بررسی عددی اثر قطر سوراخ کاویتاتور دیسکی بر نیروی پسا و شکل حباب ابرکاواک

ابرکاواک یک فرایند هیدرو‌دینامیکی است که در آن جسم کاملاً در یک لایه‌ گاز احاطه شده و تشکیل آن ناشی از کاویتاتور نصب شده در جلوی جسم است. شناورهای ابرکاواکی می‌توانند با سرعت‌های بالایی در آب حرکت کرده و مقاومت اصطکاکی به میزان قابل توجهی کاهش یابد. در سال های اخیر محققان، هندسه های مختلفی از کاویتاتورها در تحقیقات تئوری، عددی و تجربی موردبررسی و تجزیه‌وتحلیل قرار داده‌اند. یکی از مهم‌ترین کاویتاتورهای مورداستفاده در کاربردهای عملی، کاویتاتورهای دیسکی سوراخ‌دار است که در این مقاله مورد تحلیل قرار گرفته است. حساسیت سنجی پارامترهای هندسی و جریانی و تاثیر آن‌ها بر هندسه کاویتی (حباب) و میزان انتقال جرم مهم‌ترین متغیرهایی هستند که در مطالعه حاضر مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. تحلیل عددی با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی بر پایه حجم محدود به‌کمک نرم‌افزار انسیسفلوئنت انجام شده است. برای مدل‌سازی جریان سیال اغتشاشی از مدل k-ε استفاده شده است. شبکه تولیدشده حول کاویتاتور و در همه دامنه حل شبکه سازمان یافته است. برای اعتبارسنجی نتایج عددی از دو نمونه هندسه شامل سطح مستطیلی با زاویه حمله 10 درجه و کاویتاتور دیسکی استفاده شده است. مطابق نتایج به‌دست‌آمده انطباق خوبی بین داده های عددی و تجربی وجود دارد. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده برای سرعت‌های بالاتر از 60 متر بر ثانیه با استفاده از ضرایب ثابت اصلاحی می توان میزان مقاومت مربوط به حباب ابرکاواک را با دقت مناسبی تخمین زد.

Numerical Investigation of the Effect of Disk-Shaped Cavitator Hole Diameter on Drag Force and Cavity Shape

Supercavitating a hydrodynamic process in which the body is completely surrounded by a layer of gas and its formation is the result of cavitators installed in front of the body. Supercavitating vehicles can move in water bodies with high speeds and thus significantly reduce frictional resistance. One of the most cavitators used in practical applications is perforated diskshaped cavitator, which is analyzed in this article. Sensitivity of geometrical and flow parameters and their impact on the geometry of the cavity (bubble) and the rate of mass transfer, are the most important variables which have been discussed in this study. Numerical analysis has been performed using computational fluid dynamic based on finite volume method with the help of AnsysFluent software. The kε model is used to model the turbulent fluid flow. The generated network is structured around the cavitator and across the entire network solution domain. To validate the numerical results, two geometries including a rectangular surface with attack angle of 10 degrees and disk cavitator have been used. According to the obtained results, there is good agreement between numerical and experimental data. Based on the obtained results for speeds higher than 60 meters per second, using constant correction factors, the resistance level of the supercavitation bubble can be accurately estimated.