شبیه سازی کاویتاسیون ابری و محاسبه موج فشاری حاصل از آن

بدلیل ایجاد نویز و فرسایش در اثر برخورد موج ضربه ای ناشی از فروریزش کاویتاسیون ابری، بررسی این پدیده از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پروژه ابتدا با استفاده از نرم افزار cfx و با حل معادلات ناویر- استوکس با رویکرد مخلوط همگن جریان چند فازی برای سیال و استفاده از معادله رایلی – پلاست برای تخمین رفتار حباب، شبیه سازی کاویتاسیون ابری بر روی هیدروفویل دوبعدی با استفاده از مدل های آشفتگی شبیه سازی گردابه جدا ، و صورت گرفته است. در حالت پایا، تغییر مدل آشفتگی تأثیری بر روی نمودار ضریب فشار و شکل حفره کاویتاسیون ندارد. توزیع فشار به دست آمده در این حالت مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد. در حالت ناپایا، به علت نوسانی بودن فیزیک مسأله، انتظار می رود که نمودار ضریب برا برحسب زمان نیز نوسانی باشد که مدل و چنین نتیجه ای را نمی دهد. اما مدل شبیه سازی گردابه جدا، باعث نوسانی شدن ضریب برا می شود که نشان دهنده ی درست بودن این مدل آشفتگی است. برای مدل های و کانتور-های نسبت حجمی سیال آن ها برای دو حالت پایا و ناپایا یکسان است، در حالیکه انتظار می رود حجم های مختلفی داشته باشند و این دلیلی مهم بر ناکارآمد بودن این دو مدل آشفتگی برای بررسی فروریزش حباب های کاویتاسیون است. تغییر زاویه حمله یکی از دلایل اصلی تشکیل کاویتاسیون ابری می باشد. با افزایش زاویه حمله حجم حفره ایجاد شده، افزایش یافته، باعث ناپایا شدن حفره و تشکیل زود هنگام جت برگشتی می شود، که در نتایج بدست آمده به وضوح قابل رئویت است. گسترش کاویتاسیون (کاهش عدد کاویتاسیون) باعث افزایش ضریب پسا و کاهش ضریب برا می شود، که یکی از عوامل اصلی تغییر در کارآیی هیدرودینامیکی است. در نتایج ارائه شده، کاهش عدد کاویتاسیون باعث افزایش ضریب پسا و کاهش ضریب برا می شود و با نتایج تجربی موجود هم خوانی دارد. از دیگر عوامل تأثیر گذار بر روی حفره ی کاویتاسیون سرعت جریان ورودی می باشد، که افزایش آن باعث کاهش حجم حفره می شود و درنتایج به وضوح مشخص است. نحوه تشکیل حفره u شکل برای جریان ناپایای سه بعدی با دیواره جانبی در نتایج نمایش داده شده است، که هم خوانی خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. از آنجاییکه به کمک نرم افزار cfx تنها می توان شکل حفره کاویتاسیون را شبیه سازی کرد و این نرم افزار قادر به شبیه سازی موج فشاری حاصل از فروریزش کاویتاسیون ابری نمی باشد لذا در ادامه با فرض کروی بودن ابر حباب و با استفاده از نتایج بدست آمده از شبیه سازی کاویتاسیون ابری، برنامه کامپیوتری برای شبیه سازی موج ضربه ای ناشی از فروریزش ابر حباب تعمیم داده شده است. شدت موج بدست آمده از طریق شبیه سازی مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد.