بهبود عملکرد آیرودینامیکی بالواره‌های نوسانی با حرکت فراز و فرود در اعداد رینولدز پایین بااستفاده از انتقال حرارت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه فردوسی مشهد

2 فردوسی مشهد

چکیده

در این تحقیق، اثر انتقال حرارت برروی ضرایب برآ و پسای دو بالوارۀ متقارن و انحنادار با حرکت نوسانی فراز و فرود در جریان لایه‌ای، به‌روش عددی بررسی شده‌است. معادلات ناویراستوکس قابل‌تراکم توسط یک روش عددی برمبنای حجم محدود گسسته و با الگوریتم پیمپل حل شده­اند. در این شبیه‌سازی لزجت دینامیکی و ضریب هدایت حرارتی سیال متغیر در نظر گرفته شده است و از تکنیک شبکه­های دینامیکی استفاده گردیده‌است. نتایج این تحقیق نشان می­دهد، با کاهش دمای سطح بالواره‌ها نسبت‌به دمای جریان آزاد، نسبت برآ به پسا افزایش می‌یابد. همچنین اثر انتقال حرارت بر الگوی گردابه­ها در لبۀ انتهایی بالواره­ها و درنتیجه تأثیر آن بر ضرایب آیرودینامیکی آنها بررسی شده‌است.
.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Improvement of Aerodynamic Performance of Oscillating Airfoils with Plunging Motion at Low Reynolds Numbers Using Heat Transfer

نویسندگان [English]

  • Ahmad Samiee 1
  • M.Hassan Djavareshkian 2
  • Mojtaba Honarmand 2
1 Ferdowsi Mashhad
2 Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

In this study, the effect of heat transfers on lift and drag coefficients of two symmetric and camber airfoils with plunging motion in laminar flow is numerically investigated. The compressible Navier–Stokes equations are discretized using a finite volume method and they are solved by PIMPLE algorithm. In this simulation, fluid dynamic viscosity and thermal conductivity are considered to be variable. Also dynamic mesh method is used for oscillating motion. The results show that, by reducing the airfoil surface temperature less than the free flow temperature, lift to drag ratio increases. Moreover, influence of heat transfer on vortexes pattern at airfoils trailing edge and therefore its impact on the aerodynamic coefficients are investigated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heat transfer
  • Finite Volume
  • Dynamic Mesh
  • Reynolds Number
Von Karman, T., Burgers J. and General, M., "Aerodynamic Theory, A General Review of Progress", edited by W.F. Durand, Vol. 2, Springer, Berlin, (1935).
2. Young, J., "Numerical Simulation of the Unsteady Aerodynamics of Flapping Airfoils", Ph.D Thesis, The University of New South Wales Australian Defence Force Academy, (2005).
3. Lai, J.C.S. and Platzer, M.F., "Jet Characteristics of a Plunging Airfoil", AIAA Journal, Vol. 37, No. 12, pp. 1529-1537, (1999).
4. Jones, K.D., Dohring, C.M. and Platzer M.F., "Experimental and ComputationalInvestigation of the Knoller-Betz Effect", AIAA Journal, Vol. 36, No. 7, pp. 1240-1246, (1998).
5. Guerrero, J.E., "Effect of Cambering on the Aerodynamic Performance of Heaving Airfoils", Journal of Bionic Engineering, Vol. 6, No. 4, pp. 398–407, (2009).
6. Norton, D.J., Macha J.M. and Young J.C., "Surface Temperature Effect on Subsonic Stall", Journal of Spacecraft and Rockets 10, pp. 581-587, (1973).
7. Kim, J., Rusak, Z. and Koratkar, N., "Small-scale Airfoil Aerodynamic Efficiency Improvement by Surface Temperature and Heat Transfer", AIAA Journal 41, pp. 2105-2113, (2003).
8. Bekka N., Bessaı R. and Sellam h, M., "Numerical Study of Heat Transfer around the Small Scale Airfoil Using Various Turbulence Models", Numerical Heat Transfer Part A: Applications 56, pp. 946-969, (2009).
9. Hinz, D.F., Alighanbarin, H. and Breitsamter, C., "Influence of Heat Transfer on the Aerodynamic Performance of a Plunging and Pitching NACA0012 Airfoil at Low Reynolds Numbers", Journal of Fluids and Structures 37, pp. 88-99, (2013).
10. Open CFD Limited, 2008a. Open FOAM—The Open Source CFD Toolbox User Guide, version 2.3.
11. Open CFD Limited, 2008b. Open FOAM—The Open Source CFD Toolbox Programmer’s Guide, version 2.3.
12. Gnoffo, P. and Vectorized, A, "Finite-volume, Adaptive Grid Algorithm Applied to Planetary Entry Problems", AIAA journal, Vol. 21, No. 9 ,pp. 1249-1254, (1983).
13. Nakahashi, K. and Deiwert, G.S., "Three-dimensional Adaptive Grid Method", AIAA Journal, Vol. 24, No. 6, pp. 948–954, (1986).
14. Baghri A., Djavareshkian M. H., Esmaieli A. and Zamanifard A.M., "Aerodynamic Investigation and Optimization of Airfoil Geometry and Oscillation Parameters in the Plunging Motion Using RSM", Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No 16, pp. 101-111, (2012)
15. Zamanifard, A.M., "Plunging Motionsimulation of an Oscilating Airfoils with Dynamic Mesh", MSc Thesis, Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, (2012).
16. Ferziger, J.H. and Peric M., "Computational Method for Fluid Dynamics", Springer London, (2002).
17. Versteeg, H.K., "An Introduction to Computational Fluid Dynamics the Finite Valume Method", 2/E: Pearson, February 16, (2007).
18. Incropera, F.P. and DeWitt, D.P., "Introduction to Heat Transfer", Fourth Edittion, New York: Wiley, (2001).
19. Sutherland, W., "The Viscosity of Gases and Molecular Force", Philosophical Magazine 5, Vol. 13, pp. 507-531, (1893).
20. Eucken, A., "Allgemeine Gesetzmäßigkeiten für das Wärmeleitvermögen verschiedener Stoffarten und Aggregatzustände", Fourth Edittion, New York: Wiley, (1940).