkepsilon، realizableke، komegasst، nonlinearkeshih، liencubicke، kepsilon. در این تحقیق اثر اندازه شبکه، اثر اندازه دامنه بر دقت نتایج شبیه سازی بررسی شده است و در نهایت بهینه ترین اندازه شبکه و دامنه حل برای تجزیه و تحلیل جریان در اطراف ایرفویل سه المانی انتخاب شده است. ضریب فشار سطح برای مدل های مختلف آشفتگی با داده های تجربی موجود و همچنین با تعدادی از نتایج عددی معتبر مقایسه شده است. در بررسی های انجام شده در حالت پایا دو بعدی تطابق بسیار خوبی بین ضریب فشار محاسباتی و تجربی برای مدل های آشفته spalartallmaras و rngkepsilon به دست آمده است ، اما تطابق نسبتا خوب در پیش بینی دیگر مدل ها دیده شده است. توانایی مدل های از جهت پیش بینی نقطه جدایش جریان در لبه فرار فلپ و نقطه سکون در لبه راهنما اسلت نیز بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که تمام مدل ها نقاط جدایش متفاوتی نسبت به هم و همچنین نتایج تجربی به دست می دهند اما در این بین مدل های spalartallmaras ، komegasst و rngkepsilon تطابق بهتری با نتایج تجربی نشان می دهند این در حالیست که مدل nonlinearkeshih جدایش را مقداری زودتر و دیگر مدل ها جدایش را دیرتر بر روی فلپ پیش بینی نموده اند. اگر چه شرایط به کار گرفته شده در این تحقیق در مقایسه با شرایط شبیه سازی مورد استفاده در مطالعات دیگر ساده تر می باشد ولی با این حال دقت نتایج بدست آمده در این تحقیق قابل مقایسه با نتایج تجربی و همچنین نتایج عددی می باشد. به طور خاص، پیش بینی مدل های spalartallmaras و rngkepsilon برای جدایش جریان نسبت به دیگر نتایج عددی دقیق تر بوده است.