تحلیل پایداری جریانهای لایه مرزی به همراه کنترل جریان آرام بر روی ایرفویلها با استفاده از مکش

در تحقیق حاضر اثر مکش بر پایداری جریان عبوری حول یک ایرفویل بررسی شده است. هدف کلی از این تحقیق دست یابی به جریانی آرام حول ایرفویل می باشد. برای این کار اعمال مکش بر جریان با هدف به تاخیر انداختن محل گذار جریان از رژیم آرام به مغشوش و همچنین بیشینه کردن پارامتر نسبت لیفت به درگ صورت گرفته است. بدین ترتیب، جهت انجام این فرآیند نیاز به حل دقیق جریان و تعیین نقطه گذار جریان می باشد. ابزار استفاده شده برای تحلیل جریان عبوری حول ایرفویل یک کد عددی tvd یا تغییرات کل از بین رونده است که معادلات ناویر-استوکس دوبعدی را به روش ضمنی حل می کند. برای تعیین نقطه گذار جریان از رژیم آرام به مغشوش نیز از روش en استفاده شده است. این روش که برمبنای تحلیل پایداری خطی بنا نهاده شده است، از حل معادله اور-سامرفلد برای تعیین میزان رشد امواج اغتشاشی استفاده می کند. در مرحله ابتدائی از این پژوهش، حل معادله اور-سامرفلد در غالب تحلیل پایداری هیدرودینامیکی جریان برای جریان بر روی یک صفحه تخت و جریان عبوری حول ایرفویل naca 12 انجام شده است. نتایج بدست آمده از تحلیلهای پایداری جریان در تطابق خوبی با نتایج کارهای دیگران قرار دارد. در این تحقیق برای حل معادله اور-سامرفلد از روش تفاضل محدود و تبدیل آن معادله به یک معادله ماتریسی استفاده شده است. برای ارزیابی روش en نیز نتایج حاصل از آن برای تعیین گذار جریان حول ایرفویل naca 12 با نتایج تجربی مقایسه شده است که این مقایسه حاکی از موفقیت این روش در تعیین گذار برای جریان حول ایرفویلها می باشد. پس از تحلیل پایداری جریان و اطمینان حاصل کردن از صحت کارکرد روش en در تعیین گذار جریان، در مرحله بعد کنترل جریان با استفاده از مکش برای جریان عبوری حول ایرفویل انجام شد. برای ارزیابی روش حل، نتایج کد tvd حاضر با نتایج تجربی تحلیل جریان حول ایرفویل vfw-va-2 برای دو حالت جریان بدون مکش و جریان دارای مکش مقایسه شد که تطابق خوبی بین نتایج تحقیق حاضر و نتایج تجربی مشاهده می گردد. پس از ارزیابی روش حل، فرآیند جستجوی مقادیر بهینه پارامتر های موثر بر مکش نظیر محل اعمال مکش و میزان مکش اعمال شده برای جریان حول ایرفویل naca 653-018 انجام شد. این کار با هدف کنترل گذار جریان و به کمک اطلاعات بدست آمده از وضعیت پایداری جریان صورت پذیرفت. در کلیه حالتهای اعمال مکش که با تغییر دادن محل سوراخ مکشی انجام شد، تاخیر در گذار جریان نسبت به حالت بدون مکش بدست آمد. همچنین با مقایسه چندین حالت بررسی شده، این نتیجه حاصل شد که بیشترین تاخیر در گذار جریان هنگامی رخ می دهد که محل اعمال مکش در فاصله بین نقاط گذار جریان و نقطه بحرانی جریان و نزدیکتر به نقطه بحرانی باشد. زیرا فاصله بین این دو نقطه، که ناپایداریها و اغتشاشات جریان به سرعت در حال رشد و تقویت هستند، مناسب ترین محل برای کنترل گذار جریان است. همچنین هر قدر محل اعمال مکش به نقطه بحرانی که منشا تولید اغتشاشات است نزدیکتر باشد، دامنه جریان آرام روی ایرفویل گسترده تر می گردد. اما به طور موازی تاثیر مکش بر ضرایب نیروهای آیرودینامیکی وارد بر ایرفویل نیز بررسی شد که در تمامی حالتهای بررسی شده، مقدار ضریب لیفت با اعمال مکش نسبت به حالت بدون مکش افزایش یافت و مقدار ضریب درگ به جز در چند حالت اندک، در سایر حالتها کم شد. لیکن در کلیه جریانهایی که مکش به آنها اعمال شد می توان شاهد افزایش پارامتر نسبت لیفت به درگ بود. یکی دیگر از اثرات مثبت مکش بر جریان حذف یا کاهش پدیده جدایش جریان است که معمولا در جریان بر روی ایرفویلها در نواحی با زاویه حمله بالا رخ می دهد که این مورد نیز در بخش نتایج نشان داده شده است.