بررسی عددی هیدرودینامیک جریان حول یک مدل زیردریایی استاندارد

بررسی مشخصه ها و رفتار جریان سیال و همچنین، بدست آوردن ضرایب بی بعد پیرامون اجسام غوطه ور، جزء مسائل مهم و قابل توجه در رشته های مهندسی مکانیک و هوافضا به شمار می رود. در این حالت بین جسم و سیال، مبادله ی نیرو و انرژی رخ می دهد. تعیین این نیروها می تواند اساس حرکت جسم غوطه ور و یا پایه ی محاسبات لازم جهت مقاوم سازی ساختارهای مستغرق در سیال را مشخص نماید. صنایع دریایی نقش و تأثیر مهمی در زندگی انسان ها دارند. زیردریایی یکی از پیشرفته ترین تجهیزات متحرک دریایی است که از سطح آب تا اعماق دریا حرکت می کند و قادر به انجام عملیات های نظامی به صورت کاملاً مخفی و ناشناس است. وسایل زیرسطحی بدنه ای خط جریان کشیده دارند. جریان سه بعدی ایجادشده در اطراف بدنه ی آنها دارای پیچیدگی هایی مانند ایجاد نقطه ی سکون، تشکیل لایه مرزی سه بعدی، جدایی آن در طول یک سطح محدب و تشکیل گردابه می باشد. شبیه سازی صحیح رفتار این وسایل به تعیین دقیق نیروها و ممان های هیدرودینامیکی وارد بر بدنه نیاز دارد. دینامیک سیالات محاسباتی بهترین راه پیش بینی نیروها در مقیاس کامل وسیله زیرسطحی را فراهم می کند. با استفاده از این روش می توان برای تمام اعداد رینولدز به حل رسید و اگر قدرت محاسباتی در دسترس باشد می توان اثرات دینامیکی را لحاظ کرد. در این پژوهش جریان سه بعدی متقارن محوری اطراف بدنه ی یک مدل زیردریایی استاندارد در حالت دائم و با کمک روش حجم محدود مبتنی بر المان بررسی شده است. برای این منظور جریان اطراف مدل با یک شبکه ی سازمان یافته و با استفاده از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی ansys cfx در دو حالت زیردریایی بدون برجک و با برجک شبیه سازی شده است. ابتدا روش عددی درمقابل یافته های تجربی موجود اعتبارسنجی شده و سپس دو شکل دماغه استاندارد suboff و drdc str برای این زیردریایی در زوایای حمله ی متفاوت درنظر گرفته شده است. به منظور بررسی کامل رفتار جریان در اطراف مدل، نیروهای هیدرودینامیکی طولی محاسبه و ساختار دنباله در پشت مدل برای دو دماغه بررسی شده است. نتایج محاسباتی شامل مکان جدایش جریان، خطوط تنش برشی دیوار، توزیع فشار و اصطکاک سطح، قدرت و مکان مراکز گردابه در زاویه حمله 20 درجه ارائه و رژیم جریان برای دو زاویه 10 و 20 درجه مقایسه شده است. با مقایسه ی دو دماغه، در حالت دماغه ی drdc str خط جدایی جریان به سمت موافق جریان حرکت کرده، جدایش جریان در زوایای کمتری رخ داده، اندازه ی ناحیه ی جدایی افزایش یافته، منجر به تشکیل گردابه های قوی تر شده و باعث افزایش نیروی درگ و لیفت می-شود.