بررسی پایداری مرز یک ابرکاواک در اثر تحریک دینامیکی

Abstract

پدیده ابرکاواک‌زایی به‌دلیل نقش به‌سزایی که در کاهش نیروی پسا ایفاء می‌کند همواره مورد توجه بوده است. یکی از مباحثی که در رخداد این پدیده اهمیت دارد، بررسی پایدار بودن حفره تولید شده می‌باشد، زیرا ناپایدار شدن و به عبارتی شکستن ابرکاواک در محلی غیر از انتهای جسم، علاوه بر از بین رفتن نقش مثبت کاواک، می‌تواند اختلال جدی در پایداری دینامیکی وسایل متحرکی که کاواک اطراف آن‌ها را گرفته، وارد کند. در نتیجه، باید بررسی کاملی روی پایداری کاواک انجام شود که هدف این مقاله است. برای این منظور، لازم بود که از مدل‌سازی پویا و گذرا استفاده شود. مدلی که امکان این مطالعه را میسر می‌کرد، مدل چشمه و چاه است که برای شبیه‌سازی عددی ابرکاواک به‌کار گرفته شده است. برای بررسی ناپایداری مرز کاواک از یک اغتشاش ضربه‌ای ناشی از تولید و حرکت ورتکسی شبیه ورتکس هیل استفاده می‌شود. این اغتشاش به کمک یک عبارت نیروی غیر پایستار در معادلات ناویر- استوکس اضافه می‌شود. در ادامه، ضمن بررسی روش‌هایی برای تحلیل نتایج، با استفاده از روش پردازش تصویر، وقوع ناپایداری جابه‌جا شونده در سطح ابرکاواک مشاهده شد. همچنین، اثر اغتشاش روی چند طول مختلف کاواک مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده شد که هرچه طول کاواک بلندتر باشد، حساسیت به اغتشاش خارجی بیشتر است. در نهایت، در ابرکاواک‌های بسیار بلند، اغتشاشات کوچک طبیعی موجود در جریان می‌توانند سبب از هم پاشیده شدن آن‌ها شوند. بر این اساس، شکل‌گیری ابرکاواک با طول بسیار زیاد در شرایط محیطی همراه با اغتشاش میسر نمی‌باشد.