تحلیل CFD ریزش گردابه و مشخصات فرکانسی یک ایرفویل NACA 63-415 در اعداد رینولدز بالا

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1070-ISAV2024 (R1)
نویسندگان
1Department of Mechanical Engineering, Kharazmi University, 15719-14911, Tehran, Iran
2دانشیار دپارتمان مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران
چکیده
به منظور جلوگیری از ارتعاش و رزونانس، ویژگی‌های ریزش گردابه در عدد رینولدز ۱.۰۴۲ × ۱۰^۶ به صورت عددی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) شبیه‌سازی شده است، با تمرکز بر جدایش جریان از ایرفویل NACA 63-415. علاوه بر این، تغییرات الگوهای ریزش گردابه و ویژگی‌های فرکانسی مربوطه در زوایای حمله مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه‌سازی دو بعدی شامل دو مرحله است: تحلیل پایا و تحلیل گذرا، که در این تحقیق از نرم‌افزار ANSYS Fluent استفاده شده است. هدف از تحلیل حالت پایا، اعتبارسنجی جامع نتایج مدل از طریق مقایسه آن‌ها با داده‌های تجربی موجود، و همچنین بررسی استقلال شبکه است. برای شبیه‌سازی ایرفویل در حالت پایا از مدل اسپالارت-آلارماس و برای بخش ناپایا از مدل k-ω SST استفاده شده است. طیف فرکانسی مربوط به ضریب برآ برای تحلیل ویژگی‌های ریزش گردابه از منظر حوزه فرکانس استفاده می‌شود. به عبارت دیگر، چگالی‌های طیفی توان ضرایب ناپایای برآ و پسا برای تعیین ویژگی‌های جریان به کار رفته‌اند. با افزایش زاویه حمله، عدد استروهال مربوط به فرکانس ریزش گردابه افزایش یافته و پایداری میدان جریان کاهش می‌یابد. در صورت نزدیک شدن فرکانس ریزش گردابه به فرکانس طبیعی سازه، ارتعاشات بزرگ و مخرب ممکن است رخ دهد.
کلیدواژه ها
 
Title
CFD ANALYSIS OF VORTEX SHEDDING AND FREQUENCY CHARACTERISTICS OF A NACA 63-415 AIRFOIL AT HIGH REYNOLDS NUMBERS
Authors
Hooman Mirzaee, Mostafa Esmaeili
Abstract
In order to preclude vibration and resonance, the vortex shedding characteristics have been numerically simulated at Re = 1.042 × 106 using computational fluid dynamics (CFD), focus-ing on flow separation from the NACA 63-415 airfoil. In addition, the variation of vortex shedding forms and the corresponding frequency characteristics at various angles of attack are studied. The 2-D simulation consists of two stages: steady analysis and transient analysis, with ANSYS fluent utilized for this research. The purpose of steady-state approach is to comprehensively validate the model's results by comparing them with available experimental data, as well as to study grid independence. The Spalarat-Allmaras model is used for simulating the airfoil in the steady-state, while the k-ω SST model is used for the unsteady part. The frequency spectrum corresponding to the lift coefficient is used to analyze the of vortex shedding characteristics from a frequency domain perspective. In other words, Power spectral densities of the unsteady lift and drag coefficients are used to determine flow characteristics. By increasing the angle of attack, the Strouhal number of vortex shedding frequency increases, and the stability of the flow field decreases. Large and damaging vibrations can occur if the vortex shedding frequency becomes close to the natural frequency of the structure.
Keywords
Vortex shedding, frequency characteristics, Lift and drag coefficients, Strouhal number