مدل سازی عددی دائم و غیر دائم عملکرد واترجت با توپی غیر استوانه ای شرایط غیر کاویتاسیونی و کاویتاسیونی با استفاده از روش حجم محدود

تئوری حاکم بر سیستم رانش واترجت ترکیبی از دانش مرتبط با پمپ و پروانه است. فشار در ناحیه مکش پروانه ها در سرعت های بالای دورانی کمتر از فشار اشباع می‌شود و در نتیجه کاویتاسیون به وجود می‌آید. اما سیستم رانش واترجت می‌تواند تا سرعت‌های دورانی بالاتری در برابر وقوع کاویتاسیون مقاومت کند. در این مقاله با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی پارامترهای گشتاور، بازده و هد در شرایط غیر کاویتاسیونی در حالت دایم و غیر دایم پیش بینی شده و با مقادیر آزمایشگاهی مقایسه شده است. همچنین در شرایط کاویتاسیونی جریان به صورت دوفازی مدل شده و با حالت غیر کاویتاسیونی مقایسه شده است. الگوی ایجاد کاویتاسیون بر روی روتور در شکل نشان داده شده و با حل عددی مقایسه شده است. سپس در ضریب جریان دیگری نقطه شکست رانش بدست آمد. همچنین مطالعه پارامتریک شامل بررسی نقش استاتور در خنثی سازی اثر گشتاور روتور انجام شده است. حل عددی با استفاده از شبکه ساختاریافته، دستگاه مرجع چرخان، دامنه پریودیک، به صورت دایم و غیر دایم و با استفاده از مدل توربولانسی sst انجام گردیده است.این پژوهش نشان می‌دهد که استاتور تا حد قابل توجهی گشتاور پیچشی روتور را خنثی می‌کند. همچنین تاثیر منفی کاویتاسیون بر عملکرد سیستم و نقش آن در کاهش راندمان به خوبی نشان داده شده است.

Steady and unsteady numerical modeling of performance of a waterjet with noncylindrical hub in cavitation and noncavitation conditions using the finite volume method

Waterjet Propulsion System theory is a combination of pump and propeller. The pressure in the leading edge and suction side of a propeller at high rotational speed will be less than the saturation pressure of liquid; therefore cavitation occurs. In this paper, using the computational fluids dynamics, torque, efficiency and head parameters are predicted in noncavitation conditions in steady and unsteady state. The numerical results compared with experimental data. In cavitation condition, the flow is modeled in two phases. The pattern of cavitation formation on the rotor was also studied. Furthermore for another flow coefficient, thrust breakdown value is obtained. A parametric study was also performed to investigate the role of the stator in neutralizing the torque of rotor. The structured mesh and MRF were used in the finite volume numerical simulation.