عنوان پایان‌نامه
تاثیر سطح فوق آبگریز با ساختارنانو بر نیرو های درگ و لیفت هایدروفویل در زاویه حمله های مختلف
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3138;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72055;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3138;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72055
- تاریخ دفاع
- ۱۶ دی ۱۳۹۴
- دانشجو
- ابراهیم نجفی
- استاد راهنما
- امیر نجات, سیدفرشید چینی
- چکیده
- اخیراً با تغییر نیازمندی های ایجادشده در صنایع دریایی در عرصه تجاری، ورزشی و نظامی از شناورهایی استفاده می شود که یک یا چند هیدروفویل بر بدنه آن‌ها نصب‌شده است. نیروی پسا در خلاف جهت حرکت هیدروفویل اعمال‌شده و در برابر حرکت آن مقاومت می کند. روش های مختلفی جهت کاهش نیروی پسا بررسی‌شده است. برخی از روش ها مثل ضخامت بهینه و انحنای بهینه سبب تغییر در هندسه هیدروفویل می شود و دسته ای دیگر از روش ها مثل الکترو مغناطیس کردن سطح، نیازمند منبع انرژی است. فوق آبگریزی ازجمله روش هایی است که بدون تغییر در هندسه هیدروفویل و بدون نیاز به منبع انرژی، سبب کاهش چسبندگی آب با سطح می شود. از سطوح فوق آبگریز در کاهش پسا در کشتی ها، شناور ها و زیردریایی ها استفاده می شود. فوق آبگریزی ازجمله خصوصیات سطح است. سطوح دارای ناهمواری هایی در ابعاد میکرو و نانو است و این ناهمواری ها اجازه جذب سیال را نمی دهند و ازاین‌رو سبب لغزش قطره می گردند. برای نشان دادن لغزش سیال بر روی سطوح فوق آبگریز از پارامتر طول لغزش استفاده می شود. برای سطوح معمولی طول لغزش در حدود چند نانو متر است که تقریباً صفر در نظر گرفته می شود ولی برای سطوح فوق آبگریز می توان به ?m 400 دست‌یافت. در این پژوهش به‌صورت عددی به بررسی تأثیر شرط مرزی فوق آبگریزی هیدروفویل SD7003 در رینولدز و طول لغزش های مختلف پرداخته‌شده است. جریان گذرا، تراکم ناپذیر و هم‌دما در نظر گرفته‌شده و هیدروفویل از جنس آلومینیوم با طول وتر cm 10 انتخاب‌شده است. نتایج تنش برشی، ضریب فشار، ضریب اصطکاک ضریب برا و ضریب پسا در دو شرط مرزی بدون لغزش و لغزشی برای زاویه حمله های مختلف با یکدیگر مقایسه گردید. در طول لغزش های کوچک‌تر ازm ? 5 و در رینولدزهای مختلف تغییرات مربوط به تنش برشی و ضریب هیدرودینامیکی چشم گیر نیست؛ ولی، در طول لغزش های بزرگ‌تر تغییرات بیش تر می شوند. میزان تأثیرگذاری شرط مرزی فوق آبگریزی بر ضریب هیدرودینامیکی و تنش برشی به رینولدز جریان نیز بستگی دارد به‌گونه‌ای که با افزایش رینولدز می توان انتظار افزایش تأثیر شرط مرزی لغزشی را داشت. واژه‌های کلیدی: شناور، هیدروفویل، فوق آبگریزی، طول لغزش، ضریب هیدرودینامیکی.
- Abstract
- Changing the requirements in naval industries in commercial and military aspects, boats are used on which one or more hydrofoils are planted. The drag force is inserted on the opposite direction of motion and resists hydrofoil from moving. Different methods have been investigated to decrease the drag force. Some methods such as the optimal thickness and optimal curvature cause changes in hydrofoil geometry. Others such as electromagnetizing the surface requires energy sources. Superhydrophobicity is a method that do not make changes in hydrofoil geometry and do not require energy source, yet can reduce the adhesion of water-surface. Superhydrophobic surfaces are used to decrease drag in ships, boats and submarines. Superhydrophobicity is one of the surface properties and surfaces roughness in the micro and nano-scale, do not allow the fluid to be absorbed on the surface and therefore cause a drop slip. Slip length is a quantity that determines the amount of surface slip. For normal surfaces the slip length is considered to be zero and for superhydrophobic surfaces this amount is 400?m. In this research, the effect of the superhydrophobic boundary condition of hydrofoil SD7003 in different Reynolds numbers and slip lengths has been numerically investigated. The flow is considered as transient, incompressible and isothermal and a hydrofoil made of aluminum with a chord length of 10cm is selected. Results of the shear stress, pressure coefficient and the drag coefficient on the typical boundary condition were compared with the case of slip boundary condition. The more slip velocity, the less the drag force will be. In the smaller slip lengths less than 5×?10?^(-6) m and at Reynolds number of value 6×?10?^(4), the shear stress and the drag coefficient changes are not dramatic, but in larger slip lengths the changes will be increased. The superhydrophobic boundary condition effect on drag coefficient and shear stress depends on the Reynolds number such that by increasing Reynolds number an increase in the effect of the slip boundary condition can be expected. Keywords: boats, hydrofoil, superhydrophobicity, slip length, hydrodynamic coefficient
