بررسی آزمایشگاهی و عددی استفاده از پدیده اثر کواندا در ایجاد نیروی پیشران زیرسطحی

در این مقاله به معرفی سامانه تقویت‌کننده جریان آب به‌عنوان پیشران زیرسطحی پرداخته شده و عملکرد آن با استفاده از آزمون تجربی و تحلیل عددی بررسی شده است. در این سامانه از پدیده اثر کواندا برای تقویت جریان سیال استفاده می‌شود. اثر کواندا با ایجاد خلا نسبی روی سطح منحنی محدب باعث انحراف جت سیال از مسیر مستقیم خود شده به‌نحوی که جریان سیال، سطح منحنی را دنبال می‌کند. آب تحت فشار از یک شکاف حلقوی به‌صورت جت پرسرعت در ناحیه قبل از گلوگاه یک مجرای همگرا واگرا تزریق می‌شود. بر اساس پدیده اثر کواندا، جریان جت، انحنای مسیر تا گلوگاه و بعد از آن را می‌پیماید. حجم بیشتری از آب در قسمت همگرای مجرا از محیط مکیده شده و از قسمت دمش به بیرون رانده می‌شود و جریان آب ایجادشده باعث تولید نیروی پیشران می‌شود. این سامانه به‌منظور ارزیابی عملکرد در ایجاد نیروی پیشران، در آب ساکن (بولارد) مورد آزمایش قرار گرفت. مقدار نیروی پیشران برای حالات مختلف اندازه دهانه و دبی جت سیال ورودی به‌صورت تجربی اندازه‌گیری شد. مدل‌سازی عددی در شرایط مشابه با آزمایش تجربی صورت گرفت و نتایج مقایسه شد. تطابق خوبی بین هر دو دسته از نتایج دیده می‌شود. سپس از ابزار عددی برای تحلیل وسیله در سرعت جریان آزاد 5/2متر بر ثانیه استفاده شد. نتایج آن با نمودارهای یک پروانه چرخشی معمولی مقایسه شد. نتایج نشان می‌دهد که می‌توان از این سیستم در تولید نیروی پیشران زیر سطح آب با کارآیی قابل قبول استفاده نمود.

Experimental and Numerical Investigation of Using Coanda Effect for Producing Underwater Propulsion

In this study, the Coanda effect phenomenon and its advantages to produce underwater propulsion have been evaluated experimentally and numerically. The Coanda effect is the tendency of a jet flow to follow a convex surface. This effect is used to multiply the flow volume rate through a nozzlediffuser channel. A ring shape jet flow is injected toward the throat, which follows the curved surface along the channel. Surrounding fluid sucked into the nozzle was pushed toward the exit section of the diffuser. The flow is several times more than the jet flow rate therefore it can be used as a propulsion system. A series of experimental Bollard tests were performed to investigate the system behavior with respect to the different size of the gap and the jet flow rate. Also, a numerical model was used for simulating the tests for similar conditions. A good agreement is observed between numerical and experimental results. The numerical tool was then used to predict the amount of thrust where free stream velocity was 2.5m/s. the Comparison of the flow multiplier performance with a regular propeller shows that it is possible to use of the water flow multipliers as underwater propulsion systems with acceptable performance.