فهرست مطالب
فصلنامه مکانیک هوافضا
سال هفتم شماره 4 (پیاپی 26، زمستان 1390)
- مکانیک سیالات و آیرودینامیک
- تاریخ انتشار: 1391/04/25
- تعداد عناوین: 8
-
-
صفحات 1-12روش درون یابی مشتق تعمیم یافته یک روش حل عددی مرتبه بالاست که در آن برخلاف سایر روش های عددی، از مقادیر تابع آزمایشی مورد استفاده بر روی تمامی نقاط نمونه درون دامنه مساله، برای حدس مقادیر مشتق تابع مجهول اصلی استفاده می شود. لذا، این روش نسبت به سایر روش های عددی، نظیر روش های اجزاء محدود و تفاضل محدود، در دستیابی به نتایج سرعت هم گرایی بالاتری را با دقت یکسان دارد. این روش در حل معادلات دیفرانسیل غیرخطی حاکم بر مسائل مختلف نیز توانایی بالایی دارد. در کار حاضر، مشخصه های عملکرد استاتیکی یاتاقان های ژورنال مدور و غیرمدور دولب، تحت شرایط روان کاری با سیال میکروپلار، با استفاده از روش درون یابی مشتق تعمیم یافته، مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر پارامترهای هندسی مختلف، مانند ابعاد یاتاقان و پریلود، بر عملکرد این گروه از یاتاقان ها بررسی می شود. مقایسه نتایج در حالات مختلف برای یاتاقان ژورنال مدور نشان دهنده برقراری تطابق مناسب بین نتایج حاصل ازروش درون یابی مشتق تعمیم یافته و سایر روش های عددی می باشد. همچنین، نتایج حاصل از بررسی یاتاقان های ژورنال غیرمدور دولب بیانگر افزایش قابلیت حمل بار یاتاقان، کاهش ضریب اصطکاک، زاویه وضعی و نشتی روان کار از یاتاقان با جایگزینی روان کار میکروپلار به جای انواع نیوتنی آن می باشد.
کلیدواژگان: روش درون یابی مشتق تعمیم یافته، روان کاری هیدرودینامیکی، روان کار میکروپلار، یاتاقان ژورنال مدور -
صفحات 13-24ناپایداری آیروالاستیک که دربرگیرنده آثار متقابل تداخل سازه- سیال می باشد، یک پدیده مهم در طراحی هواگردها به شمار می رود. مقاله حاضر به بررسی رفتار آیروالاستیک و ناپایداری فلاتر بال هواپیما می پردازد. در این راستا، به منظور شبیه سازی سازه، روش اجزاء محدود با فرض جزء پوسته به همراه آثار غیرخطی ناشی از تغییر شکل های بزرگ هندسی، به کار گرفته شده است. همچنین، برای شبیه سازی جریان، از روش پانل غیردائم استفاده شده است. ویژگی بارز این تحقیق اضافه نمودن توانایی تحلیل رفتار آیروالاستیک در نرم افزار تجاری ANSYS است. بدین منظور، کد محاسبات آیرودینامیکی در محیط نرم افزار MATLAB تهیه شده که قابلیت تبادل اطلاعات بین دو نرم افزار را دارا می باشد. در نهایت، برای بررسی قابلیت کد تهیه شده در تحلیل مسائل آیروالاستیک، بال آگارد 445.6 بررسی شده است. نتایج به دست آمده، در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی، نشان دهنده دقت نسبتا بالای روش حاضر می باشد.
کلیدواژگان: ناپایداری آیروالاستیک، فلاتر، روش اجزاء محدود، روش پانل غیردائم -
صفحات 25-34مخازن مایع در صنعت کاربرد زیادی داشته و تکانش ناگهانی این مخازن باعث ایجاد امواج سطحی و تلاطم مایع در آنها می شود. در این تحقیق، با ساخت یک وسیله آزمایشگاهی، شامل بستر ثابت، پاندول اعمال ضربه، و یک میز متحرک با کورس حرکت کوچک، از طریق اعمال ضربه ناگهانی به یک مخزن شیشه ای حاوی آب که روی میز متحرک نصب شده، فرکانس و نرخ میرایی نوسانات سطح آزاد سیال درون مخزن اندازه گیری شده اند. در ضمن برای یک مدل واقعی، معادلات حاکم بر جریان با سطح آزاد در طی زمان در یک مخزن نیمه پر به هنگام اعمال یک ضربه جانبی به روش کسر حجمی مایع حل شده اند. ضربه وارده به مخزن، از طریق تعریف یک تابع زمانی برای سرعت اولیه در نرم افزار مربوطه به عنوان شرط اولیه اعمال شده است. نتایج نشان می دهند که فرکانس نوسان های امواج سطحی تابع قدرت ضربه نبوده و با افزایش ارتفاع سیال، به سمت مقدار ثابتی افزایش می یابند. پارامتر میرایی نیز، با افزایش ارتفاع مایع به سمت یک مقدار ثابت کاهش می یابد. این دو نشان دهنده موثر نبودن لایه های مایع تحتانی مخزن و سکون نسبی آنها در ارتفاع های بزرگ است.
کلیدواژگان: جریان با سطح آزاد، ضربه، فرکانس نوسانات، روش کسر حجمی سیال -
صفحات 35-50بخار ضمن انبساط سریع در شیپوره های گذر صوتی گاهی شرایط فوق سرد را احراز می نماید. در این حالت، تعادل ترمودینامیکی برقرار نبوده و دمای بخار از دمای اشباع در فشار حاکم کمتر می شود. بخار فوق سرد مستعد جوانه زایی و چگالش است که به صورت آنی و توسط چگالش ناگهانی صورت می گیرد. بدین ترتیب، با تشکیل قطرات و کاهش انرژی گیبز، شرایط تعادلی برقرار و جریان دوفازی حاصل می شود. در این تحقیق، برای حل دوبعدی جریان، معادلات حاکم بر تشکیل فاز مایع شامل معادله جوانه زایی کلاسیک با اصلاح غیرهمدما-کورتنی به همراه معادلات رشد قطره با معادلات ناویر- استوکس ترکیب شده و به روش تایم مارچینگ جیمسون مبتنی بر حجم کنترلی و با استفاده از مدل توربولانسی بالدوین-لوماکس شبیه سازی شده است. جهت بررسی اعتبار روش به کار رفته، توزیع فشار و شعاع قطرات در انتهای شیپوره با نتایج تجربی موجود مقایسه شده اند. با احراز اعتبار روش اتخاذ شده در این تحقیق، پاشش قطرات آب به داخل جریان بخار در گلوگاه شیپوره به منظور کنترل شدت و موقعیت چگالش ناگهانی به صورت تئوری مورد بررسی قرار گرفته که در نتیجه، کاهش شدت چگالش ناگهانی (شوک چگالش) را به بار آورده است. از آنجا که شوک مذکور عامل تلفات آیرودینامیکی و ترمودینامیکی می باشد، این ایده می تواند در بهبود عملکرد نازلهای بخار موثر واقع شود.
کلیدواژگان: بخار فوق سرد، چگالش ناگهانی، شیپوره همگرا و واگرا، مدل بالدوین لوماکس، پاشش قطرات -
صفحات 51-64در این مقاله، مدلی برای شبیه سازی جریان دوبعدی حول مانع مربعی واقع در یک کانال ارائه شده است. تاکنون عمده تحقیقات انجام شده در این خصوص بر جریانهای خارجی حول سیلندر دایروی متمرکز بوده و در زمینه جریان حول مانع مربعی و شناخت تاثیرات دیواره های کانال بر میدان جریان، مطالعات تجربی و عددی کافی صورت نگرفته است. نتایج اندک و پراکنده موجود لزوم مطالعه این نوع از جریان را نشان می دهد. در این تحقیق، بجای حل معادلات غیرخطی ناویر استوکس، از روش شبکه بولتزمن استفاده شده است. این روش با روش های مبتنی بر مکانیک محیط های پیوسته دارای تفاوت های اساسی است. در این روش با استفاده از گسسته سازی معادله دیفرانسیلی بولتزمن و ارائه یک تعریف مجازی از ذرات سیال با جهات حرکت مشخص، نهایتا الگوریتمی به دست می آید که مقادیر ماکروسکوپی جریان سیال را در تمام میدان جریان پیش بینی می نماید. نتایج شبیه سازی این مقاله شامل ارائه الگوهای مختلف جریان دو بعدی حول مانع مربعی، ارائه معادله ای برای تخمین طول ناحیه گردابه های ساکن، تعیین عدد رینولدز بحرانی(مربوط به آغاز پدیده رهایی متناوب گردابه ها)، تخمین فرکانس پدیده رهایی متناوب گردابه ها (عدد استروهال) و محاسبه ضریب پسا برحسب عدد رینولدز می باشد. بر اساس این نتایج، در الگوی جریان دائم با گردابه های متقارن و ساکن در پشت سیلندر، با افزایش عدد رینولدز طول ناحیه گردابه ای به طور خطی افزایش می یابد. همچنین، در الگوی جریان غیردائم، نفوذ ناحیه جدایی از پشت سیلندر به سمت لبه جلویی تاثیرات قابل توجهی بر روند تغییرات عدد استروهال و ضریب پسا دارد.
کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، رهایی متناوب گردابه ها، عدد استروهال، عدد رینولدز -
روشی نوین در طراحی معکوس مبتنی بر گلوله- اسپاین برای مجاری متقارن محوری با کاربرد در توربین های گازیصفحات 65-76در این تحقیق یک روش جدید برای طراحی معکوس مجاری تقارن محوری ارائه شده است. این روش که جزء روش های تکراری است، با یک حدس اولیه برای هندسه مجرا شروع شده و تا رسیدن به هندسه مطلوب، پس از هر مرحله حل عددی جریان، یک اصلاح شکل برای رسیدن به توزیع فشار مطلوب صورت می گیرد. تغییر شکل مجرا توسط یک الگوریتم جدید بنام گلوله-اسپاین انجام می شود که در این تحقیق معرفی و توسعه داده می شود. در این الگوریتم، دیواره مجرا با گلوله های فرضی جایگزین می شود که به صورت آزادانه می توانند در راستاهای مشخصی به نام اسپاین حرکت کنند. در هر مرحله تغییر شکل مجرا، معادلات اویلر روی صفحه تقارن محوری مجرا حل می شود. نرخ همگرائی بالا و امکان ترکیب آسان و سریع این الگوریتم با هر کد تحلیل جریان را می توان از مزایای اصلی این روش بیان کرد. با اصلاح توزیع فشار روی دیواره های داخلی و خارجی یک نازل حلقوی، به عنوان یک مورد عملی، از این روش برای اصلاح شکل هندسی آن استفاده می شود. با استفاده از این روش در نازل توربین گاز یک موتور جت، ضریب پیشرانش حدود 2 درصد و نیروی پیشرانش حدود 7 درصد بهبود یافته است.
کلیدواژگان: طراحی معکوس، جریان داخلی، گلوله، اسپاین، معادلات اویلر تقارن محوری، نازل حلقوی -
صفحات 77-86در سال های اخیر، تلاش های چشمگیری روی تولید سطوحی که موجب کاهش میزان پسای اصطکاکی حاصل از سیال عبوری از روی سطوح می شوند، انجام گرفته است. در تحقیق حاضر، تحلیل اثرات سطوح هیدروفوبیک بر جریان مجاور یک سطح به صورت اصلاح شرایط مرزی دیواره و کاهش پسای اصطکاکی و تغییر ساختار آشفتگی جریان مورد توجه می باشد. سرعت های لغزش، تنش های برشی دیواره و تنش های رینولدز برای طول های لغزش مختلف از سطوح هیدروفوبیک در عدد رینولدز اصطکاکی که معادل عدد رینولدز 300،3 بر اساس جریان واقعی می باشد، بررسی شده است. برای طول لغزش های بزرگتر از متر، سرعت لغزش متوسط بیش از 18% سرعت متوسط بوده و تنش برشی دیواره بیش از 60 % کاهش یافته است. شبیه سازی گردابه های بزرگ برای بررسی کارآیی کاهش پسای سطوح هیدروفوبیک در یک کانال با جریان آشفته استفاده شده است. نتایج شبیه سازی عددی نشان می دهد که با اعمال شرط مرزی لغزش در جهت جریان، پسای اصطکاکی کاهش یافته و شدت های آشفتگی،ساختارهای آشفتگی و به ویژه گردابه های نزدیک دیواره درجهت جریان به صورت قابل توجهی ضعیف می شوند. همچنین، نتایج نشان می دهند که طول لغزش باید از یک مقدار معینی بیشتر باشد تا فقط اثر محسوسی بر آشفتگی داشته باشد.
کلیدواژگان: سطح هیدروفوبیک، شرط مرزی لغزش، کاهش پسا اصطکاکی، شبیه سازی گردابه های بزرگ -
صفحات 87-96ابرکاواک زمانی رخ می دهد که یک رونده زیرسطحی توسط یک حفره بزرگ و پیوسته احاطه شود. با توجه به کاهش پسای چشمگیر رونده های زیرسطحی که در طرز ابرکاواک حرکت می نمایند (نسبت به رونده هایی که در طرز کاملا مرطوب حرکت می کنند)، بررسی جریان های ابرکاواک همواره از زمینه های مورد علاقه محققان بوده است. در این تحقیق، ابتدا شبیه سازی عددی جریان ابرکاواک طبیعی و مصنوعی به صورت متقارن محوری اطراف یک رونده زیرسطحی انجام شده است. ابعاد حفره ایجاد شده در هر دو حالت به دست آمده و با یکدیگر مقایسه شده اند. در مرحله بعدی، جریان ابرکاواک ناشی از تزریق گاز به صورت سه بعدی طراحی شده است. روابط میان شکل حفره، عدد کاویتاسیون و نرخ تزریق برای کاواک زا های با اندازه های مختلف به دست آمده است. در پایان، جریان ابرکاواک فقط در حالت طبیعی و بدون تزریق گاز برای بررسی اثر زاویه نصب روی شکل سوپرحفره شبیه سازی شده است. در تحقیق حاضر، از روش مخلوط چند فازی استفاده شده و معادله رایلی- پلست جهت انتقال جرم در یک ساختار چندفازی به کار گرفته شده است. نتایج نشان دهنده ابعاد معادل برای حفره های ناشی از ابرکاواک طبیعی و ناشی از تزریق گاز است.
کلیدواژگان: ابرکاواک، جریان چندفازی، عبارت چشمه، رونده زیرسطحی، زاویه نصب
-
Pages 1-12This paper presents the application of generalized differential quadrature (GDQ) method for analysis of circular and non-circular (two-lobe) journal bearings, lubricated with micro polar fluid. Generalized differential quadrature is a simple, efficient, and high-order numerical technique, which uses the information on all sample grid points to approach the derivatives of the unknown function. The effectiveness of the solution technique is verified by comparing the GDQ computed results with previous results of circular journal bearing. It is seen from the results that GDQ method can easily compete with existing methods of solution of lubrication problems for its analytical simplicity, less computer storage requirements, and capability of producing accurate results with a very high computational efficiency. Also, GDQ results for two-lobe journal bearing, lubricated with micro polar fluids, show an increase in load carrying capacity and decrease in the coefficient of friction, attitude angle, and side leakage for bearing in comparison with the same bearing lubricated with Newtonian fluid.Keywords: GDQ Method, Hydrodynamical Lubrication, Micropolar Lubricator, Circular Journal Bearing
-
Pages 13-24Aeroelastic instability due to fluid-structure interaction is an important phenomenon in aircraft design. In this paper,aeroelastic behavior and flutter instability of an aircraft wing is investigated. For structural simulation, finite element method, using shell element with non-linear effects, based on large deflection, is applied. For aerodynamic modeling,unsteady panel method is employed. The main goal of this study is to add the aeroelastic analysis ability to ANSYS commercial software by developing a computational aerodynamic MATLAB code. Finally, to illustrate the capability of the developed code in handling aeroelastic problems, aeroelastic response of an AGARD 445.6 wing is studied. The results show relatively good agreements with the available experimental data.Keywords: Aeroelastic Instability, Flutter, Finite Element Method, Unsteady Panel Method
-
Pages 25-34Liquid tanks are frequently used in industrial applications. The liquid free surfaces oscillate when they are subjected to impulses. An experiment was set up to measure the frequency and damping rate of the free surface oscillations caused by different impulses. In addition, a full scale study was numerically performed, using volume of fluid (VOF) method to investigate the details of the flow field. The impulses were applied via initial velocity boundary condition.The results show that the frequency of the free surface oscillations do not depend on the impulse value and is increased up to a certain value for higher liquid heights. Contrary to the oscillation frequency, the damping rate is decreased up to a certain value as the liquid height was increased. Both these results showed that, there was a stagnant sub-region which could not affect the surface oscillation.Keywords: Free Surface Flow, Impulse, Oscillation Frequency, VOF Method
-
Pages 35-50During expansion in a Laval nozzle, the steam at first supercools and then reverts to equilibrium through spontaneous condensation to become a two-phase mixture. This paper describes a numerical method for the solution of two-dimensional, two-phase flow of steam in a Laval nozzle. The unsteady Navier-Stokes equations, including the Baldwin-Lomax turbulence model are combined with non-isothermal-Courtney's correction and droplet growth equations; then treated by Jameson's time marching scheme. In this study, pressure distribution and droplet size are predicted and compared with available empirical results. For further validations, spraying water droplets at the throat of nozzle is considered theoretically to control the spontaneous condensation intensity and its location. Since condensation shock is the origin of aerodynamic and thermodynamic losses, the idea can lead to improved design.Keywords: Supercool, Spontaneous Condensation, Laval Nozzle, Baldwin Lomax Model, Spray of Droplets
-
Pages 51-64In this paper, a model for simulation of 2-D flow around a square obstacle inside a channel has been obtained. Most researches have concentrated on the external flow around circular cylinders, while there are few researches for flow around square obstacle considering channel wall effects. In this work, the Lattice-Boltzmann method is applied,instead of solving non-linear Navier-Stokes equations. This method has conceptual differences and in which an algorithm is obtained, using discretization of the Boltzmann differential equation and virtual definition of fluid particles. This algorithm can be used to compute the flow macroscopic flow quantities. Simulations include different 2-D flow patterns around a squared section obstacle, presentation of an equation estimating recirculation length,evaluation of critical Reynolds number (related to vortex shedding phenomena), estimation of vortex shedding frequency, and computation of drag coefficient as a function of Reynolds number.Keywords: Lattice, Boltzmann Method, Vortex Shedding, Strouhal Number, Reynolds Number
-
Pages 65-76In this study, a novel inverse design method is introduced for axisymmetric ducts in subsonic regimes. This method is an indirect one and starts with an initial guess. In this algorithm, the duct walls are simulated by hypothetical balls moving freely in specified directions, called spines. The advantages of this shape modification algorithm are high convergence rate and performing as a black box. Thus, the algorithm can easily be combined with any efficient flow solver. Based on this algorithm, the final nozzle propulsive force is increased about 7%.Keywords: Inverse Design, Internal Flow, Ball, Spine, Axisymmetric Euler Equations, Annular Nozzle
-
Pages 77-86In recent years, extensive efforts have been made on the design and fabrication of surfaces having the ability to reduce viscous drag. In this article, the effect of hydrophobic surfaces on viscous drag has been investigated using large eddy simulation of a turbulent channel flow. Hydrophobic surfaces are known by their ability to trap an air layer and by the existence of slip boundary conditions on them. Using slip boundary condition, the viscous drag is reduced and the turbulence intensities and the near-wall eddies are weakened considerably. In this paper, the slip velocities and the shear stresses at the wall for different slip lengths of hydrophobic surfaces, at the viscous Reynolds number of Re ≅ 180, τ have been investigated. For slip lengths greater that 10-5 m, an average slip velocity of more than 18% of the average velocity has been obtained and the wall shear stress has been reduced by more than 60%.The results show that, the slip length to have a tangible effect on turbulence should be greater than a certain amount.Keywords: Hydrophobic Surfaces, Slip Boundary Condition, Viscous Drag Reducing, Large Eddy Simulation
-
Pages 87-96Supercavitation occurs when a submerged and moving body is enveloped by a large and continuous cavity. Research on the characteristics of supercavitation have received great attention due to its substantial effect on drag reduction,as compared to the same fully wetted underwater body. In this study, numerical simulation of ventilated and natural supercavitation in an axisymmetric vehicle with cavitator is performed. In addition, simulation was performed for three-dimensional cases with various cavitator sizes. Also, the relations among cavity shape, ventilated cavitation number, and ventilation rate, for different cavitator sizes, were analyzed. Furthermore, the numerical simulation was performed on an underwater vehicle with disk cavitator at nose at various installation angles. The effect of installation angle on the supercavity formation was also studied. The multiphase mixture method was used and the Rayleigh-Plesset equation was implemented for inter-phase mass transfer. The numerical results were compared with experimental data and show equivalent natural and artifitial cavity sizes.Keywords: Supercavitation, Multiphase Flow, Source Term, Underwater Vehicle, Installation Angle
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.