بررسی عددی وتجربی نیروهای هیدرودینامیک واردبریک شناورمغروغ

شناورهای مغروغ در ابعاد کوچک به صورت گسترده جهت انجام فعالیت های پژوهشی وتحقیقاتی در اعماق اقیانوس و دریا ها جهت عکس ، فیلم برداری و جمع اوری اطلاعات مورد استفاده قرار می گیرند. در سال های اخیر، انواع مختلف در شکل و گونه های متفاوت ساخته شده اند که باعث ایجاد رقابت دربین شرکت ها و صنایع سازنده از نظر شکل بهینه ایرودینامیکی و کاهش مصرف انرژی شده است. یکی از مشکلات عمده در فناوری زیر سطحی بحث میزان توان مصرفی جهت تولید حرکت در پیشرانش است. هرچقدر که میزان انرژی مصرفی بیشتر باشد سبب می شود تا زیردریایی ها مدت زمان کمتری را صرف عملیات های مختلف کرده و باید تعداد دفعات بیشتری را به سطح آب بازگشته و عملیات تغذیه وشارژ انرژی ( شامل باتری های شیمیایی و...) حاصل شود. حتی در زیردریایی هایی که سوخت هسته ای یا فسیلی دارند این موضوع بسیارقابل توجه است.نوآوری و هدف پژوهش این است که هندسه ی و بدنه ی زیر دریایی طوری طراحی و ساخته شده که حداقل میزان انرژی برای پیشرانش جهت تولید حرکت داشته باشد. درنتیجه مستلزم این است که نیروی مقاوم آبی که به شناور وارد می شود در سرعت و عمق های مختلف حرکت کمینه باشد که انتخاب سرعت بهینه از طریق شبیه سازی CFD انجام شده است.امروزه پیشرفت سریع در علم کامپیوتر باعث شده که در زمان کوتاهتر و دقت بیشتر، محاسبات مربوط به نیرو وضریب پسا و دیگرضرائب هیدرودینامیکی تاثیرگذاردر طراحی شناورهای زیرسطحی، انجام پذیرد. در ادامه این مقاله در مورد اصول طراحی بهینه هندسه یک شناور مغروغ ، روش ساخت بهینه و کاربردی آن از جنس الیاف کربن صحبت می نماید. سپس به معرفی محاسبات دینامیک سیالات محاسباتی و شبیه سازی با استفاده از نرم افزار ANSYS CFX باروش حجم محدود که برپایه ی معادلات رینولدز میانگین ناویر استوکس استوار است(RANS ) ، نیروهای پسای اصطکاکی وفشار محاسبه می شود. شبیه سازی انجام شده بر روی شناور به طول ماکزیمم 90 سانتی متر و قطر 12 سانتی متر که دارای یک صفحه تقارن شامل محور طولی بوده در عمق ثابت 18 سانتی متری از سطح آب در سرعت های مختلف، درسرعت ثابت 1 سانتی متر بر ثانیه و ارتفاع متفاوت و در نهایت در عمق و سرعت ثابت اما زاویه حمله متفاوت انجام گرفته است. روش شبیه سازی توربلانس، مدلSST است که برای شبیه سازی جریان سیال بر روی اجسام مغروغ بسیار مناسب است. در انتها نیزتست های تجربی برای شبیه سازی اول در حوضچه کشش دریا دانشگاه صنعتی شریف انجام گرفته وبانتایج محاسبه شده در شبیه سازی مقایسه شده است.

Keywords:

شناورهای مغروغ , توان مصرفی , نیروی پیشرانش , ضرایب هیدرودینامیکی , دینامیک سیالات محاسباتی , مدل توربلانس