احسان ایزدپناه

جریان سطح آزاد یک دسته از جریان های چندفازی است که دو سیال ‏مخلوط نشدنی توسط یک سطح مشترک از هم جدا می شوند. یکی از موضوعات مهم در این جریان ها حضور جسم جامد نزدیک سطح آزاد است که کاربردهای زیادی در طراحی خطوط جریان، سازه های دریایی، شناورهای زیرسطحی، توربین های دریایی، استخراج انرژی و تونل های غوطه ور دارد. بعلت اثر متقابل سطح آزاد و جسم غوطه ور بر یکدیگر شبیه-سازی این مسائل پیچیده و زمان بر می باشد. در این پایانامه بصورت عددی اثر حضور استوانه ساکن و متحرک (چرخان و همچنین تحت اثر ارتعاش القا شده ناشی از گردابه) بر تغییر شکل سطح آزاد و همچنین خصوصیات هیدرودینامیکی و انتقال حرارت استوانه، مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور شبیه سازی کار حاضر از نرم افزار انسیس فلوئنت استفاده شده است. برای تحلیل سطح آزاد از رویکرد اویلری- اویلری و روش حجم سیال استفاده شده است. این روش از دقت قابل قبولی برای ردیابی موقعیت و حرکت سطح آزاد برخوردار است. بطور کلی مساله مورد بررسی ناپایا و دوبعدی بوده و رژیم جریان آرام در نظر گرفته شده است. اثر عمق غوطه وری، عدد فرود، سرعت و جهت چرخش استوانه و همچنین سرعت کاهیده بر رفتار سطح آزاد، نیروها، انتقال حرارت و پاسخ ارتعاش جسم بررسی شده است. نتایج برای استوانه ساکن نشان داد با افزایش عدد فرود تغییر شکل سطح آزاد افزایش می یابد. همچنین در محدوده پارامترهای مورد بررسی الگوهای مختلف تشکیل گردابه مشاهده شد. این تغییر در الگوی جریان عبوری بر مقدار و دامنه پارامترها تاثیرگذار است. برای استوانه چرخان مشاهده گردید که برای چرخش پادساعتگرد با افزایش سرعت چرخش ضریب پسا کاهش یافته و برای چرخش ساعتگرد با افزایش مقدار سرعت میزان ضریب پسا افزایش می یابد. بیشترین و کمترین ضریب پسا به ترتیب مربوط به سرعت های چرخش بدون بعد 2- و 2 است. بطورکلی عمق غوطه وری و عدد فرود بر نتایج در این حالت نیز تاثیرگذار است ولی اثر سرعت چرخش بسیار بیشتر از این دو پارامتر است. برای استوانه مرتعش مشاهده شد که دامنه جابجایی عرضی با افزایش سرعت کاهیده زیاد شده و به یک مقدار ماکزیمم می رسد، سپس با افزایش بیشتر سرعت کاهیده این دامنه جابجایی کاهش می یابد. بیشترین مقدار جابجایی جسم حدودD 5/0 است. دامنه جابجایی در راستای جریان در مقایسه با راستای عمود بر جریان قابل توجه نمی باشد.