طرح بهینه شکل کاویتاتور برای پرتابه های زیرسطحی در جریان همراه با کاویتاسیون طبیعی و گازدهی شده به کمک روشهای عددی و تجربی

هدف از رساله حاضر، مطالعه جریان همراه با کاویتاسیون طبیعی و گازدهی شده بر روی پرتابه های زیرسطحی با هندسه های مختلف برای بدست آوردن شکل کاویتاتور بهینه در شرایط عملکردی متفاوت می باشد. برای دستیابی به هدف مورد نظر، در تحقیق حاضر روشهای المان مرزی بر پایه جریان پتانسیل، شبیه سازی عددی و مطالعات تجربی مورد توجه است. نتایج در دو بخش کاویتاسیون طبیعی و کاویتاسیون گازدهی شده ارائه شده اند. در بخش کاویتاسیون طبیعی نتایج روش المان مرزی و عددی بر روی هندسه های متقارن محوری ساده و کاربردی با نتایج تجربی موجود مقایسه شده اند که تأیید کننده دقت روشهای المان مرزی و عددی در شبیه سازی کاویتاسیون طبیعی می باشند. سپس به کمک روشهای المان مرزی و عددی و همچنین ترکیب روش المان مرزی با الگوریتم ژنتیک، شکل کاویتاتور بهینه برای پرتابه ها با شکلهای مختلف بدنه و در عددهای کاویتاسیون متفاوت ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که کاویتاتوری بهترین است که در کمترین ضریب پسا، کاویتی تولید کند که بخش مخروطی پرتابه را احاطه کند. همچنین با افزایش عدد کاویتاسیون، کاویتاتور بهینه دماغه کوچکتری خواهد داشت و به کاویتاتور دیسکی نزدیک می شود. در بخش کاویتاسیون گازدهی شده، ابتدا برای شناخت بهتر این پدیده، مطالعات آزمایشگاهی انجام شده در تونل آب دانشگاه علم وصنعت ارائه می شود. سپس مطالعه عددی این پدیده به صورت سه بعدی و به کمک روش نسبت حجمی سیال (vof) با استفاده از الگوریتم بازسازی مرز کاویتی؛ الگوریتم یانگز انجام شده است. مقایسه نتایج تجربی و عددی نشان می دهند که روش عددی استفاده شده به خوبی پدیده کاویتاسیون گازدهی شده را شبیه سازی می کند. همچنین با توجه به نتایج آزمایشگاهی و عددی، معیار مناسب برای انتخاب کاویتاتور بهینه برای پرتابه ها با تکنولوژی دمش گاز، دست یافتن به طول کاویتی یکسان با حداقل دمش گاز و کمترین ضریب پسا درنظر گرفته می شود. در پایان با عنایت به این معیار، کاویتاتورهای بهینه برای پرتابه ها با هندسه های مختلف و در شرایط عملکردی متفاوت با استفاده از روش المان مرزی ارائه می شود. نتایج نشان می دهند که در تمام طولهای کاویتی با افزایش شعاع بدنه پرتابه و کاهش طول قسمت مخروطی، دماغه کاویتاتورهای بهینه کوچکتر شده و به کاویتاتور دیسکی نزدیک تر می شوند.