مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه عددی تاثیر نازل های امتداد یافته بر کاهش پسای دماغه پخ بهمراه جت مخالف در جریان مافوق صوت آشفته

نویسندگان
1 استادیار دانشگاه تهران
2 عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی، واحد نجف آباد
3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده علوم و فنون نوین ، دانشگاه تهران، تهران
4 کارشناس ارشد/ دانشگاه تهران
چکیده
در این مطالعه، با استفاده از یک روش ترکیبی، اثر جت مخالف تزریق شده از نازل امتداد یافته، بر کاهش پسای آیرودینامیکی، بررسی شده است. میدان جریان حول جسم نیم‌کروی، در جریان آزادی با ماخ 4 شبیه‌سازی شده است. نتایج با ارائه یک حلگر سه‌بعدی و بکارگیری فرم کامل معادلات ناویر-استوکس و انرژی به همراه مدل اصلاح شده انتقال تنش برشی بدست آمده است. اعتبارسنجی عددی مناسب، با مقایسه توزیع فشار سطح در نسبت فشار صفر جت به جریان آزاد و پسای وارد بر دماغه در نسبت فشارهای 0 تا 3، صورت گرفته است. در این پژوهش، بمنظور تحلیل اثر امتداد یافتگی، از چهار نازل استفاده شده است. نتایج تحقیق حاضر نشان می‌دهد که امتدادیافتگی نازل با ایجاد تغییر در شکل شوک کمانی، اثر قابل ملاحظه‌ای بر پسای موجی دماغه دارد. در یک نسبت فشار مشخص، اثر جت تزریق شده از نازل امتداد یافته بر کاهش پسای دماغه در مقایسه با تزریق مستقیم جت از دماغه، بیشتر است. این اثر در تمامی نسبت فشارها (0 تا 4) قابل مشاهده است. از سویی دیگر، افزایش محدود نسبت فشار در یک طول ثابت از نازل امتدادیافته، منجر به کاهش بیشتر پسای کل شده است. هرچند، در نسبت فشارهای بالاتر، افزایش خطی پسران جت باعث شده است تا پسای کل وارد بر دماغه افزایش یابد. همچنین، نتایج نشان می‌دهد که افزایش طول نازل در یک نسبت فشار ثابت، منجر به افزایش عمق نفوذ جت و کاهش بیش از پیش پسای کل می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical study of the effect of the extended nozzles on drag reduction of blunt body with counter-flow jet in supersonic turbulent flow

نویسندگان English

Mojtaba Tahani 1
Mohammad Hojaji 2
Arash Dartoomian 3
Mohammad Salehifar 4
1 UT
2 Assistant Professor, Islamic Azad University, Najafabad Branch
3 Faculty of New Sciences and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran.
4 Master of Science/ University of Tehran
چکیده English

The effect of counterflow jet through an extended nozzle on reducing aerodynamic drag is analyzed by using a combined method. Flow field is simulated around a hemispherical body in a free stream with Mach 4. The results are reached by providing a 3D solver and applying the complete form of Navier-Stoke and energy equations along with modified shear stress transport model. Appropriate numerical validation has been made by comparing the surface pressure distribution in the zero pressure ratio of jet to free-stream and drag on the nose at a pressure ratio of 0 to 3. Four nozzles were used to analyze the effect of extending. The results show that the nozzle extensions have a significant effect on the wave drag after changing the shape of the bow shock. In a given pressure ratio, the effect of injected jet from the extended nozzle over the reduction of the nose is higher than that of direct jet injection from the nose. The effect is visible in all pressure ratios. Furthermore, a limited increase in the pressure ratio over a fixed length of the extended nozzle has led to a further reduction of total drag. However, in the higher pressure ratios, the linear increase of the retro jet has led to an increase in the total drag on the nose. The results also show that increasing the nozzle length in a constant pressure ratio leads to an increase in the depth of jet penetration and a larger reduction of total drag.

کلیدواژه‌ها English

Counter-flow Jet
Supersonic Turbulent Flow
Numerical simulation
Drag Reduction
Extended Nozzle
[1] C. Warren, An experimental investigation of the effect of ejecting a coolant gas at the nose of a bluff body, Fluid Mechanics, Vol. 8, No. 3, pp. 400-417, 1960.
[2] P. Finley, The flow of a jet from a body opposing a supersonic freestream, Fluid Mechanics, Vol. 26, No. 2, pp. 337-368, 1966.
[3] V. Fomin, A. Maslov, A. Shashkin, Flow regimes formed by a counterflow jet in a supersonic flow., Fluid Mechanics, Vol. 42, No. 5, pp. 757-764, 2001.
[4] K. Hayashi, S. Aso, Y. Tani, Numerical study of thermal protection system by opposing jet, 43th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada, Jan. 10-13, 2005.
[5] I. Tamada, S. Aso, Y. Tani, Numerical study of the effect of the opposing jet on reduction of aerodynamic heating with different nose configurations, 26th International Congress of the Aeronautical Sciences, Anchorage, AL, Sep. 14–19, 2008.
[6] I. Tamada, S. Aso, Y. Tani, Reducing aerodynamic heating by the opposing jet in supersonic and hypersonic flows, 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Florida, Orlando, Jan. 4-7, 2010.
[7] L. Bin, W. Zhen, H. Wei, Effect of the injector configuration for opposing jet on the drag and heat reduction, Aeropace Science and Technology, Vol. 51, No. 1, pp. 78-86, 2016.
[8] M. Mumivand, H. Mohammadkhani, Numerical stydy of aerodynamic drag reduction of blunt nose with hybrid of spike and axial and lateral jet injection, Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 7, pp. 133-142, 2017. (in (فارسی Persian
[9] S. Abdollahi, A. Mardani, S. A. Seyed Shams Talghani, Effects of Pulsed counterflow jets on aerothermodynamics performance of a supersonic reentry capsule, Aerospace Knowledge and Technology, Vol. 5, No. 1, pp. 55-65, 2017. (in Persian فارسی(
[10] F. Menter, M. Kuntz, R. Langtry, Ten years of industrial experience with the SST turbulence model, Heat and Math Transfer, Vol. 51, No. 4, pp. 625-632, 2003.
[11] M. S. Liou, J. Steffen, A new flux splitting scheme, Computational Physics, Vol. 107, No. 3, pp. 23-39 1993.
[12] J. Blazek, Computational Fluid Dynamics: Principles and Applications, pp. 305-320, New York: Wiley, 1989.
[13] D. C. Wilcox, Turbulence Modeling for CFD, pp. 325-326, California: DCW industries, 1998.
[14] M. Tahani, M. Hojaji, M. Salehifar, A. Dartoomain, Numerical investigation of sonic jet injection effects of flow field structure and thrust vector control performance in a supersonic nozzle, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 4, pp. 74-85, 2013. (in Persian فارسی(
[15] M. H. Shojaeefard, M. Tahani, M. Ehghaghi, Numerical study of the effects of some geometric characteristics of a centrifugal pump impeller, Computers&Fluids, Vol. 60, No. 1, pp. 61-70, 2012.
[16] M. Tahani, M. S. Karimi, A. Mahmoudi Motlagh, Numerical investigation of drag and heat reduction in hypersoinc spiked blunt bodies, Heat Mass Transfer, Vol. 49, No. 10, pp. 757-764, 2013.
[17] S. P. Anjalidevi, S. Aruna, Effect of counterflow jet on attenuation of drag and aerodynamic heating aver a coneogive body in hypersonic flow, Applied Mathematics and Mechanics, Vol. 7, No. 4, pp.95-122, 2011.
[18] J. E. Bardina, P. Huang, Turbulence modeling validation testing and development, Nasa Technical Memorandum 110446, 1997.
[19] K. Kitamura, E. Shima, Three dimentional carbuncles and euler fluxes, 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Florida, Orlando, January 4-7, 2010.
[20] M. Tahani, M. Hojaji, A. Dartoomian, M. Salehifar, Numerical Analysis of attack angle effects on 3D supersonic turbulent flow around blunt body along with opposite jet injection, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 3, pp. 355-366, 2017. (in Persian فارسی(