سیف دلیلصفائی، نادر منتظرین، محمدحسین فاضل زرندی،
دوره ۱۹، شماره ۶ - ( ۳-۱۳۹۸ )
چکیده
در این مقاله به ارایه سیستمی بر مبنای خوشهبندی فازی برای نمایش تغییرات میدان جریان در ناحیه خروجی روتور توربوماشین گریز از مرکز پرداخته شده است. آنچه در پژوهشهای انجامگرفته در حوزه توربوماشینها حایز اهمیت است، نیاز تمامی زمینهها به درک صحیح از پدیدههای جریان داخل توربوماشین است که از پیچیدگیهایی برخوردار است. به همین سبب از پیشرفتهترین تجهیزات آزمایشگاهی در این راستا استفاده میشود که با مسایلی از قبیل زمانبری، هزینه بالا و تعداد زیاد آزمایشهای مورد نیاز همراه است که اهمیت شبیهسازی و رصد پدیدههای جاری در آن را بهواسطه الگوریتمهای هوش مصنوعی دوچندان میکند. سیستم حاضر براساس خوشهبندی فازی بهگونهای عمل میکند که دادههای مکانی (از سیستم اندازهگیری تصویر ذرهای) توسط تعداد خوشه معین به نمایش میدان در زمان اولیه میپردازد، سپس با اعمال تغییرات در خوشه مربوط به رشته دادههای زمانی (از سیستم اندازهگیری بادسنجی لیزری) که حاوی تغییرات ثبتشده از جریان در طول زمان دادهبرداری است، دادههای جدید میدان در گام زمانی جدید حاصل میشود و با خوشهبندی مجدد دادهها، نمایش تغییرات میدان جریان در فضای فازی صورت میپذیرد. در مقاله حاضر، میدان جریان برای شش گام زمانی پیاپی مورد بررسی قرار گرفته است که نتایج خروجی سیستم، تغییرات میدان جریان ناشی از چرخش روتور در زوایای مختلف را در ناحیه دادهبرداریشده نشان میدهد.
کامیار ملکی باقرآبادی، مهدی ثانی، محمدسعید سعیدی،
دوره ۱۹، شماره ۸ - ( ۵-۱۳۹۸ )
چکیده
میکرومیکسرها از اجزای حیاتی در دستگاههای آزمایشگاه-روی-تراشه به شمار میروند. کاربرد اصلی آنها اختلاط دوگونه سیال با کیفیت مطلوب در حداقل زمان اختلاط است. در این مقاله چند نوع میکسر فعال و غیرفعال با طراحیهای نوآورانه به منظور افزایش کیفیت اختلاط و کاهش زمان آن مورد مطالعه عددی قرار گرفتهاند. مدلسازی عددی توسط حل معادلات غیرخطی و به هم وابسته پواسون- نرنست- پلنک- ناویر- استوکس و با استفاده از کد خانگی رایان انجام گرفته است. این معادلات که در مقیاس محیط پیوسته پدیدههای همرفت، مهاجرت الکتریکی و نفوذ مولکولی را در نظر میگیرند مدل دقیقتری از فیزیک واقعی غالب بر میکرومیکسرهای الکتروسینتیکی فعال با الکترودهای ولتاژ متغیر را ارایه مینمایند. روشهای رایج و سادهسازیشده همچون مدل پواسون- بولتزمن بر پایه فرضیات سادهشده بنا شدهاند و در نتیجه در مواردی مانند وجود پیچیدگی در هندسه و استفاده از الکترودهای ولتاژ متغیر دقت خود را به شدت از دست میدهند. از طرف دیگر مدل پواسون- بولتزمن از نظر حل عددی به مراتب از مدل پواسون- نرنست- پلنک- ناویر- استوکس سادهتر بوده و مدلسازی بر اساس آن از نظر عددی بسیار ارزانتر است. یکی از دستاوردهای این پژوهش نشان میدهد در میکرومیکسرهای غیرفعال با استفاده از چند مانع کوچک به عنوان جایگزین یک مانع بزرگ کیفیت اختلاط در نمونه مدلسازیشده به مقدار ۱۳% افزایش یافته است. یکی دیگر از دستاوردهای اصلی این پژوهش معرفی چیدمان همزمان الکترودهای عمودی و افقی ولتاژ متغیر با زمان برای اولین بار است. این طرح جدید موجب ایجاد فورانهای عمود بر جریان اصلی میشود و اختلاط را بهبود میدهد. در نتیجه تغییرات پیشنهادی در کار حاضر، بهبود افزایش کیفیت اختلاط به ۹۹% و کاهش زمان رسیدن به اختلاط پایدار به ۷/۲ثانیه حاصل شده است.
سبحان فتح اللهی، محمد رضا توکلی، فرید حسین زاده،
دوره ۱۹، شماره ۹ - ( ۶-۱۳۹۸ )
چکیده
در این مقاله به مطالعه پارامتری اثر تجمع یخ بر عملکرد آئرودینامیک ایرفویل NACA۰۰۱۲، با استفاده از نرمافزار FENSAP-ICE پرداخته شده است. نتایج این تحقیق نشان میدهد که پروفیل یخ تولیدشده روی لبه حمله ایرفویل با زاویه صفر درجه، تقریباً بهصورت متقارن، دارای دو ناحیه فرورفتگی با انحنای مشخص است. فرورفتگیهای بالا و پایین توده یخ، باعث ایجاد جریان چرخشی در این نواحی شده که این امر سبب افزایش درگ فشاری و کاهش ضریب لیفت، نسبت به حالت بدون یخ میشود. بهطوری که در زاویه حمله ۱۲درجه، ضریب لیفت به میزان ۲۰/۵۸% کاهش و ضریب درگ، ۱۵/۹۲% افزایش یافته است. همچنین تأثیر دما و سرعت جریان هوا بر فرآیند تجمع یخ روی ایرفویل NACA۰۰۱۲، در دو رژیم مات و شفاف با جریان برگشتی، مورد مطالعه قرار گرفته است. با کاهش دما از صفر تا °C۱۴- رژیم یخ شفاف با لبههای تیز ایجاد شده و ضخامت یخ افزایش مییابد. در محدوده دمایی ۱۴- تا°C ۱۶-، فرآیند گذار از رژیم یخ شفاف به مات اتفاق افتاده و در دماهای کمتر از °C۱۶- یخ مات ایجاد میشود. در پایان نیز یک سیستم یخزدای حرارتی بهمنظور رفع کامل توده یخ، شبیهسازی شده است. نتایج نشان میدهند که با اعمال توان حرارتی به میزان ۳۰وات، توسط سیستم یخزدا، فرآیند ذوب توده یخ شاخی ۲۱/۴۱گرمی آغاز شده و ضمن تشکیل جریان آب بازگشتی، کل یخ روی سطح ایرفویل بهصورت کامل ذوب میشود.
مهرنوش ریاحیپور، علیرضا شفیعی، سیدامیرمسعود صالحیزاده،
دوره ۱۹، شماره ۱۱ - ( ۸-۱۳۹۸ )
چکیده
روش نقطه مادی، روش عددی توانمند برای مدلکردن تغییر شکلهای بزرگ و اثر متقابل بین فازهای مختلف ماده است. این روش ترکیبی از مزایای روشهای اویلری و لاگرانژی است در حالی که از معایب آنها اجتناب میکند. در این روش جسم با ذراتی که همه خواص فیزیکی از جمله جرم، مومنتوم، تنش و کرنش را داراست، مدل میشود. شبکه مش پسزمینه برای حل معادلات مومنتوم به کار گرفته میشود. در مرحله اول اطلاعات از ذرات به گرهها نگاشته میشود. در مرحله دوم معادلات مومنتوم برای گرهها حل میشود سپس گرههای بهروزشده به ذرات برای به روزکردن موقعیت و سرعت آنها نگاشته میشود. در مرحله سوم، شبکه دور ریخته شده و شبکه جدید ایجاد میشود. در شبیهسازی عددی جریانهای دانهای، تغییر شکلهای بزرگ و اندر کنشهای بین مرزهای جریان دانهای و بناها منجر به پیچیدگی در رفتارهای ساختاری ماده و در نتیجه پیچیدهشدن شبیهسازیها میشود. از بین تکنیکهای عددی مختلف، روش نقطه مادی روشی مناسب برای شبیهسازی اینگونه مسائل است. در این تحقیق فروریزش ستون استوانهای از مواد دانهای روی دیواره صلب در دو بعد با روش نقطه مادی شبیهسازی شده و پروفیل سطح و جابجایی جبهه پیشروی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد که تطابق خوبی بین نتیجهها دیده میشود. نتایج نشان میدهد که نسبت ستون اولیه نقش مهمی در گسترش توده دانهای ایفا میکند.
رحیم حسنزاده، میلاد محمدنژاد،
دوره ۱۹، شماره ۱۱ - ( ۸-۱۳۹۸ )
چکیده
در این پژوهش، با استفاده از شبیهسازی عددی، به بررسی تاثیر همپوشانی داخلی بر عملکرد توربین بادی محور عمودی دوپره ساونیوس پرداخته میشود. روتور درنظرگرفتهشده دردو نوع متعارف و باخ است. به این منظور مشخصههای توان توربین بادی در محدوده نسبت سرعت نوک پره از ۰/۲ تا ۱/۲ و سرعت باد ۳، ۵ و ۷متر بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیهسازی مشخصههای آشفتگی، مدل SST k-ω مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج بهدست آمده با دادههای موجود در ادبیات فن اعتبارسنجی شدهاند. رفتار لحظهای جریان و دادههای متوسط زمانی برای دو روتور مورد نظر یعنی نوع متعارف و نوع باخ ارائه شدهاند. نتایج بهدست آمده از این تحقیق نشان میدهد که به ازای کلیه مقادیر سرعت نوک پره و سرعت باد، مقدار بهینه همپوشانی به ترتیب برای روتورهای نوع متعارف و نوع باخ برابر ۰/۲ و ۰/۱ است. از طرفی، حداکثر ضریب توان روتور متعارف و باخ، بدون توجه به مقدار سرعت باد و نسبت همپوشانی، به ترتیب در نسبت سرعت نوک پره ۰/۸ و ۰/۷ حاصل میشود. نهایتاً، مشخص شد که به ازای هر مقدار نسبت سرعت نوک پره و نسبت همپوشانی در هر دونوع روتور، مقدار ضریب توان با افزایش سرعت باد افزایش مییابد.
میلاد شاکرمی، احمد شانهساززاده، ناصر شابختی،
دوره ۲۰، شماره ۱ - ( ۱۰-۱۳۹۸ )
چکیده
امروزه از تئوری موج نو برای تخمین نیروی امواج بر سازههای دریایی از جمله پایه توربینهای بادی فراساحل استفاده میشود. این در حالی است که به جز در موارد معدود، اعتبار این تئوری در تعیین نیروی امواج هنوز به طور کامل تایید نشده است. لذا بررسی اعتبار و دقت نتایج تئوری موج نو برای تعیین پارامترهای پایداری سازههای متنوع دریایی شامل برش پایه و لنگر واژگونی ضروری است. در این مقاله نتایج حاصل از تولید موج به روش تئوری موج نو در تعیین پروفیل سطح آب، سینماتیک موج و پاسخهای سازهای شامل جابجایی حداکثر، برش پایه و لنگر واژگونی مونوپایل توربین بادی در مقایسه با دادههای آزمایشگاهی و نتایج شبیهسازی حاصل از اعمال سری زمانی به روش تئوری تصادفی خطی مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که تئوری موج نو با کاهش قابل ملاحظه زمان محاسبات تحلیل سازه میتواند با دقت کافی جایگزینی مناسب برای شبیهسازی چند ساعته امواج تصادفی باشد. مقایسه نتایج با امواج منظم استوکس مرتبه ۵ همچنین نشان میدهد که نتایج تئوری موج نو بسیار قابل اعتمادتر نسبت به امواج منظم برای تعیین سینماتیک موج و بارگذاری دینامیکی موج بر پایه توربینهای بادی است.
محمدهادی انفرادی، محمدرضا قاسمی، ناصر شابختی،
دوره ۲۰، شماره ۱ - ( ۱۰-۱۳۹۸ )
چکیده
عمر مفید و سلامت سکوهای دریایی ثابت فولادی متاثر از میزان ارتعاشات دائمی وارده توسط نیروهای ناشی از وزش باد و برخورد امواج دریا است. حرکتهای رفت و برگشتی سکو و عرشه روی آن، خستگی سازه و اتصالات را به همراه داشته و باعث اختلال در عملکرد تجهیزات، تاسیسات حفاری و همچنین بهرهبرداری از سکو میشود. بنابراین، هدف اصلی این تحقیق کنترل ارتعاشات سکوی دریایی ثابت فولادی با استفاده از میراگرهای آلیاژ حافظهدار است. آلیاژهای حافظهدار دارای دو ویژگی حافظهداری و فوق ارتجاعی بوده و به عنوان میراگر گزینه بسیار مناسبی محسوب میشوند. در این نوع آلیاژها، تبدیلات ساختاری کریستالها از فاز آستنیت به فاز مارتنزیت و برعکس، با اتلاف و استهلاک انرژی همراه است. در این تحقیق یک سکوی دریایی مجهز به میراگرهای آلیاژ حافظهدار، به ارتفاع ۹۰متر و در آبی به عمق ۸۰متر، بهصورت سیستم چندین درجه آزادی جرم متمرکز مدلسازی شده و تحت تاریخچه زمانی بار امواج دریا تحلیل شده است. برای حل دستگاه معادله دیفرانسیل حاکم بر ارتعاش سیستم و مدلسازی رفتار چرخهای آلیاژ حافظهدار، به ترتیب از روش انتگرالگیری مستقیم و مدل چرخهای ایدهآل چندخطی استفاده شده است. مقایسه پاسخهای دینامیکی سکو در دو حالت "با" و "بدون" میراگر آلیاژ حافظهدار، ۴۲% کاهش تغییر مکان عرشه، ۶۲% کاهش شتاب عرشه و همچنین ۳۲% کاهش نیروی برشی تراز پایه سکو را نشان داده است.
بهراد علی زاده خارکشی، روزبه شفقت، امید جهانیان، کورش رضانژاد، رضوان عالمیان،
دوره ۲۱، شماره ۱۲ - ( ۹-۱۴۰۰ )
چکیده
شرایط امواج دریا تاثیر بسزایی بر رفتار هیدرودینامیکی ستونهای نوسانی آب دارد؛ بهگونهای که اثرات متقابل مبدل و امواج ورودی، در تعیین و ارزیابی ضرایب هیدرودینامیکی بیبعد بسیار مهم هستند. لذا با توجه به اهمیت این ضرایب در ارزیابی عملکرد مبدلهای ستون نوسانی آب، در این مقاله، به ارزیابی تجربی ضرایب هیدرودینامیکی بیبعد در شرایط عملکردی مبدل ستون نوسانی چندمحفظهای پرداخته میشود. برای تعریف آزمونهای تجربی، با درنظر گرفتن موقعیت نصب مبدل بر روی موجشکن، از شرایط دریای مازندران استفاده شده است. پس از کالیبراسیون تجهیزات و نیز آنالیز عدم قطعیت، آزمونهای تجربی در استخر موج دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل انجام شده است. با توجه به نتایج بهدست آمده، با فرض یک عمق آبخور بیبعد و ثابت، با افزایش فرکانس بیبعد موج برخوردی، ضریب بیبعد موج انتقال یافته، ضریب بیبعد موج انعکاس یافته، ضریب بیبعد تخلیه و ضریب بیبعد فشار افزایش مییابند. از طرف دیگر نتایج نشان میدهند، در اثر تغییر عدد بیبعد موج از ۹/۱ تا ۳/۳، ضرایب بیبعد تخلیه، موج انعکاس یافته، فشار و موج انتقالیافته به ترتیب ۶/۱ برابر، ۲/۲ برابر، ۸/۲ برابر و ۵/۳ برابر میشوند؛ یعنی ضریب بیبعد موج انتقال یافته حساسیت بالایی نسبت به شرایط موج دارد؛ ضریب بیبعد تخلیه در مقایسه با دیگر ضرایب، تغییرات کمتری خواهد داشت. از طرفی نتایج نشان دادند که مبدل آزمایشگاهی در این تحقیق در بهترین حالت دارای راندمان ۸/۴۱% میباشد. این راندمان در فرکانس طبیعی بیبعد ۸۸/۰ و عمق آبخور بیبعد ۰۳۲/۰ رخ میدهد؛ در این شرایط دامنه نوسانات آب درون ستون نوسانی به ۶/۹ سانتیمتر میرسد.
علی ابراهیمی، روزبه شفقت، مهدی یوسفی فرد، علی حاجی آبادی،
دوره ۲۳، شماره ۱ - ( ۱۰-۱۴۰۱ )
چکیده
در پژوهش حاضر تاثیر مکان پلههای عرضی بر مولفههای هیدرودینامیکی و پایداری طولی شناور بررسی شده است. شناور مورد بررسی در این تحقیق یک شناور دو بدنه پروازی است که هر نیم بدنه آن دارای دو پلهی عرضی میباشد. در ابتدا با استفاده از روش آزمایشگاهی مقاومت شناور با وزن ۳/۵ کیلوگرم در محدودهی عدد فرود طولی ۴۹/۰ تا ۹/۲ در آب آرام محاسبه شده است. سپس با استفاده از روش عددی رفتار شناور در وزنهای ۳/۵، ۶/۴ و ۴ کیلوگرم ارزیابی گردیده است. نتایج شبیهسازی عددی با نتایج مشابه آزمایشگاهی اعتبار سنجی شده است. شناور در وزنهای ۴ و ۳/۵ کیلوگرم به ترتیب در اعداد فرود بزرگتر از ۴۳/۲ و ۹/۲ دچار ناپایداری پورپویزینگ گردیده است. به منظور بهبود پایداری طولی شناور از طرح آزمایش تاگوچی برای تعیین مکان بهینهی پلههای عرضی استفاده شده است. نتایج نشان داد که با قرار گیری پلههای عرضی در مکان بهینه، ناپایداری پورپویزینگ در شناور رفع شده است. در حالت پروازی مقاومت شناور در حالت بهینهی پلههای عرضی نسبت به حالت اولیه برای وزنهای ذکر شده به ترتیب ۱۲، ۵/۹ و ۶/۶ درصد کاهش یافته است. در شرایط مشابه نیروی برا وارد بر شناور نیز برای وزنهای مذکور به ترتیب ۱۵، ۱۰ و ۷ درصد افزایش یافته است.
محمد سعادت بخش، صادق صادق زاده،
دوره ۲۴، شماره ۵ - ( ۲-۱۴۰۳ )
چکیده
سطوح فوق آبگریز به عنوان روشی اساسی جهت کاهش پسای اصطکاکی اجسام غوطه ور در آب مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. ارزیابی دقیق و پیشبینی مقدار کاهش پسای ناشی از به کارگیری این سطوح نیازمند اندازه گیری های هزینه بر، شبیه سازی های عددی و یا توسعه مدلها و روابط قابل اعتماد می باشد. در این مقاله یک مدل برای محاسبه ضریب اصطکاک پوستهای و کاهش پسای سطوح تخت فوقآبگریز ارائه می شود. از دادههای پیشین مربوط به ضریب اصطکاک پوستهای سطوح تخت با شرایط مرزی عدم لغزش استفاده شده و مدلی ارائه می شود که به کمک آن بتوان کاهش پسای اصطکاکی و ضریب اصطکاک پوسته ای این سطوح را پس از اعمال پوشش های فوق آب گریز محاسبه نمود. با استفاده از شبیهسازی عددی، نتایج مدل با نتایج شبیهسازی جریان سیال روی صفحه تخت در سرعتهای مختلف مقایسه شده و اعتبار مدل تایید شده است. نتایج مدل و شبیه سازی نشان دهنده آن است که در سرعتهای ورودی ۱، ۵ و ۲۵ متر بر ثانیه و طول لغزش ۵۰ میکرون، کاهش پسای اصطکاکی به ترتیب ۱۵، ۴۱ و ۷۷ درصد انتظار میرود. همچنین، با افزایش عدد رینولدز جریان، کاهش اصطکاک پوستهای افزایش می یابد. مدل توسعه داده شده برای سطوح تخت اعتبارسنجی شده و توانایی آن در محاسبه ضریب اصطکاک پوسته ای و نیروی پسای این سطوح به دقت مورد بررسی قرار گرفته است. با این حال برای بررسی اعتبار مدل برای سطوح با انحنا و طول لغزش متغیر، تحقیقات بیشتری نیاز می باشد.
محمدعلی جهانگیری، رضا عطارنژاد، نیما نوعی،
دوره ۲۴، شماره ۸ - ( ۵-۱۴۰۳ )
چکیده
این پژوهش به بهینه سازی توپولوژی مسائل اندرکنش سیال-سازه بهروش مجموعه سطوح تراز می¬پردازد. به-منظور جفت کردن معادلات سیال-سازه از روش توصیف لاگرانژی-اویلری دلخواه (ALE) در فرمولبندی یکپارچه استفاده شده است. استفاده از توصیف ALE تحت فرمول¬بندی یکپارچه برای مسائل FSI، ضمن حذف ناپایداری¬¬های عددی ناشی از ترم همرفت، باعث افزایش سرعت و دقت حل اجزای محدود مسائل اندرکنش سیال-سازه خواهد شد. همچنین در نظر گرفتن سیال در حالت ناپایا (Unstaedy) امکان تفسیر توپولوژی بهینه را در هر لحظه از تحلیل فراهم می¬آورد. تابع هدف مسئله طراحی بهینه توپولوژی سازه، بهحداقل رساندن نرمی سازه در حالت خشک تحت حجم معینی از دامنه طراحی سازه در نظر گرفته شده است. بهمنظور یافتن سرعت نرمال معادله واکنش- انتشار (RDE) از آنالیز حساسیت الحاقی مبتنی بر گرادیان نقطهای استفاده شده است. نتایج حاصله از این رویکرد در مقایسه با سایر رویکردهای بهینه¬سازی توپولوژی موجود در ادبیات فنی نشان از دقت بالاتر و تشکیل مرزهای سازهای واضحتر دارد.
سعید اصیل قره باغی، محمد شیرزاد،
دوره ۲۴، شماره ۹ - ( ۶-۱۴۰۳ )
چکیده
ارتعاش ناشی از گردابه پدیدهای مهم است که در سازههای فراساحلی رخ میدهد و میتواند باعث خستگی این سازهها و آسیب به آنها شود. مطالعات گذشته نشان میدهد که این سازهها رفتاری پیچیده و گاهی غیرخطی از خود نشان میدهند. در این مطالعه، بهمنظور ارزیابی پارامترهای هیدرودینامیکی در این سیستمها، از یک استوانه صلب با تکیهگاه غیرخطی استفاده شده است. میزان غیرخطی بودن تکیهگاه تغییر داده شده و تأثیر آن بر پارامترهای هیدرودینامیکی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. با حل همزمان معادلات دوبعدی ناویر-استوکس با میانگین رینولدز و معادله حرکت استوانه، جابهجایی و سرعت استوانه بهدستآمده است. ضرایب برآیی، پتانسیل و گردابه محاسبه شده و در نهایت عدد استروهال تعیین شده است. نتایج حاصلشده نشان میدهد که رفتار سیستم از دو شاخه تشکیل میشود. در شاخه ۱ دامنه حرکت استوانه کوچک است اما در شاخه ۲ دامنه حرکت آن چند برابر میشود. با افزایش میزان غیرخطی بودن تکیهگاه، محدوده شاخه ۲ کوچکتر میشود و سرعت نوسان استوانه افزایش مییابد. همچنین افزایش میزان غیرخطی بودن تکیهگاه موجب کاهش نیروی برآیی وارد بر استوانه و عدد استروهال میشود.