فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال هشتم شماره 2 (پیاپی 28، تابستان 1391)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال هشتم شماره 2 (پیاپی 28، تابستان 1391)

  • انتقال حرارت و پی شرانش
  • تاریخ انتشار: 1391/08/08
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمد مهدی دوستدار صفحه 1
    دستگاه های انفجاری هوا- سوخت برای پاشش سیال عامل به محیط باز اتمسفر و ایجاد امواج دتونیشن در ابر حاصل از آن مورد استفاده قرار می گیرند. برای مطالعه ی عددی میدان جریان در داخل این ابر، نیاز به دانستن شرایط اولیه پاشش از جمله اندازه ی اولیه ی قطرات وجود دارد. در این مقاله شکست اولیه ی سیال در پاشش از دستگاه های هوا- سوخت به کمک مدل شکست فیلم مایع مدل سازی شده و بر این مبنا، یک کد رایانه ای برای انجام محاسبات نوشته و تهیه گردید. سپس نتایج تحلیل عددی شکست اولیه با نتایج تجربی اعتباردهی شده و مقادیر تخمینی از اندازه ی قطرات به یک برنامه ی مدل سازی انتشار ابر دو فازی داده شد و نتایج حاصله با مقادیر تجربی مقایسه گردید. از تلفیق نتایج مطالعه ی عددی و آزمایش های تجربی، پیشنهاداتی برای تخمین اندازه ی اولیه قطرات در پاشش انفجاری حاصل از دستگاه های هوا سوخت ارائه شده است. در حالت کلی نتایج نشان می دهند که اندازه ی متوسط قطرات، از مرتبه سانتی متر است.
    کلیدواژگان: شکست اولیه، مدل ناپایداری فیلم، حل عددی، دستگاه هوا سوخت
  • کامران مبینی، عبدالله مهرپناهی، سید مصطفی حسینعلی پور صفحه 13
    یکی از روش های معمول جهت ارتقاء خصوصیات فنی و اقتصادی نیروگاه های بخار، اعمال روش های بازتوانی بر روی آن ها است. روش-های بازتوانی به دو دسته روش های جزئی و کلی تقسیم بندی می شوند. یکی از روش های جدید بازتوانی جزئی، روش گرمایش آب تغذیه موازی است. در این مقاله، با توجه به خصوصیات ممتاز این روش برای نیروگاه های نسبتا جدید، به بررسی اعمال آن با روشی پیمایشی بر روی نیروگاه شهید رجایی جهت تبدیل آن به یک سیکل تولید هم زمان پرداخته شده است. با در نظر گرفتن شرایط کلی سیکل، با طرح چند سناریوی مشخص در اعمال بهترین حالات موجود، به جایگزینی گرمکن های آب تغذیه موجود با گرمکن های کوچک تر اقدام شده است. گرمایش بخش دیگر جریان آب تغذیه به موازات گرمکن های آب تغذیه و به وسیله دو مبدل حرارتی انجام می شود. توابع راندمان اگزرژی و قیمت تمام شده هر کیلووات ساعت برق تولیدی به عنوان توابع هدف معرفی می شوند. سناریوی برتر با توانایی عمل کرد در بار نامی و بار جزئی طرح بازتوانی به روش گرمایش آب تغذیه موازی است که در آن، افزایش 4/3 درصدی راندمان اگزرژی و افزایش 27 درصدی توان تولیدی واحد بخار مورد بررسی حاصل شده است.
    کلیدواژگان: بازتوانی، روش گرمایش آب تغدیه موازی، تولید هم زمان، توربین گاز
  • محمدحسن کیهانی، محمود نوروزی، امین امیری دلویی صفحه 31
    در مطالعه حاضر، یک حل تحلیلی دقیق برای انتقال حرارت پایدار دوبعدی در لمینیت های کامپوزیتی استوانه ای ساخته شده از گرافیت اپوکسی ارائه گردیده است. این لمینیت ها استوانه ای بوده ودر هر لایه الیاف به دور استوانه پیچیده شده اند. ابتدا تبدیل فوریه مناسب با استفاده از تئوری اشترم – لیوویل ساخته شده است. ضرائب سری به وسیله حل دستگاه معادلات مرتبط با شرایط مرزی داخل و بیرون استوانه و همچنین پیوستگی دما و شار حرارت در مرز بین لایه ها به دست آمده است، برای حل دستگاه معادلات حاصل از الگوریتم توماس استفاده شده است. در این مقاله، اثر تغییر زاویه الیاف روی توزیع درجه حرارت تحت شرایط مرزی کلی مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده است که توزیع درجه حرارت برای هر لایه کامپوزیتی با زاویه الیاف دلخواه بین توزیع درجه حرارت برای زوایای و قرار دارد.
    کلیدواژگان: حل دقیق، لمینیت کامپوزیتی، انتقال حرارت هدایت، استوانه، تبدیل فوریه
  • قاسم محمودی، بهزاد قاسمی صفحه 45
    در این بررسی، جریان جابه جایی توام آزاد و اجباری از یک محفظه ی باز که در یک کانال افقی قرار گرفته، به روش عددی حل شده است. سه قطعه ی گرمازا در کف محفظه و یک بافل عمودی بر روی دیواره ی بالایی کانال قرار گرفته است. جریان به صورت یکنواخت در دمای سرد وارد کانال شده و با کف محفظه که گرم می باشد، تبادل حرارت می کند. معادلات مومنتوم و انرژی حاکم به روش حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل به صورت هم زمان حل می شوند. نتایج نشان می دهند که افزودن بافل به کانال تهویه محفظه را در اعداد ریچاردسون پایین بهبود بخشیده ولی در اعداد ریچاردسون بزرگتر اثر معکوس دارد. همچنین با بررسی های انجام گرفته بر روی ارتفاع و موقعیت بافل ملاحظه می شود که با افزایش ارتفاع بافل و قرار گرفتن آن در ورودی محفظه، میزان انتقال حرارت از محفظه افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: جابه جایی توام اجباری و آزاد، کانال، محفظه باز، بافل
  • حمید صفاری، مهندس امیر مسعودی صفحه 57
    در این مطالعه، مبادله گر حرارتی صفحه- پره با پره های offset-strip، برای سه حالت سیال عامل هوا- هوا، آب- هوا و آب- آب بهینه شده است. در گام نخست طراحی مبادله گر، ابتدا تحلیل کامل حرارتی و افت فشار به عمل آمده و با توجه به سه مشخصه ی هندسی پره ها (گام، ارتفاع و طول offset پره) و رابطه مقادیر انتقال حرارت و افت فشار با سرعت سیال عامل عبوری در هر حالت، حجم مبادله گر و هزینه کلی سالیانه آن بر مبنای رعایت میزان افت فشار مجاز داده شده در سمت هر دو سیال عبوری به عنوان قیدهای مسئله، محاسبه شده است. سپس، الگوریتم ژنتیک به منظور جستجو و تعیین مقدار بهینه ابعاد مبادله گر، با رعایت قیدهای افت فشار، به کار گرفته شده است. مقایسه نتایج حاصل با نتایج سایر محققان نشان می دهد، حجم مبادله گر بهینه شده برای هر سه حالت سیال عامل هوا- هوا، آب- هوا و آب- آب، از 10 تا 15 درصد و هزینه کلی سالیانه از 5 تا 25 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: مبادله گر حرارتی صفحه، پره، الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی، حجم کلی، افت فشار، سیال عامل
  • محمد همت، فرهاد قدک، عبدالعلی حقیری، سیدصادق میرطالبی صفحه 69
    در این تحقیق، به منظور بررسی جریان جابه جایی ترکیبی در محفظه ی مربعی پرشده از نانوسیال با دو دیواره ی متحرک با شیب های مختلف، از روشی عددی بر پایه ی روش حجم محدود استفاده شده است. تحقیق حاضر برای عدد ریچاردسون از 1/0تا 10، عدد رینولدز از 1 تا 100 و کسر حجمی نانو ذرات از 0 تا 06/0 صورت پذیرفته است. با استفاده از خطوط جریان، دما و نمودارهای ناسلت در حالت های مختلف، میزان تاثیر شیب، کسر حجمی نانوذرات، سرعت حرکت دیواره ها و عدد ریچاردسون بر مشخصه های حرارتی و هیدرودینامیکی بحث و بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش میزان کسر حجمی نانوذرات در یک رینولدز خاص میزان انتقال حرارت افزایش و کسر حجمی نانوذرات با افزایش عدد رینولدز کاهش می یابد. همچنین در ریچاردسون های بالاتر، تاثیر افزایش کسر حجمی روی رفتار حرارتی و الگوی جریان، نمود بیشتری دارد.
    کلیدواژگان: نانو سیال، جابه جایی ترکیبی، محفظه با دیواره های متحرک دوگانه، حل عددی
  • سید اسماعیل رضوی، مجتبی پورحسین صفحه 85
    در این تحقیق، انتقال گرمای همرفت آزاد از روی یک صفحه سینوسی عمودی دما ثابت با حل معادلات ناویر- استوکس، در رژیم جریان آرام و به روش حجم محدود تحلیل شده است. همچنین، مدل جدیدی بر پایه‎ی فشار برای محاسبه شار‎‎های جابه جایی ارائه شده است. نسخه های مرتبه اول و دوم این مدل پیشنهادی قادرند تا شار‎‎های جابه جایی را با دقت خوبی بدون نیاز به اتلاف مصنوعی محاسبه نمایند. نتایج عددی به خوبی با نتایج سایر پژوهشگران مطابقت دارد. در این بررسی، پارامتر‎‎های تغییرکننده شامل عدد ریله و نسبت دامنه به طول موج صفحه سینوسی می‎باشند. نتایج نشان می‎دهد که فرکانس تغییر ضرایب انتقال گرمای محلی برای صفحه در فضای آزاد برابر فرکانس خود صفحه می‎باشد. در ضمن، با افزایش عدد ریله ضریب انتقال گرمای میانگین افزایش می‎یابد.
    کلیدواژگان: همرفت آزاد، معادلات ناویر، استوکس، فرض بوسینسک، صفحه موج دارسینوسی، روش حجم محدود، جریان آرام
  • رضا آقایی طوق، جبار غفاری، ابوالقاسم مسگرپورطوسی، مسعود برومند صفحه 93
    این مقاله در رابطه با تاثیر زوایای پره بر روی پارامترهای عملکردی پروانه ی کمپرسور گریز از مرکز، مانند نسبت فشار، نسبت دیفیوژن و راندمان ارائه شده است. در ضمن، ابعاد و سایر پارامترهای هندسی ثابت نگه داشته شده است. این بررسی با استفاده از دانش دینامیک سیالات محاسباتی و با کمک نرم افزار فلوئنت صورت گرفته است. دامنهی حل عددی برای پیش بینی عملکرد پروانه، از ورودی آن در جهت محوری تا خروجی پروانه در جهت شعاعی می باشد. کار عددی ارائه شده، شامل تحلیل جریان در پروانه ی اولیه و دو مدل دیگر است. در این دو مدل، زاویه ی ورودی و زاویه ی خمیدگی به پشت پروانه تغییر یافته اند. مدل آشفتگی به کار رفته در این کار، استاندارد می باشد که می تواند لزجت گردابه ای را رصد کند. درستی عملکرد مدل عددی، با استفاده از داده های تجربی آزمایش های اکارت (1976) ارزیابی شده است.
    کلیدواژگان: میکروتوربین، کمپرسور گریز از مرکز، مکانیک سیالات عددی، زاویه ورودی پره، زاویه خمیدگی به پشت
|
  • M.M. Doustdar Page 1
    Fuel–air explosive devices are used to disperse liquid fuels into open atmosphere and create detonation waves in the resultant cloud. To numerically study of flow field inside the cloud, the initial conditions of injection as well as the droplet initial size should be designated. In the present paper the primary break up of liquid fuel dispersed from a FAE device was simulated by using film instability model and a computer code was written to perform the calculations. Experimental results were used to validate the numerical one and the estimated droplet initial mean size was given to a far field simulation code as input data. Then the result of this latter simulation was compared with the related experimental results. With regard to numerical and experimental results, we proposed an interval to estimate the initial size of droplet dispersed from a FAE device. Generally, the results show mean droplet diameter is of centimeter order of magnitude.
    Keywords: Primary Breakup, Film Instability Model, Numerical Simulation
  • K. Mobini, A. Mehrpanahi, S.M. Hosseinalipour Page 13
    Adding gas turbine units to steam power plants for enhancing steam cycle’s properties and regenerating heat from adjunct cycle(s) have been known as repowering. Repowering methods are divided into two main categories, partial and full repowering. One of the latest methods of partial repowering is parallel feed water heating repowering. In this paper the mentioned method has been applied to Shahid Rajaee power plant. Cost functions of generated-electricity and exergy efficiency are defined as objective functions in one and two objective optimizations. Finally, the most suitable scenario has been chosen to apply this method on, considering desirable technical and economic parameters for partial and nominal load. The results of the chosen design are: 3.4% and % 27 increases in exergy efficiency and steam power plant capacity, respectively.
    Keywords: Repowering, Feed Water Heating, CHP, Gas Turbine
  • M.H. Kayhani, M. Norouzi, A. Amiri, Delouei Page 31
    In this study, an exact analytical solution for two-dimensional steady-state conductive heat transfer in cylindrical composite laminates made of graphite-epoxy is presented. These laminates are in cylindrical shape and fibers have been winded around the cylinder in each layer. First, the appropriate Fourier transformation has been obtained using Sturm-Liouville theorem. Coefficients of series are achieved by solving a set of equations related to the thermal boundary conditions at inside/outside of the cylinder and temperature/heat flux continuity at the boundaries located between the layers. The solution of this set of equations is calculated using Thomas algorithm. In this article, the effect of fibers’ angle on temperature distribution of composite laminate is investigated under general boundary conditions. Here, we show that the temperature distribution for any composite laminates is between temperature distribution for laminates with fiber angles equal to the θ = 0 andθ = 90.
    Keywords: Exact Solution, Composite Laminate, Heat Conduction, Cylinder, Fourier Transformation
  • Gh. Mahmoudi, B. Ghasemi Page 45
    This paper presents a numerical investigation of mixed convection heat transfer from an open cavity in a horizontal channel. Three heat sources are located at the bottom of the cavity and a baffle hanging from the top wall of the channel. A free flow at a relatively lower temperature enters the channel and is expected to remove heat from the heat sources. The governing equations are solved numerically with a finite volume approach using the SIMPLE algorithm. The results of this study show that due to the existence of the baffle, the ventilation performance of the cavity is improved at low Richardson numbers, while it is deteriorated at high Richardson numbers. The length and location of the baffle also show to have a significant impact on the ventilation performance of the cavity.
    Keywords: Mixed Convection, Channel, Open Cavity, Baffle
  • H. Saffari, A. Masoudi Page 57
    In this study a Plate-Fin Heat Exchanger (PFHE) with offset-strip fins has been optimized on air-air, water-water and air-water working fluids types. In the first step - designing the PFHE - the heat transfer and pressure drop analyses were done. Considering the geometrical parameters of fins (pitch, height and offset length of fins) and the relationship of the amount of heat transfer and pressure drops with the velocity of working fluids in each types, the volume of PFHE and its total annual cost based on the allowable pressure drop on both sides as the constraints were calculated. Then, Genetic Algorithm (GA) was used for searching and optimization of the structure sizes of the PFHE considering pressure drop constraints. Comparing the current results with the literature shows that the volume of optimized PFHE for all three types decreases from 10 to 15% and the total annual cost declines from 5 to 25%.
    Keywords: Plate, fin Heat Exchanger, Genetic Algorithm, Optimization, Total Volume, Pressure Drop, Working Fluids
  • M. Hemmat Esfe, F. Ghadak, A. Haghiri, S.S. Mir, Talebi Page 69
    To investigate the mixed convection flows through nano-fluid in a square double lid-driven cavity with various inclination angles, a numerical method based on the finite volume approach is applied. In This paper Sio2/water nano-fluid have been used. The cavity is un-uniformly heated from the left, Th, and cooled from the opposite wall;the top and the bottom moving walls have been supposed to be insulated. The study has been executed for the Richardson number 0.1 to 10, Reynolds number 1 to 100 while solid volume fraction (φ) of nano-particles altered from 0 to 0.06. The impact of angle of inclination, solid volume fraction of nano-fluids, velocity of moving walls and Richardson number on hydrodynamic and thermal characteristics have been studied and discussed. As a result, it was found that the heat transfer increase with increase in solid volume fraction for a particular Reynolds.Also in higher Richardson, the effect of solid volume fraction increases on thermal behavior and flow pattern.
    Keywords: Nano, fluid, Mixed Convection, Two, sided Lid, Driven Cavity, Numerical Solution
  • S.E. Razavi, M. Pour, Hossein Page 85
    In this research, free convection heat transfer over vertical sinusoidal wall in constant temperature has been performed, using Navier-Stokes equations in laminar flow regime with finite volume method. Also, a new pressurebased model for the convective fluxes is offered, which minimizes the need for artificial dissipation. The first and second-order versions of the suggested model are unable to calculate the convective fluxes with a good accuracy.Numerical results are well adapted with the numerical or experimental results of other researchers. In this study, the variable parameters are Reyleigh number and the ratio of domain length to the sinusoidal wave length. The results show that the local heat transfer coefficient variation frequency for space is equal to the wall frequency. Meanwhile,with increasing the Reyleigh number, the average heat transfer coefficient increases.
    Keywords: Free Convection, Navier, Stokes Equations, Boussinesq Approximation, Sinusoidal Wavy Wall, Finite
  • R. Aghaei, Tog, J. Ghaffari, A. Mesgarpoor, Tousi, M. Boroumand Page 93
    This paper is concerned with the influence of blade angles on centrifugal impeller performance parameters such pressure ratio, diffusion ratio and efficiency. The other basic geometric parameters are held constant. The influence of the blade angles change on the observed values was determined from numerical solution of the flow in the impeller with help of the FLUENT software. The numerical simulation focused on the air flow from compressor impeller inlet to exit, and the performance of impeller is predicted. The numerical solution was performed for original impeller geometry and for two other cases, in which blade inlet angle and backward sweep was changed.The standard k −ε turbulence model was used to obtain the eddy viscosity. Performance of the code was verified using measured data for the Eckardt impeller.
    Keywords: Micro, turbine, Centrifugal Compressor, CFD, Blade Inlet Angle, Backward Sweep