فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال چهارم شماره 2 (پیاپی 12، تابستان 1387)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال چهارم شماره 2 (پیاپی 12، تابستان 1387)

  • تاریخ انتشار: 1387/05/11
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمدرضا نظری*، علی اکبر عالم رجبی صفحه 1
    در این پژوهش، جریان سه بعدی همراه با انتقال حرارت در ناحیه ورودی یک لوله با الحاق قطعاتی در وسط لوله که توسط میله نازکی به هم وصل شده اند، در اعداد رینولدز مختلف (450-1800) و عدد پرانتل 72/0 به صورت عددی بررسی شده است. در این مقاله، اطلاعاتی درباره شکل جریان و محاسبه انتقال حرارت و افت فشار برای رینولدزهای مختلف ارائه می شود. اثر تعداد قطعات و فاصله آنها از هم و همچنین ضخامت قطعه بررسی شده است. از روش حجم محدود برای انتقال معادلات حاکم به روابط جبری و از روش سیمپل سی برای تصحیح فشار استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از ملحقاتی با ضخامت کم، اثر بهتری در نسبت افزایش کلی داشته و نیز در جریان آرام شکل ملحقه تاثیر مستقیمی در افزایش راندمان حرارتی دارد. ملحقاتی با مقاطع مربع شکل که دارای گوشه هستند، باعث تولید گردابه های طولی و در نتیجه افزایش میزان انتقال حرارت می شوند.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، افت فشار، روش عددی، ملحقاتی در لوله
  • جعفر غفوری، محمد مهدی دوستدار*، وهاب پیروز پناه صفحه 15
    در این پژوهش، شبیه سازی عددی جریان توام با اسپری و احتراق در موتور دیزل پاشش مستقیم روی شبکه متحرک با سازمان انجام شده است. همه پدیده های موثر در عملکرد موتور، از قبیل پاشش، تبخیر، شکست و برخورد قطرات، برخورد قطرات به دیواره، انتقال حرارت به دیواره، احتراق و... در نظر گرفته شده اند. پروسه احتراق به صورت سینتیک شیمیایی بوده و اثار آشفتگی بر اختلاط سوخت و هوا و نرخ واکنش شیمیایی ملحوظ شده است. مدلسازی عددی بر پایه استفاده از کد KIVA-3V که برخی تغییرات درکد اعمال شده، می باشد. هدف اصلی این تحقیق ارائه مدل عددی موتور، پیشگویی پارامترهای عملکردی و آلودگی، نرخ آزاد سازی انرژی و بررسی تاثیر میزان بار ورودی بر عملکرد و آلودگی می باشد. برای رسیدن به این اهداف موتور دیزلی پاشش مستقیم OM355 با توربوشارژ در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج این شبیه سازی با نتایج تجربی حاکی از تطابق رضایت بخش است.
    کلیدواژگان: موتوردیزل، پاشش مستقیم، شبیه سازی عددی، بارهای کامل و جزئی
  • مصطفی خسروی الحسینی، مهدی معرفت*، کیومرث مظاهری صفحه 29
    در این پژوهش، انتقال حرارت جانبی از دیواره های مشعل متخلخل استوانه ای (تقارن محوری) و تاثیر آن بر رفتار حرارتی مشعل مورد تحلیل عددی قرار گرفته است. برای این منظور، معادلات حاکم در مختصات استوانه ای در جهت های طولی و شعاعی برای گاز پیش مخلوط متان و هوا در شرایط مختلف حل شده اند. برای آن که بیشترین تاثیر اتلاف حرارت مورد بررسی قرار گیرد، از نسبت اختلاط استوکیومتریک که بیشترین دمای شعله را ایجاد می کنند و بیشترین اتلاف حرارت موجود را دارد، استفاده شده است. برای مقایسه نتایج عددی و تجربی، یک نمونه مخلوط رقیق مورد استفاده گرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده، فرض آدیاباتیک بودن دیواره ها و در نتیجه حل یک بعدی معادلات صحیح نیست. زیرا، در حالت آدیاباتیک چنانچه مشعل به صورت یک بعدی شبیه سازی شود، گرادیان دمای جامد در نزدیکی دیواره مثبت به دست می آید که خلاف نتایج تجربی است. دلیل این رفتار را می توان تاثیرپذیری بیشتر نواحی مرکزی مشعل از انتقال حرارت تشعشعی مرز خروجی به اطراف مشعل دانست. وجود اتلاف حرارت به دست آمده از مدل سازی عایق به کار رفته در آزمایش های تجربی مشخص نمود که حدود 6% انرژی ورودی گاز توسط دیواره های جانبی تلف می شود. این اتلاف حرارت باعث کاهش کلی دما، به خصوص در نزدیکی دیواره، شده و حتی بیشینه دمای شعله را در خط تقارن محوری تحت تاثیر قرار می دهد. کاهش حداکثر دمای شعله بر نتایج عددی نرخ تولید مونوکسید نیتروژن نیز اثر گذاشته و آن را به سمت مقادیر تجربی نزدیک تر می کند.
    کلیدواژگان: مشعل متخلخل، اتلاف حرارت جانبی، احتراق، آلاینده های هوا
  • حسین احمدی کیا *، هادی الیاسی صفحه 45
    در این پژوهش، جریان فراصوتی آرام و آشفته غیردائم پرتابه خروجی از یک لوله به صورت عددی شبیه سازی شده است. معادلات جریان لزج تقارن محوری و تراکم پذیر به روش تقسیم شار ون-لیر با دقت مرتبه دوم مکانی و زمانی با مرز متحرک به صورت عددی حل شده است. هنگامی که پرتابه از لوله خارج می شود، جریان پیچیده ای در جلو و پشت آن ایجاد می شود. این جریان شامل انواع امواج انبساطی و ضربه ای هستند. اندرکنش های پیچیده این امواج تحلیل جریان را دشوار می سازد. شبیه سازی عددی توانسته جبهه موج فشاری و موج ضربه ای خمیده جلوی جسم، موج بارل، دیسک ماخ، جریان چرخشی و لایه برشی را به خوبی پیش بینی کند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که تفاوت چندانی بین آرایش جریان های آرام و آشفته وجود ندارد. اما نیروهای آیرودینامیکی وارده به پرتابه با هم متفاوت هستند. به دلیل اندرکنش های مختلف امواج ضربه ای و انبساطی، تغییرات شتاب و نیروهای آیرودینامیکی در لحظه خروج پرتابه بسیار زیاد بوده موجب ارتعاش پرتابه می شود که می تواند مسیر آن را تغییر دهد. این شتاب در لحظه شروع خروج پرتابه از لوله بیشترین مقدار خود را دارد، اما به محض خروج کامل پرتابه از لوله، نیروی مقاوم افزایش و شتاب کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: پرتابه، جریان فراصوتی، آشفتگی، مرز متحرک، شبکه چند بلوکی
  • محمود پسندیده فرد*، ایمان رشیدی طرقی، محمد تولمی صفحه 57
    در این پژوهش، جریان پتانسیل، همراه با کاویتاسیون گسترده و جزئی، با استفاده از روش روش المان مرزی بررسی شده است. برای این منظور، توزیع گردابه در مرز جریان مورد استفاده قرار گرفته است. روی سطح خیس شده هیدروفویل- کاویتی شرط نفوذ ناپذیری و روی سطح خیس شده کاویتی شرط سرعت مماسی ثابت و در لبه انتهایی هیدروفویل برای کاویتاسیون جزئی شرط کوتا و برای کاویتاسیون گسترده، شرط پیوستگی سرعت مماسی اعمال شده است. در این روش، طول کاویتی معلوم فرض شده و یک شکل اولیه فرضی برای کاویتی در نظر گرفته شده است. نتایج حل عددی جریان کاویتاسیون جزئی حول هیدروفویل NACA0009 و کاویتاسیون گسترده حول هیدروفویل صفحه تخت و گوه با نتایج تجربی مقایسه شده است. در کاویتاسیون جزئی، نتایج بیانگر صحت این روش عددی تا طول کاویتی کمتر از حدود 75/0 وتر است که برای تطابق بهتر با نتایج تجربی از روش جدیدی استفاده شده است. در این روش که تاثیر یک گردابه مستقل در خلاف جهت عقربه ساعت که در کاویتاسیون جزئی و در پایین دست جریان شکل می گیرد، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، تاثیر تغییر نقطه شروع کاویتی بررسی شده که نشان می دهد اثر زیادی بر نمودار نسبت ضخامت به طول کاویتی ندارد.
    کلیدواژگان: کاویتاسیون گسترده دوبعدی، کاویتاسیون جزئی دوبعدی، جریان پتانسیل، روش المان مرزی، گردابه
  • بهنام معتکف ایمانی، محمدحسین صادقی، محمد کاظمی نصرآبادی * صفحه 71
    در این مقاله، با استفاده از مدل نیروی دینامیکی کارآمد، نیروهای فرزکاری با بار جانبی کم ارائه می شوند. شبیه سازی هندسی فرآیند فرزکاری با استفاده از تکنیک های مدل سازی صلب B-Rep صورت می گیرد. روش های دامنه فرکانسی و آنالیز المان محدود زمانی (TFEA) برای پیش بینی دالان های پایداری استفاده شده است. روش دامنه فرکانسی سریع ترین روشی است که به جز برای موارد فرزکاری با بار جانبی کم، دقیق نیز می باشد. روش TFEA یک حل تقریبی با تقسیم نمودن زمان درگیری و برش به تعداد محدودی المان زمانی ارائه می نماید. حل تقریبی با حل کامل برای ارتعاشات آزاد مطابقت داده می شود تا دیاگرام خطی مجزا به دست آید. شبیه سازی جامع حوزه زمان به منظور تایید دالان های پایداری به دست آمده از روش های حوزه فرکانسی و TFEA به کار می رود.
    کلیدواژگان: محدوده پایداری، فرزکاری با بار جانبی کم، ACIS
  • نوروز محمد نوری، علی سررشته داری * صفحه 81
    مطالعات تجربی کاهش تنش برشی به کمک تزریق میکروحباب در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، حباب های تولید شده توسط دستگاه مولد میکروحباب وارد جریان گذرنده از کنار توپی چرخان می شود که تنها توسط مولفه برشی جریان عبوری به حرکت در می آید و سرعت چرخشی آن که تابعی از ویژگی های جریان، از جمله سرعت مماسی است، نشان دهنده میزان تنش برشی اعمال شده از طرف سیال به جسم است. آزمایش های مختلف نشان می دهد که سرعت چرخشی ای که متناسب با اصطکاک پوسته ای است، با سرعت جریان، در محدوده آزمایش های انجام شده در این تحقیق، رابطه مستقیم دارد. کاهش قابل توجهی در سرعت چرخشی در اثر تزریق میکروب ها در تمامی محدوده های عدد رینولدز آزمایش شده ملاحظه می شود. نتایج به دست آمده کاهش سرعت چرخشی تا 90 درصد را با استفاده از این روش نشان می دهد و مقدار کم کسر حجمی گاز در آزمایش ها امکان پذیری کاربرد عملی از این شیوه را تایید می کند.
    کلیدواژگان: کاهش اصطکاک پوسته ای، میکروحباب، کاهش درگ
|
  • M.R. Nazari*, A.A. Alemrajabi Page 1
    In this work, Heat transfer and pressure drop for a three-dimensional flow in the enterance region of a pipe, which is equipped with one or more inserts, is numerically investigated. The inserts were inter-connected by a thin rod and were kept in the center of the pipe. The Reynolds number for the flow ranged between 450 to 1800 and the Prandtl number was 0.72. The number of inserts, the distance between them, and their axial length were the variables whose effects on the heat transfer and on the pressure drop were investigated. Finite volume method was employed to transfer the govening equations into algebraic ones. To evalutae simultaneous effects of the inserts on heat transfer and on pressure drop, an overall enhanncement ratio (OER) was introduced and applied. The results show that in many cases, thinner insserts lead to a better OER’s. Also, in lamiar flows, the shape of the inserts affects ORE. On the other hand, inserts with an square shape lead to logitudinal vortices, which increase ORE.
    Keywords: Heat Transfer, Pressure Drop, Numerical Method, Tube Inserts
  • J. Ghafouri, M. M. Doustdar*, V. Pirouzpanah Page 15
    Mech. Eng. Group Mech. Eng. Group Mech. Eng. Dep’t.Science & Research BranchIslamic Azad Univ. Imam Hossain Univ. Tabriz Univ.ABSTRACTIn this work, numerical simulation of flow with spray and combustion has been performed in a direct injection diesel engine. The grid was structured and all phenomena that affect the operation of a diesel engine, such as injection, evaporation, droplet collision, droplet impinging on walls, heat transfer to walls, combustion, ete were taken into account. The kinetic of combustion and the effects of turbulence on fuel-air mixture and on rate of reaction were considered. The KIVA-3V code (with some changes) was used for the computations. The prediction of performance factors, pollution and energy release rate, as well as the investigation of input load effects on performance and pollution were the main purpose of this work. The geometry and operation data of OM355 engine were introduced as input data and the results of simulation and experiment were compared, which were relatively close.
    Keywords: Diesel Engine, Direct Injection, Numerical Simulation, Full, Partia Loads
  • M. Maerefat*, K. Mazaheri, M. Khosravi Al Hosseini Page 29
    In this work, numerical modelling of porous radiant burners (PRB) with sidewall heat loss has been studied. A cylindrical (axisymmetric) burner is used in a methane–air premixed combustion. The stoichiometric mixture of reactant has been selected to maximize the effects of sidewall heat transfer. Also, a lean mixture of reactant has been added. It has been observed that the one-dimensional modelling of PRB is not valid due to the sidewall heat transfer. The present study indicates that the lateral heat loss, which is found to be 6% of the supplied fuel energy, results in highly two-dimensional behavior. The temperature of the two-dimensional flame is generally lower than the one-dimensional one. This temperature reduction is observed to be more significant at the sidewall than at the centre line, where the maximum flame temperature is experienced. Due to a lower temperature, less NOx is formed with respect to the one-dimensional modelling. The new results are much closer to the experimental data than that in previous works.
    Keywords: Porous Radiant Burner, Sidewall Heat Loss, Combustion, Air Pollutants
  • H.Ahmadikia*, H.Elyasi Page 45
    Unsteady laminar and turbulent supersonic flow of discharged projectile from tube has been numerically simulated. The equations of axisymmetric viscous and compressible flow has been numerically solved by van leer flux vector splitting method, with time and space second order accuracy by using moving boundary. When projectile is discharged from tube the complicated flow in front and back of projectile is created. This flow includes types of expansion and shock waves. Complicated intractions between these waves make analysis of this flow difficult. The numerically simulation could predict expansion wave, bow shock wave in front of projectile, barrel shock wave, mach disk, vortex ring, shear layer well. Results show that, there isn’t difference between both laminar and turbulent flow arrangment, but the aerodynamic forces in both of them (laminar and turbulence) is different. The variation of acceleration and aerodynamic forces, when projectile is discharging from tube, due to more intractions between expansion and shock waves, was very much and caused the vibration of projectile and if it is lightweight, this vibration will change its path. While projectile starts to discharge from tube, the acceleration will be maximum but when the entire of projectile discharges from tube, the resistant force is increased and the acceleration is decreased.
    Keywords: Projectile, Supersonic flow, Turbulent, Moving boundary, Multi block
  • M. Pasandideh Fard*, I. Rashidi, Toroghi, M. Tolami Page 57
    In this work, potential flow with supercavitation and partial cavitation has been studied, using boundary element method. For this purpose, vortex distribution is used in the boundary of the flow. The impermeable condition is used on the wetted surface of the hydrofoil-cavity (zero vertical velocity), while constant tangential velocity condition is used on the wetted surface of the cavity; the Kutta condition is also used at the trailing edge of the hydrofoil for partial cavitation and the continuity of tangential velocity condition is used for supercavitation. In this method, the length of the cavity is assumed to be known and an initial guess for the cavity shape is considered. The results of the numerical solution of partial cavitation flow around NACA0009 hydrofoil and supercavitation from over a flat surface and a wedge are compared with the experimental results. The results in partial cavitation show the accuracy of this numerical method for cavity length of less than 75% of the cord. Thus, for better accordance with the experimental results, a new method is used in which this method, the effect of a counter clockwise independent vortex, which is formed downstream of the flow in partial cavitation, has been studied. Furthermore, the effect of changing the cavity starting point has been studied, which shows that it does not have great influence on the ratio of thickness to length of the cavity.
    Keywords: 2, D Supercavitation, 2, D Partial Cavitation, Potential Flow, Boundary Integral Method, Vortex
  • B. Moetakef Imani, M.H. Sadeghi, M. Kazemi Nasrabadi* Page 71
    This paper presents cutting force prediction algorithm for low immersion end-milling, using an efficient dynamic force modeler. The geometric simulation of milling process was performed, using the B-Rep solid modeling techniques. For predicting stability lobes, two methods were used for prediction of stability lobes: the frequency domain technique and the time finite element analysis (TFEA). The frequency domain technique is faster and except for low immersion milling, is accurate. The TFEA method forms an approximate solution by dividing the cutting time into a finite number of elements. This approximated solution is then matched with the exact one for free vibration to obtain a discrete linear map. The comprehensive time domain simulation is used, in order to verify stability lobes diagram obtained by frequency domain technique and TFEA method.
    Keywords: Stability Limit, Low Immersion Milling, ACIS
  • N.M. Nouri, A. Sarreshtehdari* Page 81
    In the work, modification of wall shear stress due to air bubble injection on a rotary apparatus was experimentally investigated. In this device, water flow field causes a rotary motion of hub by shear forces. Injected air bubbles cross the near wall region of the hub surface and affect its rotary behavior (in constant water flow rates). Void fraction increase leads to decrease of rotational velocity provided by the flow shear stresses. In high-void fractions, the hub motion stops completely. The amount of skin friction reduction was estimated by measurement of hub rotational velocity. Rotational velocity decrease, due to bubble injection leads to the reduction of wall shear stress in all range of water flow rates. More than 90 percent of rotational velocity reduction was achieved in maximum void fraction. This result expresses the significant reduction of shear stress on the rotary hub. The considerable amount of skin friction reduction obtained in this special test case indicates the effectiveness of gas bubbles injection on skin friction reduction in some rotary parts for special applications.
    Keywords: Skin Friction Reduction, Microbubble, Drag Reduction