مطالعه عددی اثر شکل هندسی و ارتفاع سقوط پرتابه بر سرعت حرکت در آب به روش کوپل اویلری-لاگرانژی

در این مقاله، با مدل سازی عددی مسئله ورود به آب پرتابه های سه بعدی با اشکال هندسی مختلف و ارتفاع سقوط و آرایش سوراخ های متفاوت به روش کوپل اویلریلاگرانژی، تاثیر پارامترهای مذکور بر سرعت حرکت پرتابه در عمق آب و زمان و عمق جدایش حباب با استفاده از نرم افزار تجاری اجزای محدود آباکوس 14.6-2 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حل عددی از مقایسه و تطابق مناسب با نتایج تئوری و آزمایشگاهی موجود شامل مسیر حرکت یک پرتابه کروی در عمق آب، شکل حباب هوای تشکیل شده و زمان و عمق جدایش آن، صحت سنجی گردید که بیانگر دقت و کاربرد الگوریتم عددی مورد استفاده بود. نتایج نشان داد که عمق جدایش حباب متاثر از شکل هندسی پرتابه است و با افزایش ارتفاع سقوط آن از سطح آزاد آب، به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. در حالی که، زمان جدایش حباب تابع ضعیفی از پارامترهای مذکور می باشد. همچنین، نیروی پسا بر پرتابه های با سطح تماس مسطح و تیزگونه، به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را دارد. از این رو، پرتابه مکعبی که از بیشترین استهلاک سرعت در عمق آب برخوردار است، با سرعت m/s1.57 به بستر مدل برخورد نموده و جدایش حباب در عمق cm63 رخ می دهد. در حالی که، پرتابه مخروطی با کمترین استهلاک سرعت در عمق آب، دارای سرعت برخورد m/s3.88 است و جدایش حباب در عمق cm98 اتفاق می افتد.

Numerical Study of the Effect of Geometric Shape, Holes Distribution, and Drop Height of Projectile on Deepwater Velocity, Using Coupled EulerianLagrangian Method

In this paper, water entry problem of threedimensional projectiles with various geometrical shapes and different drop heights and holes distribution was numerically simulated by coupled EulerianLagrangian (CEL) method and the effect of mentioned parameters on deepwater velocity and pinchoff time and depth was investigated by the commercial software Abaqus 6.142. The numerical results were verified by comparison and proper adaptation with available theoretical and experimental results, such as the movement trajectory of a spherical projectile in water depth, shape of formed air cavity, and pinchoff time and depth, which revealed the accuracy and capability of the numerical algorithm used. The results revealed that pinchoff depth is influenced by projectile geometrical shapes and significantly increases along with increased drop height from free water surface, while the pinchoff time is a very weak function of mentioned parameters. Also, the drag force of water has the highest and lowest effect on flat and pointynose projectiles, respectively. Hence, the cubical projectile with the highest velocity depreciation impact on the model bed with a velocity of 1.57m/sec and pinchoff depth occurs at a depth of 63cm, while the conical projectile with the lowest velocity depreciation has an impact velocity of 3.88m/sec and pinchoff depth occurs at a depth of 98cm.