ارزیابی چهار مدل آشفتگی مختلف برای شبیه سازی جریان مافوق ‌صوت حول یک دماغه‌ پخ مجهز به اسپایک

Abstract

بهبود عملکرد اجسام پروازی در زمینه‌ کاهش نیروی درگ از موضوعاتی است که امروزه مطالعات گسترده‌ای روی آن انجام می‌شود. در جریان­های مافوق صوت، اگرچه اجسام پروازی با دماغه‌های بلانت عملکرد بهتری از منظر کاهش گرمای تولیدی نسبت به دماغه‌های باریک دارند، لیکن منجر به شوک قوی در نوک دماغه شده و نیروی درگ آیرودینامیکی را افزایش می‌دهند. از تکنیک‌های موثر در کاهش درگ یک دماغه‌ بلانت، استفاده از اسپایک در نوک دماغه است. افزودن اسپایک همچنین منجر به افزایش ضریب انتقال حرارت دماغه نیز می­شود. یکی از عوامل موثر بر صحت و دقت نتایج، در شبیه­سازی­های عددی مبتنی بر حل معادلات متوسط­گیری شده ناویر- استوکس روی این دماغه­ها، نوع مدل آشفتگی به­کار رفته می­باشد. در این تحقیق جریان اطراف یک دماغه‌ بلانت همراه با اسپایک به­کمک یک مدل‌ یک معادله­ای آشفتگی اسپالارت- آلماراس و سه مدل آشفتگی دو معادله­ای k-ω, k-ω-SSTو k-ε شبیه­سازی شده تا از مقایسه نتایج حاصله، مدل آشفتگی مناسب برای این نوع شبیه­سازی­ها معرفی شود. عدد ماخ جریان آزاد در این شبیه­سازی­ها برابر 6 و زاویه‌ حمله بدنه برابر صفر درجه در­ نظر گرفته شده است. معادلات جریان با ‌فرض آشفته و تراکم‌پذیر بوده و شبیه­سازی به­صورت تقارن محوری و پایا انجام شده است. توجه شود که کلیه تحلیل­ها در محیط نرم­افزار فلوئنت انجام شده­اند. نتایج عددی حاصله با نتایج تجربی موجود مقایسه و اعتبارسنجی شده­اند. برخلاف انتظار، نتایج نشان می‌دهد که مدل آشفتگی یک معادله­ای‌ اسپالارت- آلماراس جریان اطراف دماغه را بهتر پیش­بینی می­نماید.