مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارزیابی پسای هیدروفویل SD7003 با سطح فوق آب گریز به کمک شبیه سازی عددی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران
2 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران
چکیده
به علت انرژی سطحی کم و ناهمواری‌های در ابعاد نانو، سیال بر روی سطوح فوق آب گریز می لغزد. برای نشان دادن این لغزش از طول لغزش ناویر استفاده می‌شود. برای سطوح معمولی طول لغزش در حدود چند نانو‌متر می‌باشد، ولی برای سطوح فوق‌آبگریز می‌تواند تا μm 500 هم برسد. مطالعات فراوانی به اثر طول لغزش بر روی نیروی پسا انجام شده است. در این مطالعات معمولا کل سطح فوق آب گریز می گردد. برای یافتن نواحی بهینه روشهای عددی می تواند مفید باشد ولی مطالعات عددی بیشتر بر روی سطوح تخت می باشند. بر روی سطوح منحنی (مانند فویل ها) به دلیل وجود گرادیان فشار منفی (و امکان بوجود آمدن جدایش) بررسی مساله پیچیده میشود. در این مقاله بصورت عددی به بررسی تاثیر طول لغزش هیدروفویل SD7003 در رینولدز‌های مختلف پرداخته شده است. جریان آرام، تراکم ناپذیر و هم دما در نظر گرفته شده و هیدروفویل از جنس آلومینیوم با طول وتر cm 10 انتخاب شده است. نتایج ضریب تنش برشی، ضریب فشار و ضریب پسا در دو شرط مرزی بدون لغزش و لغزشی با یکدیگر مقایسه شده‌اند. با افزایش طول لغزش، ضریب پسا نسبت به سطح معمولی کاهش می یابد. میزان تاثیرگذاری شرط‌مرزی فوق آبگریزی بر ضریب پسا با افزایش عدد رینولدز جریان زیاد می شود. با افزایش رینولدز از 4.5×〖10〗^4 به 7.5×〖10〗^4 در طول لغزش μm 50، کاهش ضریب پسا از 0.7% به 7% می رسد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Effect of Superhydrophobic Surface on Drag Coefficient of SD7003 Foil: A Numerical Approach

نویسندگان English

Ebrahim Najafi 1
Amir Nejat 1
Seyed Farshid Chini 2
2 Assistant Professor, Mechanical Engineering Department, University of Tehran
چکیده English

Due to low surface energy and hierarchical roughness, fluids on superhydrophobic surfaces are mobile. The slip velocity on these surfaces is formulated using Navier’s slip length. On regular surfaces, slip length is only a few nano-meters. On superhydrophobic surfaces, slip length can be as large as 500 µm. Literature studies usually make the entire surface superhydrophobic which may not be the optimum situation. To find the desirable regions, the problem should be analyzed numerically. Most of the numerical studies are for flat plates. On curved surfaces (e.g. foils), due to the adverse pressure gradient and possibility of separation, analysis is more complicated. Here, the effect of using superhydrophobic surface for a SD7003 hydrofoil is studied numerically and at different Reynolds numbers and slip lengths. The flow pattern is considered laminar, incompressible and isothermal and a hydrofoil made of aluminum with a chord length of 10cm is selected. Results of the shear stress, pressure coefficient and the drag coefficient on the typical boundary condition were compared with the case of slip boundary condition. It was found that by increasing the slip length, the drag coefficient decreases. It was also found that the effectiveness of using superhydrophobic surfaces in decreasing the drag coefficient improves at higher Reynolds numbers. By increasing the Reynolds number from 4.5×〖10〗^4 to 7.5×〖10〗^4 and at the slip length of 50 µm, the drag coefficient reduction increases from 0.7% to 7%.

کلیدواژه‌ها English

Superhydrophobic
Hydrofoil
Drag coefficient
Slip length
Shear stress