مطالعه عددی مکانیزم کاهش پسا در سطوحی با ریزساختارهای مثلثی عرضی

یکی از مهم ترین تکنیکهای غیرفعال در زمینه کاهش نیروی پسا، استفاده از سطوح ریزساختار می باشد. ساختارهای این سطوح که از مرتبه نانومتر تا چند صد میکرومتر می باشند می توانند به صورت تصادفی و یا به شکل منظم و کنترل شده، با هندسه و چیدمان مختلف بر روی سطح ایجاد شوند و با تاثیر بر جریان گذرنده، پسای تولیدی را دستخوش تغییر قرار دهند. این مقاله با هدف مطالعه فیزیک حاکم بر سطوح ریزساختار، به بررسی پارامترهای حاصل از عبور جریان هوا از روی آنها می پردازد که از جمله این پارامترها می توان به مولفه های پسا، پروفیل های سرعت و تنش برشی اشاره نمود. به این منظور از ریزساختارهای مثلثی با قاعده و ارتفاعی یکسان و برابر با ۵۰، ۱۰۰، ۲۰۰، ۴۰۰ و ۸۰۰ میکرومتر استفاده شده است که به صورت عرضی در معرض جریانی با سرعت m/s ۵ و m/s ۲۵ قرار گرفته اند. این ریزساختارها بر روی صفحه ای به طول mm ۶۰ ایجاد شده اند که برای انجام مقایسه دقیق تر، mm ۱۰ از ابتدا و انتهای صفحه در مقایسه ها لحاظ نگردیده است. با توجه به تاکید برخی مقالات بر لغزش جریان از روی ریزساختارها، پروفیل های سرعت بر روی این سطوح بررسی شده است اما در نهایت تغییر در مقدار و جهت تنش برشی به عنوان مکانیزم اصلی کاهش پسای اصطکاکی تشریح گردیده و اثر ابعاد و سرعت جریان بر آن بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که گردابه های محبوس در میان ساختارهای عرضی این سطوح می توانند با کاهش مقدار تنش برشی در اطراف قله ها و نیز تغییر جهت آن در دره ها منجر به کاهش پسای اصطکاکی گردند. از سوی دیگر ایجاد اختلاف فشار در داخل و اطراف ساختارها منجر به ایجاد پسای فشاری خواهد شد. برآیند این دو مولفه پسا که به ابعاد ریزساختارها و نیز سرعت جریان وابسته اند، نهایتا مقدار افزایش و یا کاهش پسای کل را تعیین خواهد کرد.

Keywords:

Microstructure , Drag Reduction , Transverse flow , Shear Stress , numerical simulation