بررسی عددی جریان تراکم ناپذیر حول ایرفویل فوق بحرانی با استفاده از اپن فوم

امروزه یکی از ابزارهایی که جهت حل بهتر و درک بیشتر یک مسئله مهندسی مورد استفاده قرار می¬گیرد، نرم¬افزارهایی باقدرت حل و شبیه¬سازی می¬باشند. یکی از این نرم¬افزارها، نرم¬افزار اپن¬فوم است. از جمله امتیازات نرم¬افزار اپن¬فوم، تهیه کردن ابزار و حل¬کننده جدید بر اساس دانش¬های مربوط به مسئله مورد نظر می¬باشد. به عبارتی دیگر، می¬توان گفت که کاربر می¬تواند با شناختن مجهولات، پارامترهای فیزیکی و دیگر متغیرهای اساسی مسئله و از سوی دیگر دانستن تکنیک¬های برنامه¬نویسی، اقدام به ساختن یک فایل جدید نماید که می-تواند به کمک آن مسائل را مورد ارزیابی قرار دهد. یکی از بحث های موجود در مورد استفاده از نرم¬افزار اپن¬فوم برای بررسی عددی مساله، مشکل ضرایب آیرودینامیکی حاصل از نرم¬افزار اپن¬فوم در مقایسه با داده¬های آزمایشگاهی و حتی سایر نرم¬افزارهای موجود مانند فلوئنت است. بررسی¬های زیادی تا به امروز صورت گرفته اما، خطای ضرایب آیرودینامیکی کاهش پیدا نکرده است. درواقع این بررسی-ها به صورت جامع و همه جانبه نبوده است. در این نرم افزار روش¬های گسسته سازی بسیار متنوع و بیشتری نسبت به سایر نرم¬افزارهای موجود، وجود دارد. از طرفی تاثیر گسسته سازی بر دقت حل بسیار زیاد است. روش گسسته سازی به کار برده شده در این نرم¬افزار، روش حجم محدود است. با وجود اینکه این روش به خوبی شناخته شده است اما، در مورد گسسته سازی عبارات معادله ناویر استوکس بحث زیادی وجود دارد و به طور قطعی، یک روش مشخص که دقت حل مناسبی داشته باشد و نیز همگرایی را تضمین کند، تعیین نشده است. از اینرو در پروژه حاضر تاثیر روش¬های گسسته سازی مختلف بر دقت حل و نیز تاثیر مدل آشفتگی را بررسی نموده¬ایم. برای این منظور و با توجه به اهمیت ایرفویل¬های فوق بحرانی، این ایرفویل را به عنوان مدل انتخاب کرده¬ایم. هر چند که این ایرفویل¬ها به دلیل اهمیتشان در اعداد ماخ بالا گسترش یافتند، اما به دلیل اینکه مشکل ضرایب آیرودینامیکی اپن¬فوم حتی در اعداد ماخ بسیار پایین همچنان مورد بحث است و این مشکل تا به حال حل نشده است، به همین دلیل در این پایان¬نامه به بررسی عددی جریان تراکم¬ناپذیر در اعداد ماخ پایین در نرم¬افزار اپن¬فوم پرداخته شده است. در این بررسی¬ها روش¬های مختلف گسسته¬سازی از جمله روش¬های بالادستی، روش¬های خطی، روش¬های تی-وی-دی و nvd مورد بررسی قرار گرفت. روش بالادستی خطی برای عبارت جابه¬جایی بیشترین دقت را داشت. روش¬های تی-وی-دی هزینه محاسباتی زیادی داشتند. روش مورد استفاده برای گسسته¬سازی گرادیان (و به خصوص گرادیان فشار) تاثیر زیادی بر دقت حل دارد. در بررسی¬هایی که صورت گرفت مشخص شد که، روش quick برای گرادیان سرعت و روش حداقل مربعات برای گرادیان فشار دقت بسیار خوبی دارد. عبارت دیفیوژن به یک روش میانیابی و نیز یک روش برای گرادیان عمودی سطح نیاز دارد. برای میانیابی روش خطی مرتبه دو نسبت به سایر روش¬ها، از نظر پایداری و نیز از نظر دقت حل مناسب¬تراست. برای گرادیان عمودی سطح روش corrected به¬کار برده شد. معمولا برای جلوگیری از ریز کردن زیاد شبکه در اطراف دیواره و در نتیجه جلوگیری از افزایش هزینه محاسباتی از توابع دیواره استفاده می¬شود. با توجه به اینکه استفاده از توابع دیواره باعث می¬شود در ناحیه نزدیک دیواره، به جای حل عددی از حل تقریبی استفاده شود، به همین دلیل این توابع در کاهش خطای عددی تاثیر زیادی دارد. تابع دیواره uwallfunction بهترین دقت را دارد. در این مطالعه، خطای ضریب درگ بین 2 تا 8 درصد بوده است. در اعداد ماخ پایین(تقریبا 0.1) مدل اسپالارت آلماراس نسبت به مدل¬های آشفتگی دیگر دقت حل بیشتری دارد ولی با افزایش عدد ماخ و نیز زاویه حمله ، مدل آشفتگی k-omegasst بهتر است. برای حل جریان از حلگر سیمپل¬فوم و از مدل¬های آشفتگی اسپالارت آلماراس و komegasst استفاده شد. هم چنین روش¬های حل معادلات از نظر هزینه محاسباتی مقایسه شدند. روش چند شبکه¬ای gamg کمترین تکرار را برای همگرایی نیاز دارد. علاوه بر حلگر، مقدار ضریب فوق تخفیف بر هزینه محاسباتی و نیز بر پایداری حل تاثیر بسیار زیادی دارد. به طوریکه با افزایش مقدار این ضریب برای معادله فشار، حل ناپایدارتر می¬شود.