کاربرد ساختارهای متخلخل در کاهش شدت شوک ناشی از تراکم‌ پذیری جریان سیال

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد / پژوهشگاه فضایی ایران، پژوهشکده سامانه های فضانوردی

2 عضو هیات علمی / پژوهشگاه فضایی ایران، پژوهشکده سامانه های فضانوردی

چکیده

تشکیل شوک ناشی از تراکم‌پذیری جریان بر روی سطح اجسام پرنده و تداخل این شوک با لایه مرزی باعث اثرات نامطلوبی مانند افزایش پسا و جدایش جریان می‌شود. در گذشته روش‌های مختلفی برای کاهش این اثرات از جمله، مولدهای گردابه، مکش سطح، دمش از سطح و.. پیشنهاد شده است. در این مقاله به بررسی عددی استفاده از روش ساختارهای متخلخل در کنترل و کاهش اثرات شوک پرداخته می‌شود. ساختارهای متخلخل با مکانیزم افزایش سطح عبور جریان و با ترکیب مکش و دمش باعث کاهش اثرات شوک می‌شوند. روش حل عددی در این مقاله روش حجم محدود، معادلات حل عددی معادلات ناویراستوکس و مدل هندسی ایرفویل NACA0012 می‌باشد. حل جریان به صورت آشفته و پایا در محدوده جریان گذرصوتی می‌باشد. نتایج به دست آمده در این مقاله نشان می‌دهد با کاهش اثرات شوک وکاهش پسای موجی، ضریب پسای کل با استفاده از سطح متخلخل حدود 20 درصد و با استفاده از محیط متخلخل در حدود 16 درصد کاهش می‌یابد. شوک تضعیف شده به نواحی بالادست ایرفویل و ابتدای سطح متخلخل منتقل شده و عدد ماخ پشت شوک با استفاده از سطح متخلخل از مقدار 39/1 به 24/1 کاهش پیدا کرده است. با کاهش اثرات تداخل شوک و لایه مرزی حباب جدایش نیز از 58/0 وتر ایرفویل به 78/0 تعویق پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Porous Media Applications in Shock Attenuation on Suction side of an Airfoil

نویسندگان [English]

  • Mehdi Yadegari 1
  • Seyed Arash Seyed ShamsTaleghani 2
چکیده [English]

Shock formation on the surface of flying objects due flow compressibility and its interaction with boundary layer cause undesirable effects such as drag increment and flow separation. Various methods for reducing the effects have been suggested in the past like vortex generators, suction & blowing, and etc. This paper investigates numerically using of porous media for flow control and decreasing the shock effects. Porous media by increasing flow cross section and by combination suction & blowing reduces these undesirable effects. The numerical method is finite volume, the equations are Navier-Stokes and the geometric model is NACA0012 airfoil. The flow is assumed to be turbulent and steady in transonic regime. In addition, the geometrical modeling of porous media is validated in this paper. Results show that by decreasing the shock wave effects and consequently wave drag decrement, total drag coefficient decrease 20% and 16% using porous surface and porous media, respectively. The weaken shock is moved to the upstream and Mach number behind the shock decrease from 1.34 to 1.29. By decreasing the shock-boundary layer interaction effects, separation bubble is postponed from 0.58 to 0.78 chord length.

[1] طحان منش، محمدرضا، و سید محمود ابوالحسن علوی. 1390. شبیه سازی عددی جریان خطی سیال در محیط متخلخل ،اولین همایش ملی شبیه سازی سیستم های مکانیک، اهواز.

[2] Biot M.A. 1956. Theory of Propagation of Elastic Waves in a Fluid-Saturated Porous Solid, a: Low-frequency Range & High-frequency Range.  J. Acoust. Soc. Am. 28, 168-191.

[3] Yoshizawa, Y., K. Sasaki, and R. Echigo. 1988. Analytical Study the Structure of Radiation Controlled Flame.  Int. J. HeatMass Transfer 31: 311-319.

[4] Zhou, X. Y., and J. C. F. Pereira. 1997. Numerical Study of Combustion and Pollutions Formation in Inert Non Homogenous Porous Media. Combustion Science Technology 130: 335-364.

[5] Tsinker, Gregory. P. 2004. Port Engineering; Planning Construction. Maintenance and Security, John Wiley & Sons, Inc., N J.

[6] Zhiyong, W,b., C. Caliot, F. Bai, G. Flamant, Z. Wang, J. Zhang, C. Tian. 2009. Experimental and numerical studies of the pressure drop in ceramic foams for volumetric solar receiver applications. Laboratory of Solar Thermal Energy and Photovoltaic System, Institute of Electrical Engineering, CAS, Beijing, China

[7] Mohamed Gad. 1996. modern Developments In Flow Control. Department of Aerospace & Mechanical Engineering, Appeared in Applied Mechanics Reviews 49: 365–379.

[8] Inger, G. R. and S. Zee. 1978. Transonic shock wave/turbulent boundary layer interaction with suction or blowing.  J. Aircr. 15 (11): 750-754.

[9] Raghunathan, S. 1988. Passive Control of Shock-Boundary Layer Control. Aerospace Sci  25: 271-296.

[10] Bahi, L. 1982. Passive shock wave/boundary layer control for transonic supercritical airfoil drag reduction. Ph.D. dissertation, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York.

[11] Mabey, D. G. 1971. Flow unsteadiness and model vibration in wind tunnels at subsonic and transonic speeds. ARC CP 1155.

[12] Krogmann, P., E. Stanewsky, and P. Theide. 1985. Effect of suction on shock/boundary layer interaction and shock induced separation.  J. Aircr 22: 37-42.

[13] Raghunathan, S. 1987. Pressure fluctuation measurements with passive shock/boundary layer control. AIAA J. 25 (4): 626-628.

[14] Doerfeer. P., O. Szulc, 2006. Shock Wave Smearing By Wall Perforation. Arch Mech 58, 6.

[15] Doerfeer. P., O. Szulc. 2010. Passive Control Of Shock Wave Applied To Helicopter Rotor High-Speed Impulsive Noise Reduction. Institute of fluid-flow machinery Polish Academy Of Sciences  3: 297-305.

[16] Nagamatsu, H. T., R. Dyer, N. Troy, R.V. Ficarra .1985. Supercritical airfoil drag reduction by passive shock wave/boundary layer control in the Mach number range 0.754.  AIAA 85-0207.

[17] ریاضی، محمدرضا و سایه وزیرنیا. 1388. آشنایی با مهندسی مخازن نفت و گاز. تهران: دانشگاه صنعتی شریف، نشر دانشگاه صنعتی شریف.

[18] Hansbo .S ,1960. Consolidation of clay with special Reference to Influence of vertical Sand Drains. Swedish Geotechnical Institute ,Poc.

[19] Mitchell J. K. 1976. Fundamentals of Soil Behavior. Wiley, New York.

[20] حیرانی نوبری، محمدرضا، و بهاره قائدی. 1384. شبیه سازی عددی جریان در حال توسعه در محیط متخلخل محصور بین دو صفحه موازی جامد با تخلخل ثابت و تخلخل متغیر. سیزدهمین کنفرانس بین المللی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان.

[21] شجاعی فرد، محمد حسن ، و مجتبی  طحانی. 1391. مقدمه ای بر جریان­های آشفته و مدل سازی­های آن. تهران: انتشارات دانشگاه علم و صنعت ایران.

[22] Harris, C. D. 1981. Two-dimensional aerodynamic characteristics of the NACA 0012 airfoil. in the Langley 8-foot transonic pressure tunnel. NASA Technical Memorandum  81927.

[23] Guohui, G,  and Saffa B. 1997. Pressure Loss Characteristics Of Orifice And Perforated Plates. Experimental Thermal and Fluid Science 14 (2): 160–165.

[24] Nakayama A,  F. Kuwahara,  Y. Sano. 2007. Concept of equivalent diameter for heat and fluid flow in porous media. AIChE J 53(3).

[25] یادگاری، مهدی، آرش شمس طالقانی و خدایار جوادی 1393. کنترل غیرفعال تداخل شوک و لایه مرزی با محفظه و سطح متخلخل. بیست و دومین کنفرانس بین المللی مکانیک، دانشگاه شهید چمران اهواز.