دراسة لتقديرمعامل قوة الرفع للجنيح NACA- 0012 يتعرض لوسائط غير انضغاطية باستخدام طريقة الخلية الكارتيزية المقطوعة

المؤلفون

  • رمضان القماطي قسم الهندسة البحرية والمنصات العائمة, كلية الهندسة , جامعة طرابلس , ليبي
  • المهدي القطوس قسم الهندسة الميكانيكية, كلية الهندسة , جامعة المرقب , ليبيا

DOI:

https://doi.org/10.59743/aujas.v6i3.944

الكلمات المفتاحية:

الكرتيزية، الخلية المقطوعة، معامل، الرفع، الشبكة، تقدير

الملخص

في ظل التطور لميكانيكا الموائع الحسابية التي تستخدم الطرق العددية لحل المسائل التي تتضمن سريان الموائع وتحليل نتائج المحاكاة باستخدام الحواسيب لإجراء الحسابات اللازمة للتوصل الى الحلول التقريبية لحل معادلات نافييرستوكس ، يحتاج المهندسون إلى إنشاء شبكات عالية الجودة  من الشبكات العنقودية حول الأشكال الهندسية التي قد تستغرق أيام أو ساعات قليلة. تم استحداث عدة طرق لحل هذه المشكلة وتعتبر الخلية الكارتيزية المقطوعة هي احدي هذه التقنيات (Cartesian Cut Cell Method)، تركز الدراسة الحالية على مدى  تأثير استراتيجيات تشابك الخلايا الكارتيزية المقطوعة المختلفة على دقة الأداء الديناميكي فى الهواء الجوي. يمكن وصف طريقة الخلية الكارتيزية المقطوعة بأنها منهجية للخلايا المقطوعة على الاشكال الهندسية باستخدام عملية تتضمن قطع  خلايا مستطيلة / سداسية على شبكة الاشكال الهندسية، من اجل تحقيق الهدف من هذه الدراسة استخدم برنامج المحاكاة ANSYS FLUENT  لتصميم شكل الجنيح وشبكة Cartesian Cut Cell ،لقد استعمل نموذجين للسريان المضطرب المستقر الغير انضغاطي المتاحة في البرنامج و هما (Eq. 2) k-ω  model  و k-kl-ω  (Eq. 3) model, تمت عملية المحاكاة الرقمية ثلاثية الأبعاد حول الجنيح NACA-0012 وفحص معامل الرفع، سمك الطبقة المتاخمة، ومتغيرات تباين كثافة الشبكة. أظهر استخدام طريقة الخلية الكارتيزية المقطوعة اتفاقًا جيدًا جدًا مع نتائج ديناميكا السوائل الحسابية والبيانات التجريبية ، أوضحت هذه الدراسة أن طريقة الخلية الكرتيزية المقطوعة لديها القدرة على إنشاء شبكة عالية الجودة تلتقط تفاصيل الطبقة المتاخمة اللزجة بسهولة،  في المستقبل سيتم توسيع نطاق استخدام  هذه التقنية لنماذج أكثر تعقيدًا للتنبؤ بمعاملات الرفع.

المراجع

J. W. Purvis and J. E. Burkhalter , Prediction of critical Mach number for store configurations, AIAA J., 17(11) (1979), 1170-1177. DOI: https://doi.org/10.2514/3.7617

B. Wedan and J. C. South, A method for solving the transonic full potential equation for general configurations , Computational Fluid Dynamics Conference, 6th, Danvers, MA; United States; 13-15 July (1983) 515-526. DOI: https://doi.org/10.2514/6.1983-1889

K. J. Fidkowski, A simplex Cut cell adaptive method for high order discretizations of the compressible Navier Stokes equations, DE Thesis, Massachusetts Institute of Technology , Jun(2007).

D. K. Clarke, M. D. Salas and A. Hassan, Euler calculation for multi element air foils using Cartesiangrids, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Aerospace Sciences Meeting, 23rd, Reno, NV; United States; 14- Jan. (1985). DOI: https://doi.org/10.2514/6.1985-291

R. L. Gaffney, M. D. Salas and H. A. Hassan, Euler Calculations for wings using Cartesian grids, AIAA(1987) 1987-0356. DOI: https://doi.org/10.2514/6.1987-356

M. J. Aftosmis , M. J. Berger and J. E. Melton , Robust and efficient Cartesian mesh Generation for component based geometry, AIAA 97-0196, Jan. (1997). Also AIAA J. 36(6): June (1998), 952-960. DOI: https://doi.org/10.2514/2.464

G. Yang, D. M. Causon, Ingram, R. Saunders and P. Batten, A Cartesian cut cellmethod for compressible flows part A: Static body problems, Aeronautical J. 2119 Jan. (1997).

G. Yang, D. M. Causon, Ingram, R. Saunders and P. Batten, A Cartesian cut cell method for compressible flows part B: Static body problems, Aeronautical J. 2120 Jan. (1997). DOI: https://doi.org/10.1017/S0001924000066690

G. Yang, D. M. Causon and D. M. Ingram, Calculation of compressible flows about complex moving geometries using a three dimensional Cartesian cut cell method , Int. J. Numer. Meth. Fluids, 33 : 1121-1151 (2000). DOI: https://doi.org/10.1002/1097-0363(20000830)33:8<1121::AID-FLD45>3.0.CO;2-H

P. G. Tucker and Z. Pan, A Cartesian cut cell method for incompressible flow, J. of Appl. Mathematical Modeling, 24(2000) : 591-606. DOI: https://doi.org/10.1016/S0307-904X(00)00005-6

D. M. Causon, D. M. Ingram and C. G. Mingham, A Cartesian cut cell method for shallow water flows with moving boundaries, Advances in water Resources 24(2001) , 899-911. DOI: https://doi.org/10.1016/S0309-1708(01)00010-0

S. M. Murman, M. J. Aftosmis and M. J. Berger, Numerical Simulation of Rolling Airframes using a Multi-level Cartesian method, AIAAA-2002-2798. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2002-2798

Z. J. Wang, A. J. Przekwas and Y. Liu, A FV-TD electromagnetic solver using adaptive Cartesian grids , J. Computer Phys. Commun. 148 (2002)17-29. DOI: https://doi.org/10.1016/S0010-4655(02)00464-2

S. M. Murman, M. J. Aftosmis and M. J. Berger, Implicit Approaches for moving boundaries in a 3D Cartesian Method, AIAA-2003-1119, January 6-9. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2003-1119

D. M. Ingram, D. M. Causon and C. G. Mingham, Development in Cartesian cut cell methods , Mathematics and Computers in Simulation 61(2003) 561-572. DOI: https://doi.org/10.1016/S0378-4754(02)00107-6

E. Y. Tau, A 2nd order projection method for incompressible Navier-Stokes equations in arbitrary domains, J. Comp. Phys. 115(1994) 147-152. DOI: https://doi.org/10.1006/jcph.1994.1183

M. P. Kirkpatrick, S. W. Armfield , and J. H. Kent , A representation of curved boundaries for the solution of the Navier-Stokes equations on a staggered three dimensional Cartesian grid , J. Comput. Phys. 184(2003) 1-36.

M. Droge and R. Verstappen, A new symmetry preserving Cartesian grid method for computing flow past arbitrarily shaped objects, Int. J. Meth. Fluids( 2005) 47:979-985. DOI: https://doi.org/10.1002/fld.924

G. Rosatti, R. Chemotti and L. Bonaventura, Higher order interpolation methods for semi-Lagrangian models of mobile-bed hydrodynamics on Cartesian grids with cut cells, Int. J. Numer. Meth. Fluids 2005 47:1263-1275. DOI: https://doi.org/10.1002/fld.910

G. Rosatti, D. Cesari and L. Bonaventura, Semi-implicit, semi-Lagrangian modeling for environmental problems on staggered Cartesian grids with cut cells, J. of Comput. Phys. 204(2005) 353-377. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcp.2004.10.013

M. Chung , Cartesian cut cell approach for simulating incompressible flows with rigid bodies of arbitrary shape , J. of Computers & Fluid 35(2006) 607-623 DOI: https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2005.04.005

H. Ji, F. Lien and E. Yee , An efficient second order accurate cut cell method for solving the variable coefficient Poission equation with jump conditions on irregular domains, aint. J. Numer. Fluids 52(2006) 723-748. DOI: https://doi.org/10.1002/fld.1199

M. Popescu, C-F Tai, W. Shyy, Cartesian Cut Cell Methods with local grid refinement for wave Computations, AIAA 2006-2522. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2006-2522

W. Sang and F. Li , Numerical Simulations for Transport Aircraft High-Lift Configurations using Cartesian Grid Methods , J. Aircraft 43(4) 2006, DOI: https://doi.org/10.2514/1.17886

K. Hsu , Numerical performances of explicit Cartesian methods for compressible moving boundary flow problems , ASME 2006. DOI: https://doi.org/10.1115/FEDSM2006-98086

J. Pattinson, A. G. Malan and J. P. Meyer, A cut-cell non-conforming Cartesian mesh method for compressible and incompressible flow , Int. J. Meth. Engng 72(2007) 1332-1354. DOI: https://doi.org/10.1002/nme.2048

K. J. Fidkowski, A simplex Cut cell adaptive method for high order discretizations of the compressible Navier Stokes equations, DE Thesis, Massachusetts Institute of Technology , Jun(2007). DOI: https://doi.org/10.2514/6.2007-3941

ANSYS Meshing User’s Guide, Release 13.0, Nov. 2010.

Abbot and Doenhoff, Theory of Wing Section, 1959 edition.

H. K. Versteeg and W. Malaiasekers, An introduction to Computational Fluid Dynamics, 2nd edition.

J. H. Ferziger and M. Peric, Computational Fluid Dynamics, 3rd edition.

M. P. Kirkpatrick , S. W. Armfield , and J. H. Kent , A representation of curved boundaries for the solution of the Navier-Stokes equations on a staggered three dimensional Cartesian grid , J. of Comput. Phys.184(2003) 1-36. DOI: https://doi.org/10.1016/S0021-9991(02)00013-X

https://www.sciencedirect.com/book/9780081021644/engineeringanalysis-with-ansys-software.

D. K. Walters and D. Cokljat, A three-equation eddy-viscosity model for reynolds-averaged navier-stokes simulations of transitional flows. J. of Fluids Eng. 130(8) 2008 DOI: https://doi.org/10.1115/1.2979230

التنزيلات

منشور

03-03-2023

كيفية الاقتباس

القماطي ر., & القطوس ا. (2023). دراسة لتقديرمعامل قوة الرفع للجنيح NACA- 0012 يتعرض لوسائط غير انضغاطية باستخدام طريقة الخلية الكارتيزية المقطوعة. مجلة الجامعة الأسمرية, 6(3). https://doi.org/10.59743/aujas.v6i3.944