Αεροδυναμική και αεροακουστική ανάλυση πτερυγίων με μεταβαλλόμενη οδοντωτή ακμή φυγής

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής υπήρξε η αεροδυναμική και αεροακουστική μελέτη πτερυγίων με διάφορους τύπους οδοντώσεων στην ακμή φυγής. Αυτού του είδους ο σχεδιασμός προέκυψε από την μελέτη των φτερών την γλαύκας και αποσκοπεί στην βελτίωση του αεροακουστικού χαρακτήρα των σύγχρονων στροβιλομηχανών. Σχεδιάστηκαν επτά γεωμετρίες πτερυγίων (με βάση την συμμετρική αεροτομή NACA0012): μια βασική γεωμετρία με αμετάβλητη ακμή φυγής, τρεις περιπτώσεις με οδοντωτή ακμή φυγής ύψους 2cm και τρεις επιπλέον περιπτώσεις με ύψος οδόντων 1cm. Οι παραπάνω γεωμετρίες εξετάστηκαν κάνοντας χρήση υπολογιστικών μεθόδων σε δύο λογισμικά ρευστομηχανικής ανάλυσης: Το Fluent της Ansys, το οποίο αποτελεί ένα εμπορικό πακέτο του οποίου η χρήση είναι σύνηθες φαινόμενο σε τέτοιου είδους προβλήματα, και του OpenFoam, το οποίο αποτελεί ένα λογισμικό ανοικτού κώδικα. Τελικός στόχος της διπλωματικής υπήρξε αφενός η σύγκριση των αποτελεσμάτων των εν λόγω λογισμικών με την υπάρχουσα επιστημονική βιβλιογραφία, αφετέρου η μεταξύ τους σύγκριση των δυνατοτήτων των δύο λογισμικών και η αξιολόγηση του OpenFoam ως εναλλακτική επιλογή έναντι του Fluent. Μετά την αεροδυναμική και αεροακουστική μελέτη των παραπάνω σεναρίων, και την σύγκριση των αποτελεσμάτων με την υπάρχουσα βιβλιογραφία, κατέστη εφικτό να εξαχθούν ορισμένα βασικά συμπεράσματα τόσο σε σχέση με την φυσική του εν λόγω προβλήματος όσο και με την αξιοπιστία των χρησιμοποιηθέντων λογισμικών υπολογιστικής ρευστοδυναμικής και αεροακουστικής. Χαρακτηριστικά αναφέρεται πως το σύνολο των αεροδυναμικών και αεροακουστικών αποτελεσμάτων συνάδουν με την ισχύουσα βιβλιογραφία και τα υπάρχοντα θεωρητικά μοντέλα δεδομένου πως και τα δύο λογισμικά κατάφεραν να προσομοιώσουν την γενικότερη τάση των εξεταζόμενων μεγεθών (πχ πίεση, ταχύτητα, επίπεδα ακουστικής ισχύος). Αν και υπήρξαν αποκλίσεις στις αριθμητικές τιμές, τόσο μεταξύ των αναλύσεων και της βιβλιογραφίας όσο και μεταξύ των δύο λογισμικών, αυτές μπορούν να αποδοθούν στους εν γένει περιορισμούς που χαρακτηρίζουν τον τομέα των υπολογιστικών προσομοιώσεων. Η μείωση αυτών των αποκλίσεων θα μπορούσε να επιτευχθεί με την χρήση αναλυτικότερου υπολογιστικού πλέγματος ή/και την αξιοποίηση διαφορετικών μεθόδων προσομοίωσης. Τέλος, ένα από τα χρησιμότερα συμπεράσματα της παρούσας διπλωματικής έχει να κάνει με την βιωσιμότητα του OpenFoam ως εναλλακτική επιλογή έναντι του Fluent, δεδομένης της εγγύτητας των αποτελεσμάτων των δύο πακέτων.