شبیه سازی عددی جریان های فراصوتی آرام و آشفته غیردائم خروج یک پرتابه از یک لوله

Abstract

در این پژوهش، جریان فراصوتی آرام و آشفته غیردائم پرتابه خروجی از یک لوله به صورت عددی شبیه­سازی شده است. معادلات جریان لزج تقارن محوری و تراکم پذیر به روش تقسیم شار ون-لیر با دقت مرتبه دوم مکانی و زمانی با مرز متحرک به صورت عددی حل شده است. هنگامی که پرتابه از لوله خارج می­شود، جریان پیچیده­ای در جلو و پشت آن ایجاد می­شود. این جریان شامل انواع امواج انبساطی و ضربه­ای هستند. اندرکنش­های پیچیده این امواج تحلیل جریان را دشوار می­سازد. شبیه­سازی عددی توانسته جبهه موج فشاری و موج ضربه­ای خمیده جلوی جسم، موج بارل، دیسک ماخ، جریان چرخشی و لایه برشی را به خوبی پیش­بینی کند. نتایج به دست آمده نشان می­دهند که تفاوت چندانی بین آرایش جریان­های آرام و آشفته وجود ندارد. اما نیروهای آیرودینامیکی وارده به پرتابه با هم متفاوت هستند. به دلیل اندرکنش­های مختلف امواج ضربه­ای و انبساطی، تغییرات شتاب و نیروهای آیرودینامیکی در لحظه خروج پرتابه بسیار زیاد بوده موجب ارتعاش پرتابه می­شود که می­تواند مسیر آن را تغییر دهد. این شتاب در لحظه شروع خروج پرتابه از لوله بیشترین مقدار خود را دارد، اما به محض خروج کامل پرتابه از لوله، نیروی مقاوم افزایش و شتاب کاهش می­یابد.