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

نویسندگان

1 دانشگاه جامع امام حسین (ع)- دانشکده فنی و مهندسی

2 دانشگاه جامع امام حسین ع

چکیده

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.   

کلیدواژه‌ها


Hallion, R. The History of Hypersonics”, the 43rd
AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit.,
pp. 329-331, 2005.

2. Mansour, K. and Khorsandi, M. “The Drag
Reduction in Spherical Spiked Blunt Body”, Acta
Astronautica, Vol. 99, No. 1, pp.92-98, 2014.

3. Zhenqing, W., Hongqing, Lv., and Zhang, A.
Numerical Analysis of Thermal Protection and
Drag Redunction with Use of Spike”, Systems and
Control in Aeronautics and Astronautics
(ISSCAA), the 3rd International Symposium on.
IEEE, 2010.

4. Mahmoud, Y.M.A. and Qin, N. Investigation of
Flow Asymmetry Around Axi-Symmetric Spiked
Blunt Bodies in Hypersonic Speeds”, The
Aeronaut. J., Vol. 118, No. 1200, pp. 169-179,
2014

5. Snežana, S.M., Miloš D.P., Slavica, R., and
Aleksandar, V. On the Influence Of Spike Shape
at Supersonic Flow Past Blunt Bodies”, Facta
Universitatis, Vol. 3, No. 12, pp. 371-382, 2002.

6. Sahoo, D. Das. S., Kumar, P., and Prasad, J.K
Effect of Spike on Steady and Unsteady Flow over
a Blunt Body at Supersonic Speed”, Acta
Astronautica, Vol. 128, No. 8, pp.45-53, 2016.

7. Soori, N. Numerical Study of Heat Flux
Developed on an Aero-spiked Structure In
Hypersonic Flow”, Proc. IEEE Aerospace Conf.
Big Sky, MT, USA, 2015.

8. Gauer, M. and Paull, A. Numerical Investigation
of a Spiked Blunt Nose Cone at Hypersonic
Speeds”, Spacecraft And Rockets, Vol. 45, No. 3,
pp. 459-471, 2008.

9. Heubner, L.D., Mitchell, A.M., and Boudreaux,
E.J. Experimental Results on the Feasibility of an
Aerospike for Hypersonic Missiles”, the 33rd
Aerospace Sciences Meeting and Exhibit.,
Aerospace Sciences Meetings, Technical Report,
January 1995.

10. Guenther, R.A. and Reding, J.P. Fluctuating
Pressure Environment of a Drag Reduction Spike”,
J. Spacecraft and Rockets, Vol. 14, No. 12, pp. 705-
710, 1997.

11. Yamauchi, M., Fujii, K., and Higashino, F.
Numerical Investigation of supersonic Flows
Around a Spiked Blunt Body”, J. Spacecraft and
Rockets, Vol. 32, No. 1, pp. 32-42, 1995.

12. Yunfeng L. and Zonglin J. Concept of Non-
Ablative Thermal Protection System for
Hypersonic Vehicles”, AIAA Journal, Vol. 51, No.
3, pp. 12-23, 2013