بهینه سازی جت مصنوعی برای کنترل جریان

هدف این پژوهش بهینه سازی عملگر جت مصنوعی برای کنترل جریان حول ایرفویل naca0015، در دو زاویه حمله 13 درجه (زاویه حمله واماندگی برای ایرفویل naca0015) و زاویه حمله 16 درجه (زاویه حمله پس از واماندگی)، برای بیشینه کردن عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل، می باشد. عملگر جت مصنوعی، وسیله ای با شار جرمی صفر برای کنترل فعال جریان است که براساس فرکانس ورودی، به صورت نوسانی به مکش و دمش جریان از دهانه کوچک خود می پردازد. غالبا دیافراگم توسط عملگر پیزوالکتریکی حرکت می کند، اما بنابر فرکانس تحریک، دیافراگم می تواند توسط وسایل الکترومکانیکی یا حتی وسایل مکانیکی به حرکت درآید. در این پژوهش، حرکت دیافراگم و جریان خروجی حول ایرفویل به صورت عددی شبیه سازی شده است. ماهیت جریان غیردائم در نظر گرفته شده است و جریان حول ایرفویل مغشوش و عدد رینولدز آن 896000 فرض شده است. مدل rans برای حل معادلات نویراستوکس حاکم بر میدان جریان به کار گرفته شده است و لزجت سینماتیکی توسط مدل اغتشاشی spalart-allmaras به صورت عددی مدل می شود. قبل از طراحی عملگر جت مصنوعی، ابتدا جریان حول ایرفویل به صورت عددی شبیه-سازی شده و خصوصیات آیرودینامیکی ایرفویل (بدون عملگر) با نتایج تجربی بدست آمده، مقایسه و اعتبارسنجی شده است. در شبیه سازی جریان حول ایرفویل دارای عملگر جت مصنوعی، جهت خروجی جت مماس بر سطح ایرفویل در نظر گرفته شده است. این نوع طراحی جت سبب افزایش مومنتوم جریان در نزدیکی سطح ایرفویل شده و جدایش را به تعویق می اندازد. بهینه سازی پارامترهای عملگر جت مصنوعی، کاری است که در این پژوهش انجام می شود. تابع هدف در بهینه سازی l/d انتخاب شد و هدف از پروسه بهینه سازی، بیشینه کردن مقدار l/d می باشد. فرکانس تحریک جت، طول دهانه جت و محل قرارگیری جت، متغییرهای بهینه سازی در نظر گرفته شده اند. زاویه جت یا زاویه جریان خروجی از جت به محل قرارگیری جت روی سطح بالایی ایرفویل، وابسته است و سرعت خروجی جت به دو پارامتر، فرکانس تحریک و طول دهانه جت، وابسته است. در هر دو زاویه حمله در نظر گرفته شده، فرکانس تحریک در بازه 60 هرتز تا 130 هرتز تغییر می کند. هم چنین محل قرارگیری جت روی سطح بالایی ایرفویل، بین لبه حمله تا لبه فرار با سه مقدار 6/0 میلی متر، 2/1 میلی متر و4/2 میلی متر برای طول دهانه جت، متغییر است. روش بهینه سازی پاسخ سطح با دو تکنیک full factorial و مرکب مرکزی برای دست یابی به شرایط بهینه، به کار گرفته شده است. در پروسه بهینه سازی مقدار ضریب توان عملگر جت مصنوعی به عنوان قید انتخاب شده است. نتایج نشان داد که عملگر جت مصنوعی در شرایط پس از واماندگی، تاثیر بیشتری بر عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل دارد. نتیجه شرایط بهینه برای زاویه حمله 16 درجه، افزایش 66 درصدی l/d نسبت به ایرفویل بدون عملگر می باشد.