شبیه‌سازی عددی جریان فراصوت همراه با انتقال جرم (مکش و تزریق جریان) روی سطح جسم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

عضو هیات علمی / مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

در این پژوهش، جریان لایة ‌مرزی تراکم‌پذیر، دائم و لزج همراه با انتقال جرم (مکش یا تزریق جریان) روی بدنه‌های متقارن محوری مورد تحلیل عددی قرار گرفته است. برای این منظور، با تقریب معادلات کلی ناویر - استوکس به معادلات لایة ‌مرزی جریان فراصوت، معادلات حاصل با استفاده از روش غیرتشابهی و انتگرالی جهت محاسبة توزیع انتقال حرارت روی سطح دماغه و تعیین مشخصات لایة ‌مرزی به‌صورت عددی حل شده‌اند. سیال گاز نیوتنی هواست که با یک سرعت ثابت مکش یا تزریق به‌صورت سراسری و یا محلی به‌وسیلة ایجاد سوراخ‌های در نقاط مختلف روی سطح جسم اعمال می‌شود. با انتقال معادلات حاکم به‌همراه شرایط مرزی با استفاده از تبدیل پرابستن - الیوت به مختصات جدید، سیستم معادلات غیرخطی و کوپل شده با توجه به طبیعت سهموی بودنش به‌صورت قدم‌به‌قدم حل شده‌‌ است. برای تعیین مشخصات جریان، سه حالت دیوارة صلب، دیوارة متخلخل همراه با مکش یا تزریق جریان بررسی ‌شده‌اند. شبیه‌سازی عددی جریان روی یک دماغه با زاویة رأس 20 درجه، در اعداد ماخ، فشارها و دماهای مختلف انجام‌ گرفته است. به‌منظور تأیید صحت شبیه‌سازی عددی، نتایج با مقادیر عددی دیگران و همچنین با نتایج حاصل از اجرای نرم‌افزار فلوئنت مورد مقایسه قرار گرفته که کاملاً رضایت‌بخش می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of supersonic flow with mass transfer (suction or injection) over surface a body

نویسندگان [English]

  • Abbas Tarabi
  • Jamasb Pirkandi
چکیده [English]

In this study, the steady, viscous and compressible boundary-layer flow with mass transfer (suction or injection flow) over axisymmetric bodies has been numerically simulated. For this reason, a computer program has been developed that uses an implicit finite difference method to solve non-similar, full compressible boundary layer equations for calculating the distribution of heat transfer and boundary-layer characteristics over nose of bodies in supersonic flow. The numerical results for three wall-mass transfer boundary conditions; solid wall ; porous walls with suction  or injection  are presented. The results were compared with the available solutions in the technical literature and also with the results of implementing fluent software showing reasonable agreements.

کلیدواژه‌ها [English]

  • supersonic flow
  • compressible boundary-layer
  • suction and injection
  • axsymmetric body
  • flow control

[1] S. Roy, H. S. Takhar, Compressible Boundary-layer Flow with Non-uniform Slot Injection (or Suction) over i) a Cylinder and ii) a Sphere, Heat and Mass Transfer, Vol. 39, No. 2, pp. 139-146, 2003.

[2] H. Dumitrescu, V. Cardo, N. Alexandrescu, Computational of Separating Laminar Boundary-layer Flows, Proceeding of the Romanian Academy, Series A, Vol. 3, No. 312003, 2003.

[3] G. Heydarinezhad, V. Esfahanian, M. M. Rashidi, Effects of Numerical Dissipation on Viscous Supersonic Flows Variables, Amirkabir J. of Science and Research, Vol. 14, No. 53, pp. 217-230, Winter 2003.

[4] M. M. Alishahi, H. Emdad, O. Abouali, A 3-Dimentional Euler Solution for Supersonic Flows Using ROE'S Method with Explicit and Implicit Techniques, Sharif Mechanical Engineering Spring, Vol. 20, No. 26, pp. 73-81, Winter 2003.

[5] M. Pasandidehfard, Numerical Analysis of Turbulent Transonic Flow Around an Axisymmetric Bump Using Different Turbulence Models, Just-International Journal of Engineering Science (English), Vol. 15, No. 4, pp. 103-117, Fall 2004.

[6] L. Xinliang, F. Dexun, DNS of Compressible Turbulent Boundary Layer Over a Blunt Wedge, Proceedings of the Third International Conference on Computational Fluid Dynamics, ICCFD3, Toronto, 12-16 July 2004.

[7] M. R. Heidari, M. Taeibi-Rahni, A. Azimi, Numerical Simulation of Supersonic Turbulent Flow over Bodies of Revolution Including the Base, Using Multiblock Grid, Mechanical and Aerospace Engineering Journal, Vol. 1, No. 1, pp. 51-66, August 2005.

[8] V. A. Bashkin, I. V. Egorov, V. V. Pafnut'ev, Aerodynamic Heating of a Thin Sharp-Nose Circular Cone in Supersonic Flow, High Temperature Journal, Vo. 43, No. 5, September 2005.

[9] M. R. Heidari, M. R. Soltani, M. Taeibi-Rahni, Exprimental Investigations of Supersonic Flow around Along Axisymmetric Body, Esteghlal, Vol. 24, No. 2, pp. 171-191, March 2006.

[10] R. Taghavizenouz, M. Salari, Prediction of Boundary-layer Transition at High Freestrea Turbulence Conditions, Using a Physical Model, Mechanical and Aerospace Engineering Journal, Vol. 2, No. 2, pp. 85-95, December 2006.

[11] M. Xenos, E. Tzirtzilakis, N. Kafoussias, Compressible Turbulent Boundary-layer Flow Control over a Wedge, 2nd International Conference From Scientific Computing to Computational Engineering, Athens, 2006.

[12] V. Esfahanian, M. Boroumand, M. Najafi, Spectral Solution of Supersonic Flow over Cylinder and Sphere, Journal of Faculty of Engineering (University of Tehran), Vol. 40, No. 6 (100), January 2007.

[13] M. R. Mohammadi-Naeini, Analysis of External Flow with Combination of Viscous Boundary-layer Flow and Ideal Flow,Journal of Marine Engineering, Vol. 4, No. 7, pp. 59-69, Spring 2008.

[14] M. Heydari, M. Taeibi-Rahni, Computational Simulation of Turbulent Supersonic Flows Around Axisymmetric Bodies Using a PNS/TLNS Multi-Block Approach, Mechanical and Aerospace Engineering Journal, Vol. 3, No. 4, pp. 1-11, Winter 2008.

[15] J. C. Tannehill, D. A. Anderson, R. H. Pletcher, ComputationalFluidMechanicsandHeat Transfer, 2nd ed, Hemisphere , 1984.

[16] M. F. White, Viscous Fluid Flow, Second Ed, McGraw Hill, New York, 1991.

[17] H. Schlichting, Boundary–Layer Theory, Seventh Ed, McGraw Hill, New York, 1979.

[18] J. D. Anderson, Fundamentals of Aerodynamic, McGraw-Hill, New York, 1991.

[19] M. Xenos, E. Tzirtzilakis, N. Kafoussias, Methods of optimizing separation of compressible turbulent boundary-layer over a wedge with heat and mass transfer, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 52, No. 15, pp 488-496, Jan 2009.