شبیه سازی عددی جریان حولِ شناورِ پروازی پله دار (دو پله) در آب آرام

Abstract

یکی از روش‌های موثر برای کاهش درگ در شناورهای پروازی استفاده از پله در کف بدنه شناور است. پله سبب کاهش سطح تماس بدنه شناور با آب شده و به تبع آن کاهش درگ شناور را بهمراه خواهد داشت. در این مقاله، اثر استفاده از دو پله‌ی عرضی بر روی عملکرد هیدرودینامیکی یک شناور پروازی چاین‌دار به روش عددی حجم محدود مورد بررسی قرار می‌گیرد. معادلات متوسط زمانی ناویراستوکس همراه با مدل اغتشاشی استاندارد k-ɛ کوپل‌شده با معادلات تسخیر حجمی سطح آزاد برای شبیه‌سازی جریان آشفته در اطراف بدنه شناور به کمک نرم افزار انسیس سی‌اف‌ایکس حل می‌شوند. به منظور اعتبارسنجی مدل عددی ارائه شده در این مقاله، ابتدا نتایج عددی محاسبه شده با نتایج آزمایشگاهی تانتون و همکاران مقایسه می‌شوند. سپس نتایج عددی بدست آمده برای نیروی درگ، توزیع فشار روی بدنه، سطح خیس‌شده، اسپری آب از چاین و الگوی موج اطراف بدنه‌ شناور در سرعت‌های مختلف ارائه و مورد تحلیل و بررسی قرار می‌گیرند. شناور پروازی دوپله مورد بررسی در مقایسه با مدل تک‌پله و بدون پله دارای مقاومت کمتری بوده که ناشی از جدایش جریان از پله و همچنین کاهش سطح خیس‌شده کف شناور می‌باشد. این پارامتر، به خودی خود باعث کاهش مؤلفه مقاومت اصطکاکی می‌شود. از طرفی دیگر، برخی اثرات منفی بر روی عملکرد هیدرودینامیکی در آب آرام مشاهده میشود که می‌توان به بزرگتر شدن ارتفاع سطح آزاد در پشت شناور و افزایش فشار هیدرودینامیکی در قسمت سینه، اشاره نمود. در عین حال، لازم به ذکر است که شناور دو‌پله دارای بازه تغییرات کوچکتری از زاویه تریم بوده و در مقایسه با حالت تک‌پله و بدون پله، کنترل رفتار طولی شناور را به طرز قابل توجهی، بهبود می‌بخشد.