مهدی حسن‌زاده، سینا کاشانی،
دوره ۱۹، شماره ۱ - ( ۱۰-۱۳۹۷ )
چکیده
در این مقاله روش متغیرهای مختلط توسعه‌یافته برای تحلیل حساسیت مرتبه اول و دوم در مسایل جریان سیال معرفی میشود. برای حل معادلات ناویر- استوکس از روش المان محدود بهره گرفته و روش متغیرهای مختلط روی آن پیاده میشود. در روش متغیرهای مختلط از گام مختلطی که فقط شامل قسمت موهومی است استفاده میشود ولی در متغیرهای مختلط توسعه‌یافته از گام مختلطی که شامل قسمت موهومی و قسمت حقیقی است برای حصول کارآیی بالاتر استفاده میشود. در محاسبه حساسیت مرتبه اول نتایج وابسته به اندازه گام نیستند ولی در حساسیت مرتبه دوم نتایج حساسیت وابسته به اندازه گام هستند و ناگزیر باید برای حصول دقت بالاتر از فرمول‌های توسعه‌یافته استفاده کرد. روش ارایه‌شده ابتدا برای یک مساله با حل دقیق اعتبارسنجی شده و نرخ همگرایی مورد بررسی قرار می‌گیرد و سپس برای جریان یکنواخت از روی یک سیلندر استوانه‌ای به کار گرفته و سرانجام نتایج با روش تفاضل محدود مقایسه میشود. نتایج نشان می‌دهد که محدوده طول گام همگرایی حساسیت مرتبه دوم در روش متغیرهای مختلط توسعه‌یافته نسبت به روش متغیرهای مختلط دوبرابر شده و تا ۱۲-۱۰ می‌توان آن را کاهش داد. این یعنی کارآیی روش ارایه‌شده افزایش یافته است. روش معرفی‌شده برای طیف وسیعی از مسایل با پارامترهای ساده و پیچیده قابل کاربرد است.
مصطفی گرشاسبی، محمدمهدی جعفری، حمید پرهیزکار،
دوره ۱۹، شماره ۲ - ( ۱۱-۱۳۹۷ )
چکیده
امروزه بررسی اثرات سه‌بُعدی جریان در نزدیکی ناحیه نوک تیغه و بال در صنایع توربوماشینی همچون روتور هلیکوپترها، توربین‌سازی‌ها و همچنین بهینه‌سازی بال در صنایع هواپیمایی برای داشتن پروازی ایمن همراه با قابلیت مانورپذیری بالا از مباحث مورد توجه صنایع فعال در این حوزه است. پدیده واماندگی را می‌توان به‌عنوان پدیده تاثیرگذار در این حوزه دانست. در تحقیق حاضر کنترل جدایش جریان توسط مولد گردابه روی بال یک پهپاد تهاجمی رادارگریز شامل ایرفویل Naca۶۴a۲۱۰ با زاویه پیچش ۵درجه در نوک بال و بال‌های یکپارچه و متصل به بدنه با زاویه پسگرایی ۴۷درجه در رژیم جریان مادون صوت بررسی شده است. حل در جریان آشفته با روش kw-sst برای زوایای حمله در محدوده ۵ تا ۲۰درجه و سرعت‌های ۳۰ و ۶۰متر بر ثانیه انجام شده است. نتایج نشان از تطابق مناسب با نتایج عددی و تجربی دارد، به‌طوری که منحنی‌های توزیع فشار نشان‌دهنده رشد فشار در نواحی استقرار مولد گردابه و همین‌طور نواحی نزدیک به نوک بال هستند که منجر به باقی‌ماندن جریان روی سطح جسم در این نواحی میشود. بنابراین با بررسی نمودارهای گشتاور پیچشی و کانتورهای سرعت، جدایش جریان از زاویه حمله ۱۵ به ۲۰درجه به تاخیر افتاده است و همچنین توانایی قابلیت کنترل جدایش جریان همراه با رشد سرعت نیز رقم خورده است.
مصطفی هادی‌دولابی، مهدی بختیاری‌فر، سیدحسین ساداتی،
دوره ۱۹، شماره ۳ - ( ۱۲-۱۳۹۷ )
چکیده
هنگامی که یک وسیله پرنده به یک سطح آبی یا خاکی نزدیک میشود، در الگوی میدان جریان سیال اطراف آن تغییراتی به وجود می‌آید که آن را اثر سطحی می‌نامند. در این پژوهش پدیده اثر سطحی و اثر آن در ضرایب آیرودینامیک و الگوی جریان اطراف ایرفویل‌های NACA۰۰۱۲ و LH۳۷ در رژیم مادون صوت تراکم‌ناپذیر در دو حالت استاتیک و دینامیک با حرکت پلانج به‌صورت عددی بررسی شده است. حل میدان جریان براساس معادلات ناویر- استوکس به‌همراه مدل آشفتگی k-𝜔 sst انجام شده است. ابتدا تاثیر پدیده اثر سطح بر تغییر ضریب برآ با درنظرگرفتن فواصل مختلف از سطح در حالت استاتیک بررسی شده است. سپس در هر فاصله از سطح، ایرفویل با یک فرکانس و دامنه مشخص تحت نوسان پلانج سینوسی قرار گرفته و رفتار ضریب برآ در طول زمان بررسی شده است. نتایج تحلیل استاتیک نشان‌دهنده تغییر رفتار منحنی برآ و نیز توزیع فشار روی سطح ایرفویل در فواصل بسیار نزدیک به سطح متاثر از پدیده اثر سطح بوده است که به‌صورت کاهش برآ تا یک ارتفاع مشخص و سپس افزایش آن مشاهده میشود. تحلیل‌های دینامیک نیز نشان‌دهنده تغییر در دامنه نوسانات ضریب برآ و وجود یک اختلاف فاز در نقاط تحقق حداقل و حداکثر برآ، با نزدیک‌شدن ایرفویل به سطح هستند. خطوط جریان اطراف ایرفویل برای فواصل مختلف از سطح نیز نشان‌دهنده تغییر الگوی جریان حول آن با نزدیک‌شدن به سطح است.
محمدرضا محرری، حسین عجم،
دوره ۱۹، شماره ۳ - ( ۱۲-۱۳۹۷ )
چکیده
اجکتورها کاربرد وسیعی در صنعت دارند، از صنایع غذایی گرفته تا سیکل‌های تبرید و صنایع نیروگاهی. از آنجا که کندانسور نیروگاه بخار در شرایط خلا کار می‌کند، همواره مقداری هوا به داخل آن نشت می‌کند که باعث ایجاد خوردگی فلزی و کاهش بازده کندانسور میشود. بنابراین از اجکتور برای تخلیه هوای درون کندانسور استفاده میشود. به مرور زمان، نشت هوا در کندانسور بیشتر شده که بهبود بازده اجکتور را می‌طلبد. نسبت مکش یکی از تعاریف اصلی برای بازدهی اجکتور است و افزایش آن موجب افزایش بازده اجکتور میشود و همچنین به‌طور چشمگیری به هندسه آن وابسته است. هدف این پژوهش بهبود بازده اجکتور نیروگاه طوس با تغییر همزمان دو پارامتر تاثیرگذار موقعیت خروجی نازل و زاویه همگرایی محفظه اختلاط است. هندسه اولیه اجکتور توسط نرم‌افزار فلوینت مورد شبیه‌سازی قرار گرفت و اعتبار نتایج با مطالعات آزمایشگاهی و عددی پیشین سنجیده شد. سپس با استفاده از روش تاگوچی و در گام اول، هندسه‌های مختلفی با تغییر همزمان در موقعیت خروجی نازل و زاویه همگرایی محفظه اختلاط انتخاب و در نرم‌افزار فلوینت طراحی و شبیه‌سازی شد. انتخاب هندسه‌های گام دوم با تحلیل نمودار سیگنال به نویز برای پارامترهای مذکور و نتایج نسبت مکش در گام اول صورت گرفت و این رویکرد به‌طور مشابه در گام سوم نیز دنبال شد. نتایج نهایی علاوه بر بهبود ۳۴درصدی در نسبت مکش نشان داد که میزان بهینه‌ای برای موقعیت خروجی نازل و زاویه همگرایی محفظه اختلاط وجود دارد که پیرامون آن، نسبت مکش بیشینه حاصل میشود.
میثم شیرزاده‌گرمی، هوشیار ایمانی‌کله‌سر،
دوره ۱۹، شماره ۳ - ( ۱۲-۱۳۹۷ )
چکیده
کاربرد دینامیک سیالات محاسباتی به‌منظور ارزیابی عددی آثار باد بر ساختمان‌های بلند با توجه به افزایش توان محاسباتی رایانه‌ها در سال‌های اخیر در حال توسعه است. با توجه به ریزش‌های گردبادی پیرامون ساختمان‌های انعطاف‌پذیر، لاغر و بلند ناشی از جریان باد با اعداد رینولدز نسبتاً بالا، بررسی رفتار آئروالاستیک ساختمان‌های بلند امری ضروری است. در این مقاله، جریان آشفته باد با ۴ سرعت متفاوت پیرامون ساختمان بلند استاندارد CAARC به‌صورت عددی شبیه‌سازی شده است. از مدل شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ برای لحاظ اثر آشفتگی در حل معادلات جریان استفاده شده و پاسخ ساختمان‌های بلند به نیروهای حاصل از باد با حل معادله دیفرانسیل حرکت تعیین شده است. به‌منظور انتقال داده‌ها بین دو حوزه حل سیالاتی و سازه‌ای در هر گام زمانی، از روش کوپل‌شدگی دوطرفه استفاده شده است. طبق نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی، ضرایب فشار، خطوط جریان و میدان فشار لحظه‌ای پیرامون ساختمان بلند مطابقت خوبی با مشخصه‌های متداول جریان پیرامون اجسام هوابند دارد. سرعت بحرانی متناظر با پدیده قفل‌شدگی در این مساله با استفاده از عدد استروهال، برابر با ۱۰۰متر بر ثانیه محاسبه شده است. همچنین تاریخچه زمانی جابه‌جایی بام ساختمان در جهت باد و عمود بر امتداد آن به‌ازای سرعت‌های متفاوت وزش باد استخراج شده و به‌ترتیب میانگین و انحراف‌معیار آنها محاسبه شده است. افزایش مداوم دامنه نوسان‌های عرضی ساختمان تحت وزش باد با سرعت ۱۰۰متر بر ثانیه مشاهده شده است. این نکته بیانگر کارآیی و قابلیت فرآیند عددی حاضر در تشخیص ناپایداری آئروالاستیک به‌ازای سرعت پیش‌بینی‌شده است.
فاطمه نیک‌نژاد، ناصر فتورائی، ملیکه نبئی،
دوره ۱۹، شماره ۳ - ( ۱۲-۱۳۹۷ )
چکیده
شریان‌های کرونری به‌دلیل تغذیه قلب، نقش حیاتی دارد و در صورت ایجاد گرفتگی در آنها فرد با خطر ابتلا به سکته قلبی مواجه میشود. بیماری شریان کرونری، بیماری پیش‌رونده‌ای است که با تجمع ذرات چربی روی دیواره شریان، ایجاد و در ادامه منجر به ضخیم‌شدن دیواره و تشکیل لایه‌هایی از پلاک روی دیواره شریان و در نهایت ایجاد گرفتگی میشود. در پژوهش حاضر، به‌منظور دریافت اثر درصد و موقعیت گرفتگی بر الگوی توزیع جریان و تنش برشی و در پی آن پیشرفت پلاک‌های آتروسکلروتیک، شریان کرونری چپ و انشعابات اصلی آن یعنی شریان نزولی قدامی و شریان محیطی در شرایط مختلف گرفتگی براساس دسته‌بندی مدینا، درصد گرفتگی‌های ۵۰ و ۷۵% و سه موقعیت مختلف قرارگیری پلاک‌گرفتگی نسبت به مرکز انشعاب، مدل‌سازی شد. طبق نتایج به‌دست‌آمده، مقادیر تنش برشی و درصد جریان ورودی به شاخه جانبی با افزایش درصد گرفتگی کاهش یافتند. به‌عنوان نمونه در مدینای (۱,۱,۱)، دبی ورودی به شاخه جانبی در گرفتگی ۵۰%، به میزان ۴۱% دبی شاخه اصلی و در گرفتگی ۷۵%، به میزان ۳۷% دبی شاخه اصلی به دست آمد. مقادیر تنش برشی در گرفتگی ۷۵% کمتر از یک و حتی ۵/۰پاسکال و در محدوده بحرانی قرار دارند. با افزایش فاصله پلاک از مرکز انشعاب، تنش برشی و نسبت دبی شاخه جانبی افزایش می‌یابد و احتمال توسعه پلاک کاهش می‌یابد. بر مبنای روند توسعه پلاک‌گرفتگی، مدینای نوع (۱,۰,۱) دارای بالاترین احتمال برای رشد پلاک‌های آتروسکلروتیک و انسداد کامل رگ نسبت به انواع دیگر مدینا است.
محسن غفاریان عیدگاهی‌مقدم، محمدمحسن شاه‌مردان، محمود نوروزی،
دوره ۱۹، شماره ۴ - ( ۱-۱۳۹۸ )
چکیده
میراگرهای هیدرولیکی مغناطیسی یکی از پرکاربردترین تجهیزات مکانیکی هستند که با استفاده از سیال مغناطیسی و سیم‌پیچ‌های الکتریکی در داخل خود به‌عنوان جذب‌کننده شوک‌های فیزیکی به‌کار می‌روند. در این مقاله برای اولین بار با استفاده از روش دینامیک ذره استهلاکی به‌عنوان یک روش مدل‌سازی در مقیاس مزو به مدل‌سازی میراگر هیدرولیکی مغناطیسی و سیال مغناطیسی داخل آن پرداخته شده است. اطلاعات از سه دسته از سیالات مغناطیسی با نام‌های تجاری ۱۲۲-ای جی، ۱۳۲-دی جی و ۱۴۰-سی جی مورد استفاده قرار گرفته‌اند و تاثیر خصوصیات فیزیکی آنها بر توان میراگری بررسی و مقایسه شده است. نتایج حاصل از مدل‌سازی نشان می‌دهد با افزایش نرخ برش سیال، تنش برشی ابتدا افزایش یافته سپس به مقدار ثابت میل می‌کند که با اعمال میدان مغناطیسی قوی‌تر تنش برشی بیشتری ایجاد میشود. همچنین مشاهده میشود با افزایش حداکثر سرعت پیستون و افزایش قدرت میدان مغناطیسی، حداکثر توان میراگری افزایش یافته که این افزایش در سیال ۱۴۰-سی جی نسبت به بقیه سیال‌ها بیشتر است. نتایج حاصل از تحلیل حساسیت نشان می‌دهد که وزن ذرات مغناطیسی و قدرت نیروی استهلاکی ذرات سیال بیشترین تاثیر را روی توان میراگری می‌گذارند، به‌صورتی که با افزایش وزن ذرات مغناطیسی و کاهش ضریب قدرت استهلاکی ذرات، تجمع ذرات مغناطیسی کاهش یافته و کیفیت میراگری افزایش پیدا می‌کند. همچنین مشخص شد سیال ۱۲۲-ای جی نسبت به دیگر انواع سیال مغناطیسی در تشکیل زنجیره‌های استاندارد ذرات مغناطیسی مناسب‌تر بوده و توزیع گرانروی مطلوب‌تری را برای میراگری ایجاد می‌کند.
نیما پارسامفرد، محمدمهدی توکل،
دوره ۱۹، شماره ۴ - ( ۱-۱۳۹۸ )
چکیده
در این مقاله تاثیر موقعیت مانکن به همراه سیستم تنفسی در اتاق دارای سیستم تهویه بر میدان جریان و پخش ذرات به صورت عددی بررسی شده است. میزان جذب و نشست ذرات درون سیستم تنفسی و اتاق از دیدگاه لاگرانژی مورد مطالعه قرار گرفته است. سیستم تنفسی مورد بررسی شامل بینی، حلق فوقانی، حلق تحتانی، حنجره و نای بوده که توسط عکس‌های سی‌تی اسکن تولید و روی مانکنی سه‌بُعدی سوار شده است. مانکن درون اتاقی دارای ۴ دریچه خروجی و ۲ دریچه ورودی در حالت ایستاده و در حالت خوابیده مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای شبیه‌سازی میدان جریان از نرم‌افزار انسیس فلوئنت ۱۷/۲ و برای مدل‌سازی آشفتگی از مدل آشفته چهارمعادله‌ای انتقال تنش برشی گذار استفاده شده است. شبیه‌سازی‌ها در ۳ مقدار متفاوت دبی تنفسی در حالت دم و برای ذراتی در ۴ قطر متفاوت انجام شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که میزان نشست ذرات روی سطوح مانکن خوابیده به‌علت نیروی گرانش بیشتر از مانکن ایستاده است. میزان ورود ذرات به سیستم تنفسی مانکن کمتر از ۰/۴% کل ذرات ورودی است. همچنین بینی ذرات بزرگ را جذب می‌کند، در حالی که با کاهش قطر ذرات، میزان بیشتری از ذرات در قسمت‌های پایین‌تر سیستم تنفسی رسوب می‌کنند.
عرفان نعمت‌الهی، محمد سفید،
دوره ۱۹، شماره ۴ - ( ۱-۱۳۹۸ )
چکیده
میکرومیکسرهای منفعل در مقایسه با میکرومیکسرهای فعال تکنولوژی ساخت ساده‌تری داشته و تنها انرژی مورد نیاز آنها انرژی پمپاژ جریان است. در این مطالعه رفتار اختلاط سیالات غیرنیوتنی با استفاده از مدل غیرنیوتونی پاورلا در میکرومیکسرهای منفعل مورد بررسی قرار گرفته است. مدل‌سازی در این پژوهش با استفاده از کد تجاری دینامیک سیالات محاسباتی انسیس فلوئنت انجام شده و دو رویکرد اختلاط دومولفه‌ای مورد مطالعه قرارگرفته است. رویکرد اول شامل بررسی رفتار اختلاط سیالات با تغییر شاخص توانی و شاخص پایداری در پنج هندسه سه‌بُعدی شامل دو T میکرومیکسر چندگانه با ورودی‌های هم‌راستا و ناهم‌راستا در یک صفحه و دو صفحه، T میکرومیکسر چندگانه، T میکرومیکسر دوگانه و T میکرومیکسر در سه‌بُعد انجام شده است و رویکرد دوم بررسی رفتار اختلاط با تغییر شاخص توانی و ثابت نگه‌داشتن شاخص پایداری در دو هندسه چندگانه با ورودی‌های ناهم‌راستا در سه‌بُعد بوده است. در هر دو بخش این مطالعه از آب به‌عنوان سیال نیوتونی و از محلول کربوکسی‌متیل‌سلولز به‌عنوان سیال غیرنیوتونی استفاده شده و محدوده اعداد رینولدز مورد بررسی در پژوهش حاضر ۱ تا ۱۰۰ بوده است. در هر دو رویکرد بررسی‌شده نتایج شاخص اختلاط و اُفت فشار نسبت به اعداد رینولدز براساس معیار شاخص توانی معکوس یکدیگر هستند، به این مفهوم که در رویکرد اول با افزایش شاخص توانی شاخص اختلاط افزایش یافته و اُفت فشار کاهش یافته و در رویکرد دوم این روند معکوس است. اما روند سرعت‌های کاملاً توسعه‌یافته بی‌بُعد در دو رویکرد بررسی‌شده در مقایسه هندسه‌های با ورودی‌های ناهم‌راستا مشابه است.
امید یوسفی، مهدی اژدری‌مقدم، ناصر کیخایی،
دوره ۱۹، شماره ۴ - ( ۱-۱۳۹۸ )
چکیده
بسیاری از سازه‌های فولادی به‌دلیل عوامل محیطی مانند واردشدن بارهای تصادفی، فرسودگی، زنگ‌زدگی و پدیده‌هایی همچون کاویتاسیون و گذر زمان دچار آسیب می‌شوند. تخلیه‌کننده تحتانی سدها یکی از اجزای مهم این سازه‌ها هستند که در معرض مشکلات هیدرولیکی متعددی از قبیل ارتعاش حاصل از کاویتاسیون بوده که باعث ایجاد آسیب در آنها می شود و نیاز به بهسازی و ترمیم دارند. یکی از مصالح نوین برای مقاوم‌سازی استفاده از کامپوزیت پلیمری مسلح‌شده به فیبرکربن (CFRP) است. در این مقاله به بررسی اثر الیاف CFRP در مقاوم‌سازی دریچه تحتانی تحت بار ارتعاشی حاصل از کاویتاسیون و تاثیر آسیب بر ارتعاش حداکثری با نرم‌افزار ABAQUS پرداخته شد. به‌منظور مطالعه آسیب بر ارتعاش دریچه، از یک اندازه آسیب که به جلو یا عقب دریچه اعمال شده، استفاده شده است. در نهایت دریچه آسیب‌دیده با دو لایه الیاف CFRP مقاوم‌سازی شد. نتایج نشان داد که آسیب به‌وجودآمده ارتعاش حداکثری را افزایش داده و استفاده از الیاف پلمیری تاثیر بسزایی در کاهش ارتعاش و تنش‌های حاصل از فشار کاویتاسیون دارد.
حمیدرضا طالش‌بهرامی، حمید پرهیزکار، سجاد قاسملوی،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
مقوله آیروآکوستیک، یکی از مباحث مهم در طراحی وسایل پرسرعت امروزی نظیر هواپیماهای غول‌پیکر و قطارهای سریع‌السیر است. در همین راستا تلاش بر این است که این وسایل به‌گونه‌ای طراحی شوند که حداقل نویز آیردینامیک را داشته باشند. استوانه به‌عنوان یک جسم پَخ کاربردهای گسترده‌ای در طراحی تجهیزات مختلف نظیر ارابه فرود هواپیما دارد. بنابراین کاهش نویز استوانه می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای داشته باشد. در این مقاله یک روش برای کاهش نویز آیروآکوستیک حاصل از جریان روی استوانه ارایه و به‌صورت عددی مطالعه شده است. این کار با مکش جریان به داخل شیارهایی روی استوانه انجام شده است. محاسبه عددی آکوستیک، به روش قیاس آکوستیک لایت‌هیل و با به‌کارگیری معادلات موج فاکس‌ویلیام‌هاوکینگز انجام شده است. حل جریان به‌صورت سه‌بُعدی و گذرا با زمان و با استفاده از مدل اغتشاشی شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ انجام میشود. مشخصات شیارها نظیر ابعاد و فاصله آنها روی نویز آکوستیک تولیدشده مورد مطالعه قرار داده شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که روش کنترل فعال ارایه‌شده در این مقاله، یک روش موثر و در عین حال ساده برای کنترل نویز است. استوانه مورد استفاده در تحقیق حاضر در جریان با سرعت ۲۵۰کیلومتر بر ساعت صدایی حدود ۱۱۰دسی‌بل تولید می‌کند. مطابق نتایج به‌دست‌آمده می‌توان گفت که با چیدمان بهینه و تعداد شیارها و سرعت مناسب مکش جریان می‌توان سطح صدای حاصل از استوانه را تا حدود ۶۰دسی‌بل کاهش داد.
محمدعلی بدری، فریدون ثابت قدم،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
در این مقاله روش بازنهشتی جدیدی برای اعمال شرط مرزی جسم جامد به معادلات ناویر- استوکس در فرمول‌بندی تاوایی- تابع جریان ارایه شده است. در این روش، جسم جامد مانند ناحیه‌ای درون سیال در نظر گرفته میشود که در آن گذر زمان متوقف شده است و بدین ترتیب با توقف ذرات سیال، این ناحیه نقش جسم جامد صلب را بازی می‌کند. بدین منظور با استفاده از یک نگاشت، ضریب اتساع زمانی دلخواه به معادلات حاکم اعمال میشود و معادلات اصلاح‌شده‌ای به دست می‌آیند. سپس در معادلات اصلاح‌شده، ضریب اتساع زمانی ناحیه جامد به سمت بی‌نهایت میل داده میشود، در حالی که در ناحیه سیال، این ضریب واحد باقی می‌ماند. در مقاله ویژگی‌های فیزیکی و ریاضی، معادلات اصلاح‌شده بررسی شده و نحوه اعمال شرایط عدم لغزش و عدم نفوذ تشریح شده است. سپس الگوریتم عددی مناسبی برای حل معادلات اصلاح‌شده ارایه شده است. در الگوریتم ارایه‌شده، انتگرال‌گیری زمانی معادله اصلاح‌شده تاوایی با روش کرانک- نیکلسون و گسسته‌سازی مکانی، با دقت مرتبه دوم روی یک شبکه دکارتی یکنواخت صورت می‌پذیرد. روش برای حل عددی جریان، حول یک جسم مربعی درون یک کانال و جریان عمود بر یک صفحه تخت نازک و جریان حول استوانه دایروی استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهند که شرایط عدم لغزش و عدم نفوذ روی مرز مستور با دقت بسیار زیادی ارضا می‌شوند، در حالی که میدان جریان نیز با دقت بسیار زیادی بقایی باقی می‌ماند.
واقف صدری، هادی سلطانی،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
در این تحقیق روش ساده و مفید برای پیداکردن مسیر مناسب جریان‌های سرد و گرم در داخل مبدل‌های حرارتی لوله- پوسته در مسایل طراحی شبکه مبدل‌های حرارتی (HENs) با درنظرگرفتن اُفت فشار جریان‌ها ارایه شده است. در حالت کلی، طراحی شبکه مبدل‌های حرارتی به‌کمک برنامهریزی ریاضی منجر به بروز مشکلاتی میشود که به‌وسیله مدل‌های برنامهریزی اعداد صحیح مخلوط غیرخطی. (MINLP) پاسخ داده میشود. بهینه‌سازی چنین فرمولاسیون‌هایی به‌دلیل وجود متغیرهای پیوسته و گسسته باعث ایجاد مشکلاتی در همگرایی میشود. در این تحقیق به‌جای حل همزمان متغیرهای گسسته و پیوسته، از الگوریتم ژنتیک برای پیداکردن بهینه ساختار شبکه مبدل‌های حرارتی (متغیرهای گسسته) استفاده شده است. برای پیداکردن مقادیر بهینه متغیرهای پیوسته شبکه، با دسته‌بندی این نوع از متغیرها به دو گروه و استفاده از فرمولاسیون برنامهریزی شبه‌خطی (QLP) به‌جای مدل برنامهریزی غیرخطی (NLP)، از پیچیدگی حل مدل NLP نیز تا حدود زیادی کاسته شده است. مقادیر بهینه متغیرهای پیوسته و گسسته با توجه به یک تابع هدف مشترک که رسیدن به حداقل هزینه سالیانه شبکه مبدلی است، به دست می‌آیند. مقایسه روش پیشنهادی با مراجع نشان می‌دهد که این روش توانایی کاهش هزینه پمپاژ جریان‌ها تا حدود ۰/۷۶% را دارد.
فهیمه حامدی، حامد مقتدری،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
پدیده انتقال حرارت، تعیین موقعیت و دمای نقطه داغ در سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور، در سال‌های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این اقبال ناشی از تاثیرات قابل ملاحظه این امور بر استقامت، قابلیت اطمینان و بازده عملکرد ترانسفورماتورها است. هدف اصلی در این مقاله، توسعه یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی با دقت مناسب و حجم محاسباتی متعادل برای انجام مطالعات پارامتری و به‌دست‌آوردن معیارهایی برای طراحی سیم‌پیچ‌های دیسکی با مسیر خنک‌کاری زیگزاگ بوده است. این دیسک‌ها از سیم‌های مسی و عایق کاغذی که به دور آنها پیچیده شده، ساخته شده‌اند. درنظرگرفتن این ناهمگنی، به‌صورت تفکیک نواحی حل برای به‌وجودآمدن تعداد نواحی بسیار زیاد با اندازه بسیار کوچک، توسعه مدل و به‌خصوص شبکه را دشوار می‌سازد و همچنین هزینه محاسباتی بالایی ایجاد می‌کند. در این مقاله با استفاده از توابع تعریف خواص روشی ارایه شده است که بدون تفکیک نواحی حل، ناهمگنی دیسک‌ها به‌لحاظ جنس و وابستگی خواص ترموفیزیک همچون هدایت حرارتی و لزجت به دما لحاظ شده است. نتایج نشان می‌دهد که با استفاده از این روش علاوه بر اینکه زمان توسعه مدل و زمان تحلیل، کاهش چشمگیری داشته، دقت تحلیل نیز در حد قابل قبولی بوده و انحراف قابل توجهی در نتایج دیده نشده است. در ادامه نیز با استفاده از قابلیت محیط نرم‌افزار Ansys WorKbench در تحلیل پارامتری، تاثیر پارامترهای مختلف هندسی و عملکردی بر شرایط خنک‌کاری ترانسفورماتور بررسی شده و در نهایت پیشنهاداتی برای طراحی این مدل از ترانسفورماتورها ارایه شده است.
احسان داورپناه، علیرضا تیمورتاش،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
استفاده از روش‌های عددی برای تعیین حدود و نحوه رشد کیک جرمی در فرآیند تصفیه عرضی مورد توجه محققین بوده است. حل‌های مذکور که عمدتاً مبتنی بر توسعه روش‌های صفر، یک یا دوبُعدی برای تخمین پارامترهای تصفیه معرفی شده‌اند، متکی بر حداقل یک مرحله تنظیم روش با استفاده از نتایج آزمایشگاهی هستند. در این مقاله یک روش حل دوسویه مستقل، برای تعیین تغییرات زمانی هندسه کیک جرمی- جریان تصفیه، ارایه شده است. به‌طوری که همزمان با حل جریان به روش شبکه بولتزمن، حل معادله انتقال جرم را با استفاده از یک روش مزوسکوپیک دیگر (LB-CA) در یک ارتباط دوسویه بین تغییرات جریان و رشد کیک میسر سازد. روش محاسباتی معرفی‌شده، امکان اعمال اثر نیروهای داخلی و خارجی بر خط سیر ذرات را فراهم نموده‌است. اعتبار روش محاسباتی، در مقایسه با حل تئوری رومرو- داویس و نتایج آزمایشگاهی، بررسی و تایید شده است. همچنین با استفاده از LB-CA، اثر اعمال میدان الکتریکی جریان مستقیم، بر کیفیت اجتماع ذرات بر سطح غشا و تغییر منحنی شار جریان بررسی و نشان داده شده است که با افزایش ولتاژ جریان مستقیم، به‌تدریج از اجتماع ذرات در برخی نواحی غشا ممانعت به عمل آمده، منحنی کاهش شار جریان بهبود قابل ملاحظه‌ای می‌یابد. همچنین بررسی شرایط بهینه با درنظرگرفتن اندازه پل‌های الکتریکی به‌عنوان پارامتر بهینه‌سازی نشان داده است با درنظرگرفتن بیشینه بهبود در منحنی شار جریان به‌عنوان پارامتر هدف، اندازه پل‌های الکتریکی دارای یک مقدار بهینه است.
امیرحسین بابائی، رضا آقایی طوق، محمدحسن نوبختی، محمدجواد منتظری،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
در توربین‌های گازی پرفشار، گاز داغ عبوری از استاتور، دارای دبی جرمی بالایی است و احتمال تغییرات حتی اندک در هندسه پره‌ها، تاثیر قابل توجهی بر میدان جریانِ پایین‌دست خواهد داشت. این تغییرات اندک را می‌توان در حد خوردگی قیاس کرد. اولین رخداد ناشی از این خوردگی، غیریکنواخت‌شدن جریان در فاصله محوری استاتور- روتور است. این جریان غیریکنواخت، به‌دلیل داشتن الگوی پیچیده‌ای از گردابه‌ها، از انتقال کامل انرژی سیال به روتور جلوگیری می‌کند و کارآیی توربین را به‌شدت کاهش می‌دهد. در پژوهش حاضر، یک توربین گاز پرفشار خاص، در معرض خطر خوردگی سریع فرض شده است. هدف اصلی، پیش‌بینی تغییرات هندسی ناشی از این نوع خوردگی است. در ابتدای کار، تحلیل عددی سه‌بُعدی مدل اولیه توربین، با هدف مشاهده دقیق میدان جریان، انجام و نتایج حاصل با نتایج آزمایش‌های تجربی موجود اعتبارسنجی شد. سپس به‌منظور بررسی تاثیر خوردگی بر عملکرد توربین، تغییرات هندسی در پروفیل پره استاتور اعمال و توزیع جریان تحت تاثیر این تغییرات، به‌صورت سه‌بُعدی تحلیل شد. نتایج نشان داد بیشترین خطر خوردگی در نقطه‌ای نزدیک لبه فرار پره استاتور است. به‌علت خوردگی، نسبت سطح بین ورودی و خروجی پره‌های استاتور، کمتر و موجب کاهش سرعت محوری میشود. اما همزمان با افزایش سطح خروجی کانال استاتور، میزان دبی جرمی گاز ۷/۳۱% افزایش می‌یابد. در این شرایط، عملکرد توربین از نقطه طراحی خارج میشود. الگوی جریان در ورود روتور پیچیده‌تر میشود و با جدایش جریان از روی پره روتور و ایجاد تغییرات شدید دما روی ناحیه جداشده، خوردگی به‌سرعت توسعه می‌یابد.
حامد علیصادقی، حسین صفی‌پور، حجت رضایی‌فرد،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
حرکت پیچشی و انتقالی همزمان یک ایرفویل در معرض جریان هوا می‌تواند همچون یک توربین بادی از جریان ورودی انرژی دریافت نماید. این امر در صورتی امکان‌پذیر است که پارامترهای موثر بر عملکرد این توربین به‌صورت مناسبی انتخاب شده باشند. در این تحقیق جریان غیردایم دوبُعدی حول یک توربین بادی دوباله با حرکت متقارن با استفاده از نرم‌افزار تجاری FLUENT مورد بررسی قرار گرفته است. به‌منظور شبیه‌سازی حرکت پیچشی- انتقالی ایرفویل نوسان‌کننده از شبکه‌ای دینامیک یا متحرک استفاده شده است. با بررسی پارامترهای مختلف هندسی، حرکتی و لزج، ضمن بررسی تاثیر هر یک از این پارامترها، نقشه راندمان دریافت انرژی در بازه گسترده‌ای از فرکانس‌ها و دامنه‌های پیچشی برای ایرفویل ناکا ۰۰۱۵ در رینولدز ۴۱۰۰، ترسیم شده است. نتایج مطالعه پارامتری نشان می‌دهد که پارامترهای مربوط به حرکت همچون دامنه حرکت انتقالی و فرکانس، تاثیر بسزایی روی عملکرد ایرفویل دارد، در حالی که پارامترهای هندسی از درجه اهمیت کمتری برخورداند. همچنین نتایج تحقیق در رابطه با ایرفویل دوباله در مقایسه با حالت تک‌باله نشان می‌دهد که استفاده از این ترکیب می‌تواند راندمان سیستم را تا ۷% افزایش دهد و به مقدار قابل توجه ۴۹% برساند.
مصطفی زاهدزاده، فتح الله امی،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
مخلوط‌شدن مناسب سوخت و هوا یکی از مسایل چالش‌برانگیز در سرعت‌های مافوق صوت بوده که بیشترین کاربرد آن نیز در محفظه‌های احتراق موتورهای اسکرم‌جت است. در طراحی موتورهای اسکرم‌جت، اختلاط کافی بین جریان هوای مافوق صوت و جت سوخت پاشش‌شده یک مساله حیاتی است زیرا به‌دلیل زمان اقامت خیلی کوتاه مخلوط در جریان مافوق صوت، پایداری احتراق بسیار مشکل است. تاکنون مطالعات و تحقیقات گسترده‌ای برای بهبود اختلاط سوخت و هوا در این حوزه جریان صورت پذیرفته است. یکی از راهکارهای ارایه‌شده برای بهبود اختلاط سوخت و هوا، ایجاد پله قبل از نقطه پاشش است که با ایجاد یک ناحیه بازچرخشی سرعت پایین قبل از نقطه پاشش موجب افزایش راندمان اختلاط میشود. البته باید اشاره نمود که استفاده از پله همراه با اُفت فشار سکون است که باید مصالحه‌ای بین افزایش راندمان اختلاط و اُفت فشار سکون صورت پذیرد. در کار حاضر تاثیر حضور پله بر حوزه پاشش گازی صوتی عمودی در جریان هوای عرضی مافوق صوت به‌صورت عددی بررسی شده است. در ابتدا معادلات دوبُعدی ناویر- استوکس به‌همراه مدل آشفتگی دومعادله‌ای k-ω SST و معادله حالت گاز کامل با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت حل شده‌اند و نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی با داده‌های تجربی مقایسه و صحّه‌گذاری شده‌اند. سپس با تغییر دو پارامتر هندسی ارتفاع پله و فاصله پله از نقطه پاشش، تاثیر این دو پارامتر بر ارتفاع دیسک ماخ و اُفت فشار سکون بررسی شده است.
سنا جمشیدی فرد، منصور شیروانی، نورالله کثیری‌بیدهندی، سلمان موحدی‌راد،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
در این مقاله جداسازی ذرات پودر سیاه از هوا توسط تغلیظ‌کننده غبار مارپیچ یک‌کاناله به‌صورت آزمایشگاهی مطالعه شده و با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی، بازده و اُفت فشار دستگاه در شرایط عملیاتی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. سامانه آزمایشگاهی شامل یک کانال مارپیچ با ۲۹ انشعاب جریان رقیق خروجی و دو مکنده در خروجی‌های آن بوده که امکان آزمون در شرایط دبی ورودی بالا فراهم شده است. در انجام آزمایشات از ذرات پودر سیاه با دانه‌بندی مشخص استفاده شده است. میانگین اندازه ذرات آن پس از انجام آزمون DLS و پردازش تصاویر SEM، µm ۰/۳۲۷ مشخص شد. شبیه‌سازی CFD تغلیظ‌کننده مارپیچ یک‌کاناله برای جریان هوا- پودر سیاه با نرم‌افزار FLUENT انجام شده است. برای شبیه‌سازی اغتشاشات، از مدل اغتشاش Realizable k-ε به‌عنوان یک مدل بهینه از نظر دقت و سرعت در شبیه‌سازی استفاده شده است. برای اعتبارسنجی نتایج شبیه‌سازی، داده‌های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته‌اند که خطایی حدود ۵/۲% را نشان می‌دهد. برای بررسی تاثیر شرایط عملیاتی سیستم، دبی‌های جرمی هوای ورودی و کسر جرمیهای جامد مختلف مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج نشان دادد که با افزایش دبی به اندازه ۵۸% بازده شبیه‌سازی ۴/۱% افزایش پیدا می‌کند. همچنین با افزایش کسر جرمی جامد از ۷ به ۲۰%، بازده تغییر محسوسی نداشت.
حمیدرضا رشیدی، سیدمهدی زندی، فرشید مسیبی،
دوره ۱۹، شماره ۶ - ( ۳-۱۳۹۸ )
چکیده
پدیده‌ی تلاطم سطحی سیال از مسائل پیچیده در پدیده‌های جریان با سطح آزاد است. روش‌های عددی بدون شبکه به عنوان روشی نوین، کاربرد فراوانی در حل این مساله دارند. در این روشها، عدم وجود شبکهبندی و المانهای پیچیده برای دامنه مسائل با توجه به تغییر هندسه حل در طول زمان، انعطافپذیری زیادی در حل مسائل عددی به وجود میآورد. در تحقیقات صورت گرفته در گذشته مسئله‌ی تلاطم سطحی سیال در مخازن با استفاده از حل معادله‌ی لاپلاس، با توجه به پتانسیل سرعت، صورت گرفته است، اما حل این مسئله با معادلات فشار، چندان مورد توجه نبوده است؛ بنابراین با استفاده از معادلات فشار و یک الگوریتم زمانی لاگرانژی مناسب، روش توابع پایه نمایی تعمیم یافته برای مسائل مخازن تحت تحریک دینامیکی توسعه داده شده است. تقریب حل با استفاده از روش بدون شبکه‌ی توابع پایه نمایی تعمیم یافته صورت می‌گیرد و کل دامنه حل به تعدادی نقطه‌ی گرهی گسسته سازی شده و سپس با در نظر گرفتن شرایط مرزی مناسب، مجهولات مسئله تقریب زده می‌شوند. در این تحقیق، مثال‌های خطی و غیرخطی، تحت تحریک هارمونیک، به صورت دو بعدی از مخازن مکعب مستطیلی، حل شده است و نتایج حاصل از آنها، با روش‌های حل تحلیلی، دیگر روش‌های حل عددی و همچنین، داده‌های آزمایشگاهی، مقایسه شده است. نتایج، نشان می‌دهند که به لحاظ صرف وقت و هزینه‌ی محاسبات، روش حاضر، در حالت دو بعدی، در مقایسه با دیگر روش‌های لاگرانژی موجود، بسیار درخور توجه است.
