17366

1886 دكتري

دكتري

تبديل انرژي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1400

ده، 219ص.: مصور، جدول، نمودار

مهدي نيلي احمدآبادي

محمود ماني، احمدرضا پيشه ور، احمد سوهانكار

1400/12/16

كتابنامه

مهندسي مكانيك

مهندسي مكانيك

1400/12/22

2810020

اين پژوهش به بررسي تجربي اثر دو نوع گردابه‌ساز جديد داراي دندانه‌هاي V شكل و سوزني شكل در محل لبه حمله، روي مشخصه‌هاي آيروديناميكي يك بال لامبدا مي پردازد. اين كار در راستاي ارزيابي اثر المانهاي جديد، دركنترل غير فعال جريان گردابه‌اي روي اين نوع بال است. در اين پژوهش،گردابه‌سازهاي جديد كه داراي هندسه سه بعدي مي‌باشند، با نگرش بر ساختار بال جغد و پس از مطالعات تجربي مقدماتي، طراحي شدند. سپس، تستهاي جامع نيروسنجي تونل باد روي ضرايب نيرويي آيروديناميكي طولي مدل بال جهت بررسي استفاده از آنها انجام پذيرفت. در ادامه با استفاده از آزمايشهاي جريان‌سنجي PIV، اثر گردابه‌سازها بر ساختار جريان گردابه‌اي روي بال مورد مطالعه قرار گرفت. تستهاي نيرويي در گستره اعداد رينولدز 200 تا 700 هزار و آشكارسازي به روش PIV در عدد رينولدز 200 هزار، به عنوان چالشي‌ترين رژيم جريان در اين تحقيق، انجام شدند. بازه تغييرات زاويه حمله مدل در تستهاي نيرويي از صفر تا 36 درجه بوده و در تستهاي PIV، تمركز بر محدوده واماندگي قرار گرفت. در فاز اول تستهاي نيرويي، بكارگيري قطعات گردابه‌ساز دندانه اي V شكل در چهار موضع لبه حمله مدل بال به صورت تكي، دوتايي، سه تايي و كامل مورد آزمايش قرار گرفت. افزايش قابل توجه بيشينه برآ با تعبيه گردابه‌ساز در محل شكستگي بال و بهبود كارآيي آيروديناميكي (L/D) به كمك گردابه‌ساز دماغه، در نواحي واماندگي از نتايج مهم اين فاز پژوهش بود. از طرف ديگر، نصب گردابه‌ساز در شكستگي بال باعث تضعيف عملكرد آيروديناميكي بال در زواياي حمله پايين شد. به طور كلي با افزايش عدد رينولدز، اثربخشي المانها در زواياي حمله پايين به طرز چشمگيري كاهش مي‌يابد، ليكن افزايش ضريب برآ در منطقه واماندگي بال همچنان قابل دستيابي است. همه قطعات گردابه‌ساز V شكل، ضريب پسا را در منطقه وسيعي از زواياي حمله و سرعتهاي جريان كاهش مي‌دهند. محور مطالعات در فاز دوم تستهاي نيرويي، اعمال تغييرات هندسي روي گردابه ساز اوليه شامل كاهش و افزايش فاصله دندانه‌ها و زاويه‌دار كردن امتداد آنها با خط وتر بود. دو تغيير افزايش تراكم و زاويه‌دهي شيارها به سمت بيرون بال، باعث بهبود اثر گردابه‌سازهاي ناحيه شكستگي بال در زواياي واماندگي بال شده است. از طرف ديگر در زواياي حمله پايين، اين دو تغيير هندسي در كنار هندسه اوليه گردابه‌ساز، با نصب در موضع دماغه بال بهترين عملكرد آيروديناميكي را داشته‌اند. جهت آزمايشهاي PIV، مدل تست بر اساس همان نماي بال لامبداي مورد استفاده در تستهاي نيرويي، ولي به صورت بال دلتاي دوگانه ساده‌سازي شد. تعداد چهار مدل آماده گرديد كه يكي از آنها، مدل با لبه حمله صاف به عنوان مدل پايه بود. دو مدل نيز، در دو موضع دماغه و شكستگي بال و ديگري در منطقه بال داخلي و بال بيروني داراي گردابه‌سازهاي V شكل بودند. مدل چهارم نيز در همان منطقه دماغه و شكستگي بال به گردابه‌ساز سوزني تجهيز شد. مقاطع متعدد در راستاهاي طولي، عرضي و مماس روي سطح مكشي مدل بال، هدف عكس‌برداري و سپس تحليل جرياني قرار گرفتند. نتايج متوسط گيري شده زماني به شكل كانتورهاي سرعت، ورتيسيته و خطوط جريان جهت مطالعه جريان گردابه‌اي روي مدلها تحت تاثير گردابه‌سازها استخراج گرديد. جهت تعيين منطقه گردابه روي بال، از معيار Q و در راستاي ارزيابي قدرت گردابه از معيار توزيع چرخش همساز كمك گرفته شد. تزريق مومنتوم به جريان روي بال، تقويت و باريك كردن مخروط گردابه، تاخير در فروپاشي و تخفيف عوارض منفي آيروديناميكي همچون كوچكتر كردن دهانه دنباله جريان از نتايج به كارگيري گردابه‌ساز سوزني مي‌باشد. كمك در حفظ سيركولاسيون روي مقاطع عرضي بال و همچنين ايجاد برتري مقدار توزيع چرخش همساز نسبت به بال صاف، از مزاياي ديگر استفاده از گردابه‌ساز سوزني بوده است. در انتهاي اين مطالعه، جهت شناسايي و مقايسه پرانرژي‌ترين زير ساختهاي حركتي جريان روي بالها، روش POD بر مبناي تحليلهاي لحظه‌اي ميدان جريان مقاطع عرضي، بكار گرفته شد. همسازي چرخش قويترين مود انرژي جنبشي روي بال سوزني با چرخش جريان متوسط گيري شده زماني مهمترين وجه تمايز نسبت به نتايج روي بال صاف بوده است. همچنين مود انرژي مربوط به جابجايي و نوسان عرضي گردابه در تمام مقاطع جلويي بال سوزني در جايگاه دوم بوده است كه بيانگر ساختار پايدارتر گردابه با نوسانات عرضي كمتر بر روي سطح بال سوزني است. هم افزايي مود مربوط به جابجايي با متوسط جريان كنار ديواره بال و همچنين فقدان زيرساختهاي جرياني ناپايدار در نواحي انتهايي بال سوزني نيز، از ديگر نتايج تحليل POD مي‌باشد.

This study experimentally investigates the effect of two new vortex generators with V-shaped and needle-shaped serrations at the leading edge locations on the aerodynamic characteristics of a lambda wing. Comprehensive wind tunnel force measurements and PIV flowmetry experiments were conducted to this end. Significant enhancement of lift force and aerodynamic efficiency (L/D) at stall region was achieved by installing the VGs on the wing kink location and nose area, respectively. However, the VGs at the kink location degraded the aerodynamic performance at low AOAs. Increasing the Reynolds number decreased the effectiveness of the elements at the stall area the lift enhancement was still possible. All V-shaped vortex generators reduced the drag coefficient over a wide range of AOAs and the flow velocities. Compared to the initial geometry of the VGs, the extra aerodynamic improvement was provided by increasing the density of serrations and declining the grooves of the VGs outside of the wing while using at the kink and nose location of the wing for stall condition and low AOAs, respectively. The time-averaged flow field was derived utilizing the PIV technique on the suction side of the wing. Positive aerodynamic results were achieved using the needle-type VGs and affected by their flow momentum injection over the suction side of the wing. Strengthening and narrowing the vortex cone, maintaining the circulation on wing sections, delaying the breakdown, and mitigating the adverse aerodynamic effects such as shrinkage of the wake are the most important ones. POD analyses on instantaneous cross-sectional flow fields were employed to compare the most energetic modes of kinetic energy under the influence of needle-type VGs. The same rotation direction of the first energy mode on the needle wing with the rotation of its mean flow field was the most significant difference compared to the results on the clean wing.

مهدي نيلي احمدآبادي

محمود ماني، احمدرضا پيشه ور، احمد سوهانكار