تحلیل فرکانسی و بررسی آرایش جریان بر روی دو بال نامحدود با لبه حمله ساده و سینوسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک دانشگده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی ، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در این تحقیق، دیدگاه متفاوتی از بررسی الگو و رفتار جریان آشفته بر روی دو بال لبه ساده و لبه سینوسی با شرط‌مرزی تناوبی توسط یک روش عددی معرفی‌شده است. در این شبیه‌سازی معادلات ناویر-استوکس توسط روش حجم محدود گسسته شده و با استفاده از مدل آشفتگی بهبودیافته (IDDES) حل‌شده است. به عبارتی در تحقیق حاضر به‌منظور افزایش مانور پذیری یک ریزپرنده با بال ثابت از یک روش کنترل غیر-فعال جریان که از باله شناوری یک‌گونه خاص نهنگ به نام هامپک (Humpback) الهام گرفته‌شده، استفاده‌شده است. در راستای بررسی نحوی عملکرد این نوع بال نامحدود، عدد رینولدز معادل با در نظر گرفته‌شده است. نتایج حاصله نشان از تغییرات گسترده میان این دو نوع بال نامحدود دارد. به‌نوعی برخلاف بال نامحدود لبه ساده که الگوی جریان متقارنی دارد، افت‌وخیزهای شدیدی در توزیع فشار و الگوی جریان بر روی بال نامحدود لبه سینوسی در شرایط ماقبل از واماندگی وجود دارد که متأثر از غلبه جریان‌های جانبی بر جریان‌های طولی بر روی این دست از بال‌‌ها است؛ بنابراین بررسی الگوها و تحلیل گردابه‌های شکل‌گرفته و فرکانس‌های مربوطه بر روی این نوع بال نامحدود همواره می‌تواند کمک شایانی به شناخت فیزیک جریان بر روی آن‌ها کند که زاویه دید جدیدی برای طراحان اجسام پرنده محسوب شود.

کلیدواژه‌ها


[1]. F. E. Fish and J. M. Battle, "Hydrodynamic design of the humpback whale flipper," Journal of Morphology, vol. 225, no. 1, pp. 51-60, 1995.
[2]. S. Aftab, N. Razak, A. M. Rafie, and K. Ahmad, "Mimicking the humpback whale: An aerodynamic perspective," Progress in Aerospace Sciences, vol. 84, pp. 48-69, 2016.
[3]. F. E. Fish, "Performance constraints on the maneuverability of flexible and rigid biological systems," in International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology, 1999, pp. 394-406: University of New Hampshire-Marine Systems.
[4]. F. E. Fish, P. W. Weber, M. M. Murray, and L. E. Howle, "The tubercles on humpback whales' flippers: application of bio-inspired technology," ed: Oxford University Press, 2011.
[5]. F. Fish and G. V. Lauder, "Passive and active flow control by swimming fishes and mammals," Annu. Rev. Fluid Mech., vol. 38, pp. 193-224, 2006.
[6]. M. D. Bolzon, R. M. Kelso, and M. Arjomandi, "Tubercles and their applications," Journal of aerospace engineering, vol. 29, no. 1, p. 04015013, 2016.
[7]. P. Watts and F. E. Fish, "The influence of passive, leading edge tubercles on wing performance," in Proc 12th Internat Symp Unmanned Untethered Submersible Tech. Durham, NH: Autonomous Undersea Systems Institute, 2001.
[8]. I. H. Abbott and A. E. Von Doenhoff, Theory of wing sections: including a summary of airfoil data. Courier Corporation, 2012.
[9]. D. Miklosovic, M. Murray, L. Howle, and F. Fish, "Leading-edge tubercles delay stall on humpback whale (Megaptera novaeangliae) flippers," Physics of fluids, vol. 16, no. 5, pp. L39-L42, 2004.
[10]. D. S. Miklosovic, M. M. Murray, and L. E. Howle, "Experimental evaluation of sinusoidal leading edges," Journal of aircraft, vol. 44, no. 4, pp. 1404-1408, 2007.
[11]. D. Serson, J. R. Meneghini, and S. J. Sherwin, "Direct numerical simulations of the flow around wings with spanwise waviness," Journal of Fluid Mechanics, vol. 826, pp. 714-731, 2017.
[12]. A. Esmaeili, H. Delgado, and J. Sousa, "Numerical simulations of low-Reynolds-number flow past finite wings with leading-edge protuberances," Journal of Aircraft, vol. 55, no. 1, pp. 226-238, 2018.
[13]. J. Melo De Sousa and J. Camara, "Numerical study on the use of a sinusoidal leading edge for passive stall control at low Reynolds number," in 51st AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2013, p. 62.
[14]. J. Sousa and L. Silva, "Transition prediction in infinite swept wings using Navier–Stokes computations and linear stability theory," Computers & structures, vol. 82, no. 17-19, pp. 1551-1560, 2004.
[15]. P. R. Spalart and C. Streett, "Young-person's guide to detached-eddy simulation grids," 2001.
[16]. R. B. Langtry, F. Menter, S. Likki, Y. Suzen, P. Huang, and S. Völker, "A correlation-based transition model using local variables—Part II: Test cases and industrial applications," 2006.
[17]. F. R. Menter, R. B. Langtry, S. Likki, Y. Suzen, P. Huang, and S. Völker, "A correlation-based transition model using local variables—part I: model formulation," 2006.
[18]. M. Zhao, M. Zhang, and J. Xu, "Flow physics behind the effects of leading-edge protuberances on the airfoil aerodynamic performance [J]," in Journal of Physics: Conference Series, 2018, vol. 1037, no. 2, pp. 22-35.
[19]. J. Pereira and J. Sousa, "Finite volume calculations of self-sustained oscillations in a grooved channel," Journal of Computational Physics, vol. 106, no. 1, pp. 19-29, 1993.
[20]. C. Cai, Z. Zuo, S. Liu, and Y. Wu, "Numerical investigations of hydrodynamic performance of hydrofoils with leading-edge protuberances," Advances in Mechanical Engineering, vol. 7, no. 7, p. 1687814015592088, 2015.
[21]. C. Cai et al., "Periodic and aperiodic flow patterns around an airfoil with leading-edge protuberances," Physics of Fluids, vol. 29, no. 11, p. 115110, 2017.
[22]. M. Zhang, G. Wang, and J. Xu, "Experimental study of flow separation control on a low-Re airfoil using leading-edge protuberance method," Experiments in fluids, vol. 55, no. 4, p. 1710, 2014.
[23]. Y. Kamada, T. Maeda, J. Murata, and Y. Nishida, "Visualization of the flow field and aerodynamic force on a Horizontal Axis Wind Turbine in turbulent inflows," Energy, vol. 111, pp. 57-67, 2016.
[24]. A. Dovgal, V. Kozlov, and A. Michalke, "Laminar boundary layer separation: instability and associated phenomena," Progress in Aerospace Sciences, vol. 30, no. 1, pp. 61-94, 1994.
[25]. J. M. Lin and L. L. Pauley, "Low-Reynolds-number separation on an airfoil," AIAA journal, vol. 34, no. 8, pp. 1570-1577, 1996.
[26]. Z. Yang, F. Haan, H. Hu, and H. Ma, "An experimental investigation on the flow separation on a low-Reynolds-number airfoil," in 45th AIAA aerospace sciences meeting and exhibit, 2007, p. 275.
[27]. M.-R. Pendar, E. Esmaeilifar, and E. Roohi, "LES study of unsteady cavitation characteristics of a 3-D hydrofoil with wavy leading edge," International Journal of Multiphase Flow, vol. 132, p. 103415, 2020.
[28]. N. Rostamzadeh, R. Kelso, B. Dally, and K. Hansen, "The effect of undulating leading-edge modifications on NACA 0021 airfoil characteristics," Physics of fluids, vol. 25, no. 11, p. 117101, 2013.