بررسی عددی فرآیند کاهش پسا در جریان آرام با استفاده از ریبلت‌های مستطیلی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 12، دوره 31، شماره 1 - شماره پیاپی 21، اسفند 1398، صفحه 165-173   

نوع مقاله: مقاله کوتاه

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v31i1.79677

نویسندگان

امیر حاجی‌خان میرزایی؛ علیرضا رئوف پناه^*

دانشگاه آزاد اسلامی واحد یادگار امام خمینی (ره)‏

چکیده

هدف اصلی در پژوهش حاضر معرفی روشی کارآمد و بدون نیاز به ابزارهای بیرونی جهت کاهش پسای وارد بر اجسام متحرک در سیّالات است. رژیم جریان سیّال آرام در نظر گرفته شده است. ابزار مورد نظر ریبلت‌های مستطیلی می‌باشند که به‌صورت عمود بر حرکت جریان سیّال قرار گرفته‌اند. میدان جریان روی سطوح ریبلت‌دار با استفاده از دینامیک سیّالات محاسباتی در فضای دوبعدی به‌دست‌آمده است. اثر پارامترهای هندسی ریبلت‌ها شامل عرض و ارتفاع و هم‌چنین اندازه سرعت جریان آزاد بر میزان کاهش پسای وارد بر سطوح ریبلت‌دار نسبت به سطح صاف بدون ریبلت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به‌دست‌آمده نشان از کارآمدی روش مذکور در کاهش پسای وارد بر سطح در رژیم جریان آرام دارد. حداکثر کاهش پسا در عرض ریبلت 1/0 میلی‌متر و سرعت جریان آزاد 10 متر بر ثانیه برابر با 7/8 درصد محاسبه شده است.

کلیدواژه‌ها

ریبلت؛ آب‌گریز؛ کاهش درگ؛ شبیه‌سازی عددی؛ دینامیک سیالات محاسباتی‏؛ کاهش پسا

مراجع

Walsh, M.J., "Riblets as a viscous drag reduction technique", AIAA Journal, Vol. 21, pp. 485–486, (1983).

2. Walsh, M. and Lindemann, A., "Optimization and application of riblets for turbulent drag reduction", In: 22nd Aerospace Science Meeting, p. 347, (1984).

3. Rowin, W.A., Hou, J. and Ghaemi, S., "Turbulent channel flow over riblets with superhydrophobic coating", Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 94, pp. 192–204, (2018).

4. Min, T. and Kim, J., "Effects of hydrophobic surface on skin-friction drag", Physics of Fluids, Vol. 16, pp. L55–L58, (2004).

5. Raoufpanah, A., Rad, M. and Nouri, B.A., "Effects of slip condition on the characteristic of flow in ice melting process", International Journal of Engineering, Vol. 18, pp. 253–261, (2005).

6. Voronov, R.S., Papavassiliou, D.V. and Lee, L.L., "Slip length and contact angle over hydrophobic surfaces", Chemical Physics Letters, Vol. 441, pp. 273–276, (2007).

7. Fu, Y.F., Yuan, C.Q. and Bai, X.Q., "Marine drag reduction of shark skin inspired riblet surfaces", Biosurface and Biotribology, Vol. 3, pp. 11–24, (2017).

8. Suzuki, Y. and Kasagi, N., "Turbulent drag reduction mechanism above a riblet surface", AIAA Journal, Vol. 32, pp. 1781–1790, (1994).

9. Kramer, F., Grüneberger, R., Thiele, F., Wassen, E., Hage, W. and Meyer, R., "Wavy riblets for turbulent drag reduction", In: 5th Flow Control Conference, p. 4583, (2010).

10. Sareen, A., Deters, R.W., Henry, S.P. and Selig, M.S., "Drag reduction using riblet film applied to airfoils for wind turbines", Journal of Solar Energy Engineering, Vol. 136, pp. 21007, (2014).

11. Hou, J., Hokmabad, B.V. and Ghaemi, S., "Three-dimensional measurement of turbulent flow over a riblet surface", Experimental and Thermal Fluid Science, Vol. 85, pp. 229–239, (2017).

12. Ahmmed, K.M.T., Montagut, J. and Kietzig, A., "Drag on superhydrophobic sharkskin inspired surface in a closed channel turbulent flow", Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 95, pp. 1934–1942, (2017).

13. Choi, H., Moin, P. and Kim, J., "Direct numerical simulation of turbulent flow over riblets", Journal of Fluid Mechanics, Vol. 255, pp. 503–539, (1993).

14. Huang, C., Wang, Q., Wei, J. and Yu, B., "Direct numerical simulation of turbulent flow over wide‐rib rectangular grooves", Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 96, pp. 1207–1220, (2018).

15. Huang, C., Liu, D., Wei, J., Yu, B., Zhang, H. and Cheng, J., "Direct numerical simulation of surfactant solution flow in the wide‐rib rectangular grooved channel", AIChE Journal, Vol. 64, pp. 2898–2912, (2018).

16. Sasamori, M., Iihama, O., Mamori, H., Iwamoto, K. and Murata, A., "Parametric study on a sinusoidal riblet for drag reduction by direct numerical simulation", Flow, Turbulence and Combustion, Vol. 99, pp. 47–69, (2017).

17. Fuaad, P.A. and Prakash, K.A., "Enhanced drag-reduction over superhydrophobic surfaces with sinusoidal textures: A DNS study", Computers and Fluids, (2019).

18. Klumpp, S., Meinke, M. and Schröder, W., "Numerical simulation of riblet controlled spatial transition in a zero-pressure-gradient boundary layer", Flow, Turbulence and Combustion, Vol. 85, pp. 57–71, (2010).

19. Bai, X., Zhang, X. and Yuan, C., "Numerical analysis of drag reduction performance of different shaped riblet surfaces", Marine Technology Society Journal, Vol. 50, pp. 62–72, (2016).

20. Byun, D. and Park, H.C., "Drag reduction on micro-structured super-hydrophobic surface", In: Robot. Biomimetics, pp. 818–823, (2006).

21. Zhang, Y., Chen, H., Fu, S. and Dong, W., "Numerical study of an airfoil with riblets installed based on large eddy simulation", Aerospace Science and Technology, Vol. 78, pp. 661–670, (2018).

22. Boomsma, A. and Sotiropoulos, F., "Riblet drag reduction in mild adverse pressure gradients: a numerical investigation", International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 56, pp. 251–260, (2015).