بررسی عددی نیروی درگ و حباب بخار سوپرکاویتاسیون بر روی کویتیتورها

کاویتاسیون به معنی تشکیل حبابهای بخار در مناطق کم فشار میدان جریان مایع و فروپاشی این حبابها در مناطق پرفشار است. کاویتاسیون یکی از اصلی ترین مسائلی است که همواره مهندسین را با مشکل مواجه ساخته است. دستگاههای هیدرولیکی باید به گونه ای طراحی شوند که از وقوع کاویتاسیون جلوگیری شود یا حداقل وقوع کاویتاسیون در شرایط کنترل شده ای رخ دهد که برای بازده هیدرودینامیکی مضر نباشد. وقوع کاویتاسیون شدید نه تنها باعث ایجاد صدا و آسیبهای جدی به تجهیزات مکانیکی می شود، بلکه باعث کاهش شدید بازده کاری و عملکرد نیز می شود. هنگامیکه سرعت حرکت جسم در سیال مایع از حدی بیشتر شود از ایجاد کاویتاسیون گریزی نیست و می توان با افزایش منطقه حباب تا کل سطح جسم، به فوایدی دست پیدا نمود که به این حالت سوپر کاویتاسیون گفته می شود. یکی از عوامل ایجاد حباب کاویتاسیون کویتیتور نام دارد که بواسطه تغییر هندسه آن نرخ ایجاد کاویتاسیون تغییر می کند. در این پروژه میزان ایجاد حباب و نیروهای وارده و ضرایب بی بعد مربوطه برای پروفیل استوانه ای پله ای با دو قطر مختلف بروش عددی مورد بررسی قرار می گیرد. مشخصات کویتیتور بصورت مشخصه های طولی d و h که بترتیب دارای قطرهای 0.015 و 0.01 متر تعریف شده است. تاثیرات سرعت جریان آب بر روی 72 عدد کویتیتور برای بدست آوردن شکل بهینه ای از آنها که دارای بیشترین حجم حباب کاویتاسیون و کمترین نیروهای درگ فشاری و لزجی هستد مورد بررسی قرار گرفته است. روش حل بصورت شبیه سازی جریان بر اساس حجم محدود غیر صریح و به کمک مدل کاویتاسیون و چند فاز و بصورت متقارن محوری می باشد. در این تحقیق دو هدف عمده مطرح است: کاهش نیروی درگ و افزایش حجم حباب. برای ارضاء هدف اول باید طول مشخصه d زیاد و طول مشخصه h کم باشد. و برای ارضاء هدف دوم باید طول هر دو مشخصه کم باشد. همچنین با افزایش حجم بخار در رونده های زیر سطحی میتوان با صرف انرژی کمتر به ضریب درگ یکسان و افزایش سرعت دست یافت. در این تحقیق از نرم افزار فلوئنت استفاده شده است و با ارزیابی های انجام شده تطابق خوبی بین شبیه سازی عددی و آزمایشات تجربی وجود دارد.