---

---

با پیشرفت روش¬های مدلسازی عددی، روش‌های بالادست و تفاضل¬مرکزی در مدلسازی جریان¬های مادون¬صوت و مافوق¬صوت در مسیرهای مختلف از جمله جریان¬های داخل پره‌های توربین، بکارگیری روش عددی کاسپ در روش حجم¬محدود جیمسون می‌تواند ویژگی¬های مثبت هر دو روش مذکور را همزمان استفاده نماید. نوآوری این مقاله ابتدا بهبود روش حجم¬محدود جیمسون با استفاده از روش کاسپ در مدلسازی دو بعدی جریان مافوق¬صوت بین پره‌های ثابت توربین می¬باشد و سپس با استفاده از روش معکوس لون¬برگ¬مارکوارت برای اولین بار، بهینه¬ترین حالت تابع کنترلی کاسپ با اهمیت دادن معادله بقایی جرم تعیین می¬گردد. با توجه به اهمیت ناحیه شوک¬ها در قسمت سطح مکش پره، تمرکز روش مذکور که منجر به بهبود قابل توجه توزیع نسبت فشار در روش حجم¬محدود جیمسون می¬شود به این ناحیه معطوف شده است. نتایج مدل تلفیقی اول (جیمسون و کاسپ)، در منطقه شوک سطح مکش پره در مقایسه با نتایج تجربی، انطباق بسیار مطلوبی بهمراه کاهش خطاهای عددی را در ناحیه مذکور نشان می‌دهد. همچنین نتایج مدل تلفیقی دوم(جیمسون،کاسپ و روش معکوس)، در منطقه شوک سطح مکش پره در مقایسه با دو روش جیمسون استاندارد و تلفیقی اول، شرط بقای جرم را بطور متوسط حدود ۱۵ درصد بهبود می¬بخشد.

---

اهمیت پژوهش پیرامون خصوصیات سیالات فوق بحرانی با درنظر گرفتن افزایش کاربرد آن‌ها در صنایع مختلف غذایی، شیمیایی، پلیمر، نفت و گاز بیش از پیش آشکار می‌گردد. یکی از مهم‌ترین خصوصیات این‌گونه سیالات ، ضریب انبساط حرارتی (β) می‌باشد. در اکثر فرایندهایی که این مولفه در آن‌ها کاربرد دارد، از فرض گاز ایده‌ال استفاده شده است. ضعف این مدل آن است که در محدوده نقطه بحرانی، قادر به پیش‌بینی صحیح ضریب انبساط حرارتی نمی‌باشد. به همین دلیل در پژوهش حاضر به منظور تعیین ضریب انبساط حرارتی، از معادله حالت ردلیش‌کوانگ استفاده گردیده و رابطه‌ا‌ی جدید که تابع دما، فشار و ضریب تراکم‌پذیری می‌باشد، استخراج شده است. مقایسه رفتار منحنی‌های حاصل از این رابطه با مقادیر تجربی مطابقت خوبی را نشان می‌‌دهد. علاوه بر این انتقال حرارت جابجایی طبیعی سیال فوق بحرانی در کانال عمودی با دیواره‌های دما ثابت به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حاکم به روش حجم محدود و بر پایه الگوریتم سیمپل حل گردیده و پس از اعتبارسنجی با مطالعات پیشین، به مقایسه مشخصه‌های جریان و انتقال حرارت به ازای ضریب انبساط حرارتی مبتنی بر فرض گاز ایده‌آل و ضریب انبساط حرارتی حاصل از این تحقیق برای سیال فوق بحرانی پرداخته شده است. در انتها روند تغییرات ضریب انتقال حرارت با فاصله گرفتن سیال از نقطه بحرانی مورد مطالعه قرار گرفته است.

---

سیال فوق بحرانی به دلیل دارا بودن خصوصیات منحصربه‌فرد سال‌هاست که در برخی از صنایع به‌منظور افزایش کارایی فرآیندها جایگزین سیال غیر بحرانی شده و از زمان شناختش مورد مطالعات آزمایشگاهی، عددی و تحلیلی متعددی قرارگرفته‎ است. در این پژوهش فرآیند انتقال حرارت جابجایی طبیعی آرام بین لوله داغ دما ثابت عمودی و دی‌اکسید کربن فوق بحرانی به‌طور عددی شبیه‌سازی‌شده است. مدل‌سازی این فرآیند به‌صورت دوبعدی شبه گذرا و با استفاده از روش حجم محدود انجام‌گرفته است. هدف اصلی پژوهش بررسی اثر تغییرات خواص سیال فوق بحرانی نزدیک دمای شبه بحرانی آن بر میدان سرعت و دمای سیال در انتقال حرارت جابجایی طبیعی و درنهایت تأثیر این تغییرات بر میزان کل انتقال حرارت صورت گرفته به سیال نسبت به حالت غیر بحرانی است. مدل‎سازی فرآیند انتقال حرارت بین دماهای ۳۰۵ تا ۳۱۲ کلوین و فشارهای ۷,۵ تا ۹ مگا پاسکال انجام‌شده است. در این تحقیق به‌منظور محاسبه‎ی خواص دی‌اکسید کربن در شرایط مختلف برای اولین بار از معادله حالت چند پارامتری اسپن و وگنر برحسب انرژی هلمهولتز به‌طور مستقیم استفاده‌شده است. نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده افزایش نرخ انتقال حرارت جابجایی آزاد به دی‌اکسید کربن در حالت فوق بحرانی نسبت به فرض گاز ایده آل تا ۱۶۰% در نزدیکی نقطه شبه بحرانی و در دیگر نقاط افزایش تا ۱۱۸% است.

---

یکی از بزرگترین معایب توربین‌های بادی محور عمودی عمل کننده بر اساس نیروی پسا ، عملکرد آیرودینامیکی ضعیف این توربین‌هاست که عمدتا به دلیل گشتاور معکوس پره پشت به باد است. اخیرا طرح جدیدی با استفاده از پره‌های جمع و باز شونده به منظور حذف گشتاور منفی پره‌های بازگشتی ارائه شده است. در مقاله حاضر عملکرد آیرودینامیکی توربین پیشنهاد شده به روش آزمایشگاهی و عددی مطالعه شده است. آزمایشات در یک تونل باد زیر صوتی و شبیه‌سازی های عددی با استفاده از نرم-افزار انسیس فلوئنت و روش قاب متحرک انجام شده است. اثرات تعداد پره (۳،۴و ۶) و شدت آشفتگی و صفحات انتهایی بر ضریب گشتاور و ضریب توان در اعداد رینولدز مختلف بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد، روتور جدید در یک دوره چرخش کامل، گشتاور منفی ندارد و روتور ۳ پره با مقدار ضریب توان بیشینه ۲۱/۰ در نسبت سرعت نوک ۵/۰، بهترین عملکرد آیرودینامیکی را داراست. اگرچه با افزایش تعداد پره، نوسانات گشتاور خروجی کاهش می‌یابد لیکن ضریب توان روتور نیز کاهش می‌یابد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که عدد رینولدز در بازه مورد مطالعه ۱۰۴×۷/۷ تا ۱۰۵×۲/۱ تاثیر چندانی بر عملکرد روتور ندارد.

---

بهبود دقت هدف‌زنی با ساچمه‌های تفنگ بادی اهمیت زیادی در مسابقات تیراندازی داشته و همواره مورد توجه علاقه‌مندان می‌باشد. در این مقاله، عملکرد یک پرتابه کروی گذرصوتی به‌عنوان یک ساچمه تفنگ بادی با کالیبر ۴,۵ میلی‌متر تحت مکانیزم هوپ-آپ، به روش عددی بررسی گردیده که حرکت پرتابه را به‌صورت ۴ درجه آزادی، شامل سه حرکت انتقالی و یک حرکت دورانی عرضی شبیه‌سازی می‌کند. مکانیزم هوپ-آپ باعث ایجاد حرکت دورانی و تولید نیروی مگنوس شده که می‌تواند از افت ارتفاع پرتابه جلوگیری کند. استفاده از مکانیزم فوق به‌عنوان اصلاح کننده مسیر پرتابه در تفنگ‌های بادی، ایده جدیدی است که تا کنون مطرح نشده است. معادلات ناویر- استوکس سه-بعدی تحت شرایط ناپایای تراکم پذیر آشفته به همراه معادلات دینامیکی حرکت ساچمه به‌صورت کوپل و در یک شبکه محاسباتی متحرک حل شده‌اند. شبیه‌سازی عددی، بر پایه طرح "رو" با دقت مرتبه دو مکانی و به لحاظ اهمیت زمان با مرتبه دو زمانی به شیوه حجم محدود می‌باشد. برای اعتبارسنجی، پاسخ‌های حاصل با نتایج تجربی معتبر مقایسه شده‌اند. نتایج حاصله نشان می‌دهند که اعمال چرخش مناسب به پرتابه برای هر فاصله معین می‌تواند از افت ارتفاع آن در هنگام برخورد به هدف جلوگیری نماید. در این ارتباط، از میان‌یابی داده‌های حاصل، رابطه‌ای که بتواند با دقت خوبی سرعت زاویه‌ای هوپ-آپ را بر حسب تابعی از موقعیت هدف و انرژی جنبشی شلیک برای جبران افت ارتفاع پرتابه در فواصل دلخواه پیش‌بینی نماید استخراج گردید. همچنین مشاهده شد که با افزایش سرعت زاویه‌ای، وقوع ریزش گردابه، تسریع و مقدار اندازه حرکت پرتابه کاهش می‌یابد.

---

پدیده‌ی چگالش در جریان بخار باعث ایجاد قطرات با اندازه‌های مختلف می‌شود. برای پیش‌بینی دقیق رفتار جریان دوفازی بخار-مایع، لازم است تا تأثیر تمام دسته قطرات با اندازه‌های مختلف بر بخار در نظر گرفته شود. در این تحقیق برای تحلیل جریان یک‌بعدی بخارتر در یک شیپوره‌ی همگرا-واگرای مافوق صوت، از معادله جوانه زایی در چهارچوب اویلری-لاگرانژی استفاده شده است. روش‌های چند‌شعاعی و تک‌شعاعی، برای مدل‌سازی قطرات تشکیل شده در جریان بخار، با یکدیگر مقایسه شده‌اند. در روش چند‌شعاعی، تمام دسته قطرات تشکیل شده در ناحیه‌ی چگالش ناگهانی، بدون ادغام با سایر دسته قطرات، در محاسبات حفظ می‌شوند؛ اما در روش تک‌شعاعی این دسته قطرات با یکدیگر ادغام شده و در غالب یک گروه با شعاع متوسط در محاسبات منظور می‌شوند. روش چند‌شعاعی از این لحاظ که قادر به پیش‌بینی طیف قطرات با اندازه‌های مختلف است، نسبت به روش تک‌شعاعی به واقعیت نزدیک‌تر است و لذا دارای مزیت است. مقایسه نتایج حاصل از این دو روش با شواهد تجربی حاکی از آن است که شعاع پیش‌بینی شده برای قطرات از روش چند‌شعاعی، نسبت به روش تک‌شعاعی، در هر چهار نازل مورد بررسی به مقادیر تجربی نزدیک‌تر می‌باشد.

---

به‌ طور معمول از برخورد جت مایع عمودی به یک صفحه‌ی صاف افقی، پرش هیدرولیکی دایروی تشکیل می‌شود. با این وجود، در شرایط خاصی که متأثر از عواملی مانند لزجت سیال، دبی حجمی، قطر جت و ارتفاع سیال در پایین‌دست پرش می‌باشد، تغییر جریان از حالت فوق بحرانی به زیربحرانی از ظاهر دایروی خود خارج شده و به‌صورت چندضلعی نمایان می‌گردد. باوجود گذشت نزدیک به دو دهه از مشاهده پدیده پرش هیدرولیکی چندضلعی، تاکنون رابطه‌ی تجربی برای تخمین تعداد اضلاع پرش‌های هیدرولیکی چند ضلعی برحسب پارامترهای مختلف ارائه نگردیده است. اندازه و تعداد اضلاع پرش‌های هیدرولیکی چندضلعی به عوامل مختلفی مانند دبی حجمی سیال، قطر جت، ارتفاع سیال در پایین‌دست پرش و خواص فیزیکی سیال و به عبارتی به اعداد بدون بعد رینولدز، وبر و باند بستگی دارند. ازاین‌رو در این پژوهش با استفاده از روش طراحی آزمایشات به کمک تحلیل تاگوچی به بررسی آزمایشگاهی اثرات دبی حجمی سیال، قطر جت و ارتفاع مانع در پایین‌دست پرش بر تعداد اضلاع پرش‌های هیدرولیکی چندضلعی پرداخته شده و دو رابطه‌ی خطی و غیرخطی برای تخمین تعداد اضلاع پرش‌های هیدرولیکی چندضلعی برحسب پارامترهای مذکور ارائه می‌گردد.

---

یکی از مسائل مهم در تیراندازی با تفنگ‌های بادی، انتخاب پرتابه مناسب برای فواصل مختلف هدف می‌باشد. در این مقاله به شبیه‌سازی عددی و مقایسه عملکرد چهار نمونه مختلف از پرتابه‌های تفنگ بادی پرداخته شده که حرکت این پرتابه‌ها به‌صورت ۴ درجه آزادی، شامل سه حرکت انتقالی و یک حرکت چرخشی در کد تدوین شده منظور شده است. پرتابه‌‌های مورد بررسی دارای سه اندازه کالیبر ۴,۵، ۵.۵ و ۶.۳۵ میلی‌متر و چهار نوع مختلف با نام‌های سرتخت، نوک‌تیز، گنبدی و کروی هستند. به‌منظور تحلیل عددی این مسأله، پس از مدل‌سازی هندسی پرتابه‌ها، معادلات ناویر- استوکس سه‌بعدی تحت شرایط ناپایای تراکم پذیر آشفته به همراه معادلات دینامیکی حرکت پرتابه به‌صورت کوپل و در یک شبکه محاسباتی متحرک حل شده‌اند. شبیه‌سازی عددی، بر پایه طرح "رو" با دقت مرتبه دو مکانی و به لحاظ اهمیت زمان با مرتبه دو زمانی به شیوه حجم محدود می‌باشد. برای اعتبارسنجی برنامه کامپیوتری، پاسخ‌های حاصل با نتایج تجربی معتبر مقایسه شده‌اند. مقایسه نتایج حاصل از بررسی عملکرد پرتابه‌ها شامل مسیر حرکت، تغییرات سرعت و افت ارتفاع نشان می‌دهند که پرتابه گنبدی، بهترین عملکرد را تقریباً در تمامی فواصل هدف داشته و پرتابه سرتخت در فواصل کم، عملکرد بسیار خوب و در فواصل زیاد عملکرد بسیار ضعیفی در مقایسه با سایر نمونه‌ها دارد. درادامه، اثر شکل دماغه بر عملکرد پرتابه‌‌های نوک‌تیز و گنبدی بررسی و شکل‌های بهینه به‌دست آمده‌اند.

---

استفاده از هندسه های مختلف غشاء برای جداسازی ذرات در فرایندهای تصفیه یا تغلیظ، مورد توجه گروهی از محققین قرار گرفته است. هر تغییری در هندسه غشاء که باعث تغییر در شانس ذرات برای برخورد و چسبیدن به سطوح سوراخ‌ها شود، می‌تواند نتیجه فرایند جداسازی را به شکل قابل توجهی دستخوش تغییر نماید. در این تحقیق با استفاده از روش شبکه بولتزمن در ترکیب با یک مدل جامع برخورد، مشخصه های رسوب بر هندسه توسعه یافته غشاء بررسی شده است. توسعه غشاء به صورت دو سطح عمودی سوراخدار گسترش یافته در طرف جریان در نظر گرفته شده است. در این حالت غشاء در دو بازه زمانی متفاوت "رسوب پیش رونده" و "توسعه کیک جرمی" عمل می‌کند. در بازه اول، پیکره بندی غشاء در بعد طول به سه محدوده بسته، فعال، و غیر فعال تقسیم شده و رسوب ذرات در محدوده فعال سبب جابجایی مرز رسوب شده و در نتیجه محدوده های فعال به بسته و غیر فعال به فعال تبدیل می‌گردد؛ همچنین در بازه زمانی دوم و پس از بسته شدن عمده مسیرهای جریان، انسداد غشاء با رشد کیک جرمی در سراسر طول المان جداساز تقویت می‌شود. نمایه های به دست آمده برای منحنی شار جرمی نشان دهنده یک آهنگ اولیه کاهش شار جرمی با تقعر منفیست که بیش از نیمی از دوره عملکرد غشاء را در بر می‌گیرد و در مقایسه با هندسه های توسعه نیافته، می‌تواند به شکل قابل توجهی، عبور حجم بیشتری از جریان را مقدور ‌سازد.

---

---