فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال سوم شماره 4 (پیاپی 10، زمستان 1386)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال سوم شماره 4 (پیاپی 10، زمستان 1386)

  • 88 صفحه، بهای روی جلد: 20,000ريال
  • تاریخ انتشار: 1386/11/15
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمدرضا حیدری*، محمد طیبی رهنی صفحات 1-11
    برنامه تولید شبکه با سازمان چند بلوکی MBTLNS برای شبیه سازی جریان پایای فرا صوتی آشفته حول اجسام مدور (به انضمام ناحیه پشت) تدوین شده است]1[. در این مقاله، این برنامه با الحاق روش استفاده مرکب از حل معادلات لایه نازک و سهموی ناویر استوکس توسعه یافته است. شبکه مرزی بین بلوک ها از نوع وصله ای انطباقی است. حل عددی معادلات به روش ضمنی تفاضل محدود و مرکزی بیم - وارمینگ صورت گرفته و آشفتگی جریان با استفاده از مدل جبری دولایه ای بالدوین-لومکس مدل سازی شده است. الگوریتم حل جامع میدان جریان ساده و روان و سریع است. جریان در بلوک اول (بالادست دماغه) با استفاده از معادلات TLNS و سپس در بلوک مستقر در ناحیه طویل بدنه با حل معادلات PNS و در سایر بلوک های انتهای بدنه تا پشت جسم مجددا با حل معادلات TLNS به طور مکرر جاروب می شود. نتایج و سرعت محاسبات نرم افزار جدید (MBPTLNS) با سایر نتایج عددی و نیز با آزمایش های تجربی مقایسه شده که نشانگر دقت و سرعت مطلوب است.
    کلیدواژگان: شبکه با سازمان، شبکه چندبلوکی، جریان پشت، جریان مافوق صوت آشفته، معادلات لایه نازک ناویر، استوکس (TLNS)، معادلات سهموی ناویر، استوکس (PNS)
  • عبدالله شادآرام *، مهدی عظیمی فرد، نورالله رستمی صفحات 13-23
    در این پژوهش، دنباله نزدیک در پشت یک استوانه چهارگوش با استفاده از تکنیک سرعت سنج سیم داغ به صورت دو بعدی تجزیه و تحلیل شده است. مولفه های نوسانی و متوسط زمانی سرعت جریان در دنباله استوانه هایی که دارای نسبت پهنا به ارتفاع های متفاوتی می باشند، اندازه گیری شده است. اندازه گیری ها در یک تونل باد سرعت پایین انجام گرفته است. آنالیز طیفی سیگنال های سرعت صورت گرفته و نمودار سیگنال های ثبت شده و نمودارهای طیف قدرتی (عدد استروهال) در دو عدد رینولدز متفاوت نشان داده شده اند. نتایج نشان می دهند که شدت آشفتگی در دنباله جریان با افزایش نسبت پهنا به ارتفاع استوانه کاهش می یابد. همچنین، روند تغییرات مشخصه های سرعت جریان با تغییر نسبت پهنا به ارتفاع در یک مقطع مشخص بحث شده است. تحلیل طیفی جریان نشان می دهد که در اعداد رینولدز بالا، عدد استروهال تقریبا ثابت باقی می ماند. نتایج به دست آمده با نتایج معتبر موجود مقایسه شده که توافق نزدیکی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: سیم داغ، جریان حول استوانه چهارگوش، دنباله نزدیک، مطالعه تجربی
  • محمدعلی اخوان بهابادی*، امیر محمدپور، مسعود جمالی آشتیانی صفحات 25-34
    مطالعه حاضر به بررسی تجربی افزایش انتقال حرارت توسط نوارهای پیچیده شده داخل یک اواپراتور و تاثیر همزمان آنها بر میزان افزایش افت فشار جوششی مبرد 134a-R می پردازد. هدف از این آزمایش رسیدن به بالاترین میزان انتقال حرارت و کمترین میزان افت فشار به طور همزمان است. دستگاه مورد استفاده در این بررسی سیستم تبرید تراکمی بخار مجهز به کلیه وسایل اندازه گیری مورد نیاز، مانند ترمو کوپل، فشار سنج و دستگاه اندازه گیری افت فشار، می باشد. این سیستم شامل سه اواپراتور گرم شونده با هیتر الکتریکی است که به ترتیب اواپراتور اولیه، تست اواپراتور و اواپراتور ثانویه نامیده می شوند. در این مطالعه، داده های تجربی برای لوله های صاف و لوله های با نوار پیچیده شده با چهار نسبت پیچش متفاوت (6، 9، 12 و 15) جمع آوری گردید. پس از جمع آوری کلیه داده ها و بررسی آن ها مشاهده شد که نوارهای پیچیده شده از داخل در بهترین حالت (نسبت پیچش6) میزان انتقال حرارت را تا 68% افزایش داده و میزان افت فشار را نیز در بدترین حالت (نسبت پیچش6) تا 180% افزایش می دهند. همچنین، مشاهده شد که بین نوارهای با نسبت پیچش های مختلف، نوار با نسبت پیچش 12 در سرعت های جرمی پایین و نوار با نسبت پیچش 9 در سرعت های جرمی بالا عملکرد بهتری نسبت به دیگر نوارها دارد
    کلیدواژگان: افت فشار، انتقال حرارت، نوارپیچی داخل لوله ها، اواپراتور، مبرد R، 134a
  • مهاذین زاهد*، رضا ابراهیمی، ناصرسراج مهدی زاده صفحات 35-47
    در این بررسی، تولید و انتشار امواج صوتی در اعداد ماخ پایین (مادون صوت) به صورت عددی تحلیل شده است. از آنجایی که یکی از مسائل مهم در طراحی موتورهای هواپیما،کاهش میزان آلودگی صوتی آنهاست، پیش بینی دقیق رفتار صوتی وسایل پرنده از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف از تحلیل انجام شده، مدلسازی صدای حاصل از یک نشتی (که به صورت جت آزاد در نظر گرفته شده است) می باشد. اساس کار بر پایه روش هیبرید است که بدین منظور از مدل آشفتگی تنش های رینولدز برای حل میدان جریان و از آنالوژی لایت هیل به منظور شبیه سازی میدان آکوستیکی استفاده شده است. به منظور محاسبه مقادیر سرعت های لحظه ای در معادله لایت هیل، روش C.F.W.N. به کار گرفته شده است. در نهایت، پروفیل های سطح فشار صوت در راستاهای محوری و عرضی میدان جریان برای مقایسه ترسیم شده است. مقایسه نتایج با مقادیر عددی موجود در مراجع معتبر دیگر تطابق خوبی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ایرواگوستیک، منبع صوتی، معادله لایت هیل، سطح فشار صوت
  • محمود فرزانه گرد* صفحه 49
    پیش چرخش اغلب در سیستم های خنک کاری داخلی توربین های گازی برای کاهش دمای نسبی هوای خنک کننده نسبت به پره های چرخنده توربین استفاده می شود. در سیستم «انتقال مستقیم» هوا فاصله محوری بین نازل های پیش– چرخش روی دیسک ثابت و حفره های هوای خنک کن پره ها قرار گرفته روی دیسک چرخان را به طور مستقیم طی می کند. در این مقاله، اثر شرایط جریان ورودی و سرعت دورانی روی جریان سیال و انتقال حرارت درون چنین محفظه ای بررسی شده است. در این بررسی، از یک مدل ساده شده عددی برای جریان تراکم ناپذیر و پایدار آشفته استفاده شده است. مدل ذکر شده بر پایه یک برنامه رایانه ای توسعه داده شده توسط نویسنده است. نتایج عددی حاصل برای سرعت مماسی و عدد ناسلت با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده اند. نتایج عددی نشان دهنده اتلافی چشم گیر در اثر اختلاط در ورودی است. این اتلاف باعث کاهش ضریب پیش-چرخش موثر در ورودی می شود. تغییرات مقادیر عددی سرعت مماسی بین شعاع ورودی وخروجی نشان رفتار جریان ورتکس آزاد است. معمولا مقادیر تجربی و عددی مولفه های سرعت هم خوانی خوبی را نشان می دهند. در ضمن، مقادیر تجربی رفتار جریان ورتکس آزاد را با شدت کمتری نشان می دهند. همچنین، مقادیر تجربی و عددی برای عدد ناسلت هم خوانی کمتری را نشان می دهند، هر چند نتایج عددی و تجربی رفتار یکسانی را در اثر تغییرات ضرایب موثر جریان نشان می دهند.
    کلیدواژگان: توربین های گازی، سیستم خنک کاری، سیستم های پیش، چرخش روتر و استاتور، سیستم های پیش، چرخش انتقال مستقیم
  • جعفر مددنیا، هما کوشا، مسعود میرزایی* صفحه 61
    بادهای عرضی معمولا هم جریان هوا و هم میزان مقاومت در مقابل هوای ورودی به برج های خنک کن را تحت تاثیر قرار می دهند. این موضوع سبب می شود که در داخل برج مناطقی با درجه حرارت بالا پدید آید و در نتیجه عملکرد کل نیروگاه افت پیدا کند. وسایل بهبود دهنده، مانند دیوارهای بادشکن جهت بهبود عملکرد این برج ها و در نتیجه عملکرد کل نیروگاه مورد استفاده قرار گرفته است. در تحقیق تجربی حاضر اثر این تجهیزات بهبود دهنده روی عملکرد یک مدل ایزوترمال با مقیاس 001 /0 از یک برج خنک کن تر یک نیروگاه 600 مگاواتی بر افت فشار دینامیک و فشار کل مورد ارزیابی قرار می گیرد. ضریب افت فشار بی بعد در برج به عنوان یک شاخص عملکرد برج تعریف شده که نسبت افت فشار کل در ناحیه مبدل حرارتی برج (شامل ناحیه باران و مبدل) به فشار دینامیکی برج است. بیش از بیست و سه دیوار بهبود دهنده طراحی و ساخته شده و تاثیر آنها روی ضریب افت فشار مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به صورت افزایش درصد در عملکرد برج برحسب نسبت سرعت باد (Vr) ترسیم شده است. ضریب افت فشار، وقتی که دیوار باد شکن وجود ندارد، بعنوان شرائط مبنا در نظر گرفته شده و بهبود عملکرد با آن مقایسه شده است. بیش از 33% بهبود عملکرد در این تحقیق بواسطه استفاده از دیوارهای بادشکن مشاهده شده است. همچنین، سه آرایش برتر دیوار در این تحقیق انتخاب شده است.
    کلیدواژگان: وسایل بهبود دهنده، برج های خنک کن تر با مکش طبیعی، دیوار بادشکن، ضریب افت فشار
  • کامران دانشجو، مجید شهروی * صفحه 69
    در این مقاله، پدیده کمانه کردن پرتابه های میله ای بلند از جنس تنگستن در برخورد با اهداف مایل فلزی به وسیله دو روش المان محدود صریح: لاگرانژ و هیدرودینامیک مولکولی، مورد بررسی قرار گرفته است. زاویه بحرانی کمانه کردن به دست آمده از هر دو روش نشان می دهند که با افزایش سرعت برخورد یا افزایش مقاومت ماده هدف زاویه بحرانی کمانه کردن افزایش می یابد. نتایج حاصل از دو روش فوق با نتایج مدل های تحلیلی و تجربی مقایسه شده اند. در زوایایی از برخورد که پرتابه تنها کمانه می کند، هر دو روش لاگرانژ و هیدرودینامیک مولکولی نتیجه تقریبا یکسانی می دهند، ولی در زوایای نزدیکتر به زاویه بحرانی، کمانه کردن که پرتابه شروع به زخمی نمودن هدف می نماید، روش هیدرودینامیک مولکولی نتایج بهتری نسبت به روش لاگرانژ می دهد. یکی دیگر از مزایای روش هیدرودینامیک مولکولی نسبت به لاگرانژ این است که از اصل فرسایش پیروی نمی کند. لذا، قانون بقای جرم در حل مساله کاملا ارضاء می شود. در نتیجه، روش هیدرودینامیک مولکولی در شبیه سازی برخورد پرتابه های میله ای بلند با اهداف مایل نتایج دقیقتری نسبت به روش لاگرانژ می دهد.
    کلیدواژگان: زاویه بحرانی کمانه زنی، شبیه سازی عددی، هیدرودینامیک مولکولی، متد لاگرانژ
|
  • M. Taeibi, Rahni*, M.R. Heidari Pages 1-11
    In this work, turbulent supersonic flows over axisymmetric bodies, including the base, are investigated, using multi-block grid to solve the Navier-Stokes equations. Patched method has been used near the interfaces. Our numerical scheme was implicit Beam-Warming centeral differencing, while Baldwin-Lomax turbulence modeling was used to close the Reynolds averaged Navier-Stokes equations. In order to take advantage of structured grids, multi-block grid has been used widely in the past for complex geometries. On the other hand, different parts of such flow may require different forms of the governing equations. For supersonic flows over missile geometries, the thin layer Naveir-Stokes equations (TLNS) are usually used. But, the easiest and the fastest approach would be the use of parabolized Naveir-Stokes equations (PNS) everywhere. Note, for regions such as the missile’s blunt nose, near fins, and the base flow, we do not have to use the PNS equations. Therefore, this leads to the use of both TLNS and PNS equations with multi-block solution approaches. The resultes of this new version of our code (MBPTLNS), which is an extension of our original code (MBTLNS) [1], were compared with both computational and experimental benchmark data and showed close agreements.
    Keywords: Structured Multi, block Grid, Base Flow, Supersonic Turbulent Flow, Thin, layer Naveir, Stokes (TLNS) Equatins, Parabolized Naveir, Stokes (PNS) Equations
  • A. Shadaram*, M. Azimi, Fard, N. Rostamy Pages 13-23
    In this work, the characteristics of the near wake of a rectangular cylinder was investigated in a two-dimensional analysis, using hot-wire anemometer. The time-averaged and the fluctuating components of velocity were measured for the cylinder having various width-to-height ratios. The measurements were carried out in a low-speed wind tunnel. The results show that the wake turbulence intensity decreases, as the width-to-height ratio of the cylinder increases. Also, the characteristics of the flow field in different streamwise locations were evaluated. The spectral analysis of the signals was also carried out for two different Reynolds numbers. This showed that the strouhal number remains nearly constant in high Reynolds numbers. The results of our experiments were in close agreements with the most widely accepted results in the literature.
    Keywords: Hot Wire_Flow over a Rectangular Cylinder_Near Wake_Experimental Study
  • M. Jamali, Ashtiani, A. Mohammadpour, M.A. Akhavan, Behabadi* Pages 25-34
    In the present study, experimental investigations on flow boiling heat transfer enhancement (using twisted tape inserts inside an evaporator) and on its simultaneous effect on pressure drop were carried out. The main goal of this research was to obtain the maximum heat transfer enhancement with the least increase in pressure drop. The experimental set-up used was a well instrumented vapor compression refrigeration cycle. This set-up consisted of a test-evaporator as well. In addition, there were a pre-evaporator and an after-evaporator to achieve the required vapor quality. Refrigerant R-134a was electrically heated by the coil around it. The experimental investigation was carried out for a plain tube and for four twisted tapes inserted tubes with different twist ratios of 6, 9, 12, and 15. The results showed that the twisted tapes, in the best condition (twist ratio of 6), enhanced the heat transfer coefficient up to 68%, and in the worst condition (again twist ratio of 6), increased the pressure drop up to 180% above the plain tube values on a nominal area basis. Also, it was observed that among the tapes with different twist ratios, the tape with twist ratio of 12 in low mass velocities and the tape with twist ratio of 9 in high mass velocities, had the best performances.
    Keywords: Pressure Drop, Heat Transfer, Twisted Tape Inserts, Evaporator, Refrigerant R, 134a
  • M. Zahed*, R. Ebrahimi, N. Seraj Mehdizadeh Pages 35-47
    In the present study the generation and the propagation of sound wave in low Mach number flows are numerically studied. Since one of the major problems in aeroengine design is the reduction of noise pollution, the exact prediction of sonic behavior is of special importance. The target of this study is to simulate a leakage, as a free jet. The basis of this study is the hybrid method for which benchmark Reynolds stress turbulence model is applied in solving the flow field and the Lighthill analogy is used for acoustic field analysis. Meanwhile, the continuous filter white noise is applied for solving the instantaneous velocity. Accordingly, the sound pressure level profiles for axial and transverse directions are plotted. Comparison of our results with existing benchmark data is satisfactory.
    Keywords: Aeroacoustic, Sound Field, Lighthill Equation, Sound Pressure Level
  • M. Farzane, Gord* Page 49
    Pre-swirl is often used in the internal cooling-air systems of gas turbines to reduce the temperature of the cooling air relative to the rotating turbine blades. In a "direct-transfer" system, the air passes axially across the wheel-space from stationary pre-swirl nozzles to receiver holes in the rotating turbine disc. This paper investigates the effects of inlet flow conditions and rotational speed on the flow and the heat transfer in such system, using a simplified computational model for three-dimensional steady, incompressible turbulent flow based on an in-house solver developed by the author. The computed results are compared with measurements of tangential velocity and Nusselt number and show that there are significant mixing losses near the inlet nozzles, resulting in a reduced “effective” pre-swirl ratio at inlet. The computed tangential velocity distributions suggest free-vortex-type behaviour for the flow between the pre-swirl nozzle radius and that of the receiver holes. There is mainly good agreements between the computed and the measured velocities, although the measured values are generally lower than the computed ones and follow free-vortex behaviour less closely. There is less agreements between the computed and the measured values of Nusselt number, although the correct trends are obtained for the effects of the main flow parameters.
    Keywords: Gas Turbine, Cooling Systems, Pre, swirl Rotor, Stator System, Direct Transfer Pre, swirl System
  • J. Madad, Nia, H. Koosha, M. Mirzaei* Page 61
    Environmental cross winds usually distord the uniform distributions of both air flow and air resistance at inlet to cooling towers and subsequently cause hot areas due to insufficient local cooling of water by air. Curative devices, such as windbreaks, are developed to enhance the performance of the power station cooling towers. At present experimental investigation, the effects of curative devices on performance of a 1/1000 scaled isothermal model of a 660MW wet cooling tower were quantified, using intake dynamic and total pressure losses. Dimensional simulitudes were used in the isothermal modelling of the wet cooling tower. A dimensionless pressure loss coefficient in the tower was defined, as the performance indicator, which is the ratio of total pressure drop in the heat exchanger region (i.e. combined packing and rain zone) to the dynamic pressure. Over twenty three curative devices were designed, manufactured, and their effects on the pressure loss coefficient were quantified. Pressure drop coefficient with no curative device was selected as the base condition and was compared with the presence of curative devices. Up to 33% improvement was noticed in the pressure loss coefficient. The top three most efficient curative devices were selected and presented here.
    Keywords: Curative Device, Natural Draft Wet Cooling Towers, Windbreak Wall, Pressure Drop Coefficient
  • K. Daneshjou, M. Shahravi* Page 69
    Ricochet of a tungsten long-rod projectile from oblique steel plates was investigated numerically, using two explicit finite element methods. These two methods are lagrange and SPH (smooth particle hydrodynamic). Critical ricochet angles were calculated for various impact velocities and strengths of the target plates in Lagrange and SPH methods. It was predicted that in both methods, the critical ricochet angle increases with decreasing the impact velocities and that higher ricochet angles were expected, if higher strength target materials were employed. The experimental results were compared with those predicted by the simulations and with the existing two-dimensional analytical model. Through investigation of the angles in which projectile only ricochets, both SPH and lagrange methods represent approximately, the same results. However, in the cases that projectile begins to crack in head region out of high impact angles, the SPH method yields better results. One other advantage of the SPH method is that no erosion occurs when using the SPH method. This means better satisfaction of the conservation of mass principle. Therefore, the correlation between the numerical and the available experimental data demonstrates that the SPH approach is a very accurate and effective analysis technique for long rod ricochet phenomena in ricochet of Tungsten rod with RHA target.
    Keywords: Critical Ricochet Angle, Numerical Simulation, Smooth Particle Hydrodynamic, Lagrange Method