فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال دهم شماره 2 (پیاپی 36، تابستان 1393)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال دهم شماره 2 (پیاپی 36، تابستان 1393)

  • انتقال حرارت و پیشرانش
  • بهای روی جلد: 100,000ريال
  • تاریخ انتشار: 1393/06/03
  • تعداد عناوین: 8
|
  • اسماعیل امیری، رضا ابراهیمی*، حامد یغمایی بنیس صفحات 1-11
    در مقاله حاضر احتراق قطرات سوخت مایع معلق در هوا در داخل محیط متخلخل مورد بررسی قرار گرفته و با استفاده از حل عددی معادلات انرژی و بقای اجزای شیمیایی، احتراق در یک محیط متخلخل مدل سازی شده است. قطرات سوخت به طور کامل در ناحیه پیش گرمایش تبخیر شده و ترکیب هوا و بخار سوخت وارد منطقه احتراق می شود. برای مدل سازی احتراق از دو سازوکار احتراقی تک مرحله ای و پنچ مرحله-ای برای محاسبه نرخ تغییرات غلظت اجزای شیمیایی استفاده شده است. در مدل سازی تشعشع محیط متخلخل از روش شار تابش استفاده شده که در آن، شار حرارتی توسط دستگاه معادلات دیفرانسیلی مدل شده است. برای محاسبه خواص ترمودینامیکی از منحنی های منطبق شده بر خواص ترمودینامیکی استفاده شده است. در این مدل سازی عددی تاثیر ضریب جذب بر روی توزیع دما، شار تشعشعی، کسر جرمی اجزاء شیمیایی، نرخ کاهش قطر قطرات، مقدار آلاینده ها، دما و فشار بحرانی بررسی می شود. مدل سازی نشان می دهد که در مشعل هایی که ضریب جذب محیط متخلخل کمتر می باشد گرمای تشعشعی منطقه تبخیر افزایش یافته و در نتیجه می توان از قطرات سوخت با قطر بزرگ تری استفاده کرد. در نتیجه با استفاده از محیط متخلخل با ضریب جذب پایین مشکل تولید قطرات با قطر خیلی کوچک حل می شود.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل، احتراق، تشعشع، سوخت مایع
  • مجتبی باغبان، سیروس آقا نجفی*، سید حسین منصوری صفحات 13-29
    در مقاله حاضر به حل معکوس مسئله انتقال حرارت هدایت- تشعشع در یک محفظه دوبعدی با محیط غیرشفاف، جاذب، صادر کننده و با پراکندگی ایزوتروپیک پرداخته شده تا به کمک آن، ضریب جذب محیط به صورت تابعی از دمای محیط تعیین شود. حل مستقیم معادله انتقال حرارت تشعشعی به کمک روش مختصات مجزا، S_4 و روش حجم محدود انجام شده است. معادله انرژی نیز با روش حجم محدود گسسته شده است. از روش ترکیبی الگوریتم ژنتیک- گرادیان مزدوج در حل مسئله استفاده شده است. به منظور بررسی دقت حل، چهار توزیع ارائه و اثر خطای محاسباتی بر دقت حل مسئله، بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که الگوریتم در تخمین پارامترهای مجهول حتی با وجود خطای اندازه گیری، توانا می باشد. با این وجود، مشاهده شد که افزایش خطای محاسباتی، سبب کاهش دقت مسئله در تخمین ضریب جذب محیط می شود.
    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، انتقال حرارت تشعشع هدایت معکوس، خطای اندازه گیری، روش گرادیان مزدوج، ضریب جذب
  • سید عسکری مهدوی، فتح الله امی*، احسان موحد نژاد صفحات 23-30
    مقاله حاضر اثرات چرخش جریان هوا روی اتمیزاسیون یک اسپری مخروط توخالی لزج چرخان تحت نوسانات سینوسی را مورد بررسی قرار می دهد. این کار به روش تحلیلی خطی انجام شده و در نهایت، معادله توزیع بدون بعد نرخ رشد موج به دست می آید. این معادله غیرخطی با روش عددی حل و اثر چرخش گاز روی بیشینه نرخ رشد و عدد موج معادل خود بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که جریان محوری هوای بیرونی در مقایسه با هوای درونی موجب افزایش بیشتر نرخ رشد بیشینه موج و عدد موج معادلش می شود. در حالت چرخشی بودن هوا نیز چرخش هوای بیرونی، اثر بیشتری روی افزایش نرخ رشد بیشینه و در نتیجه بهبود اتمیزاسیون دارد. ترکیب چرخش هوای درونی و بیرونی می تواند بیشتر از هر کدام از حالت های قبل، نرخ رشد موج را افزایش دهد. بیشینه نرخ رشد موج، با طول شکست اولیه اسپری مرتبط بوده و با افزایش آن، طول شکست کوتاه تر شده و قطر قطرات کاهش می یابد که نتیجه آن بهبود احتراق و کاهش مصرف سوخت در صورت استفاده از این سامانه در موتور می باشد
    کلیدواژگان: جت چرخشی، نرخ رشد، ناپایداری خطی، اتمیزاسیون، شکست اولیه
  • مجید طهماسبی کهیانی، بهزاد قاسمی*، افراسیاب رئیسی صفحات 31-39
    در مقاله حاضر، انتقال حرارت ترکیبی جابه جایی آزاد و هدایت در یک محفظه مربعی متخلخل حاوی جسم جامد دارای تولید انرژی که در آن انرژی یکنواخت بر واحد حجم تولید می شود، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. دیواره های افقی این محفظه عایق و دیواره های عمودی چپ و راست به ترتیب در دماهای و می باشند. با وجود این شرایط مرزی در معادلات بی بعد شده دو پارامتر موثر وجود خواهد داشت که شامل Ra و می باشند. پارامتر Raعدد رایلی بوده و تابعی از اختلاف دما در مرزهای گرم و سرد می باشد و پارامتری وابسته به تولید انرژی در جسم جامد است. معادلات بی بعد حاکم بر اساس مدل دارسی به دست آمده اند و برای حل این معادلات از روش حجم کنترل استفاده شده است. اثر تغییر پارامترهای Ra و بر میدان جریان و دما و نرخ انتقال حرارت و غیره بررسی شده است. نتایج نشان دهنده کاهش بیشینه دمای دامنه حل با افزایش عدد Raو یا کاهش است.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل، انتقال حرارت ترکیبی، جسم جامد، تولید انرژی
  • محمد همایون فر، مسعود میرزایی* صفحات 41-50
    در مقاله حاضر به بررسی و محاسبه تنش های حرارتی دماغه های گرافیتی مورد استفاده در سامانه های هوافضایی پرداخته شده و معادلات حاکم، شرایط مرزی، نرخ عقب نشینی سطح، مدل فناشوندگی گرافیت و تولید شبکه پویا تشریح شده است. جهت محاسبه تنش های حرارتی، ابتدا حل عددی دوبعدی انتقال حرارت هدایتی به صورت غیردائم در یک شبکه متحرک بی سازمان به روش حجم محدود در کل مدت زمان بازگشت به جو انجام شده است. سپس نتایج محاسبات تحلیل حرارتی توسط یک کد رابط به نرم افزار تحلیل سازه ای منتقل شده و در هر گام زمانی با اعمال فشار آیرودینامیکی به صورت متغیر با زمان و مکان، تنش حرارتی ایجادشده در مدت زمان بازگشت به جو محاسبه شده است. در بررسی اعتبارسنجی روش ارائه شده، ملاحظه گردید نتایج محاسبات با نتایج سایر مراجع تطابق خوبی دارد.
    کلیدواژگان: تنش حرارتی، دماغه، فناشوندگی، گرمایش آیرودینامیکی
  • محمد همت اسفه، سیف الله سعدالدین*، سید صادق میرطالبی صفحات 51-63
    در مقاله حاضر، جریان سیال و انتقال حرارت جابه جایی ترکیبی در نانوسیال با ویسکوزیته دینامیکی و ضریب هدایت حرارتی وابسته به دما، اندازه قطر و غلظت نانوذرات در یک محفظه مورد بررسی قرارگرفته است. معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی به همراه شرایط مرزی به وسیله روش حجم محدود با سیستم شبکه جابه جا شده به صورت عددی با استفاده از یک کد رایانه ای به زبان فرترن حل شده اند. برای محاسبه ضریب هدایت حرارتی و ویسکوزیته دینامیکی به ترتیب از مدل های نوین ارائه شده توسط زو و جانگ استفاده شده است. تاثیر افزایش نیروی شناوری هنگامی که نیروی برشی ثابت باشد و تاثیر نیروی برشی در زمانی که نیروی شناوری ثابت درنظر گرفته می شود، مورد تحلیل قرار گرفته است. همچنین تاثیرات مربوط به دما، قطر نانوذرات در سیال پایه، کسر حجمی نانوذرات، عدد گراشف و رینولدز بر مشخصه های هیدرودینامیکی و حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهد انتقال حرارت با کاهش قطر نانوذرات برای رینولدزهای مشخص افزایش می یابد. همچنین افزایش مقادیر اعداد رینولدز و گراشف در قطر و کسر حجمی ثابت نیز، موجب بهبود نرخ انتقال حرارت می شود.
    کلیدواژگان: نانوسیال، خواص متغیر، جابه جایی ترکیبی، روش حجم محدود، الگوریتم سیمپلر، محفظه مربعی
  • سیف الله سعدالدین*، علیرضا نصیری کیا صفحات 65-75
    در مقاله حاضر معادله هدایت گرمای هذلولوی در یک جسم کروی که سطح خارجی آن تحت تاثیر منبع گرمایی لیزر تابع زمان و خنک کاری جابه جایی- تشعشعی ترکیبی قرار دارد، با استفاده از روش تبدیل لاپلاس حل شده است. برای به کارگیری این روش، شرط مرزی غیرخطی با کمک بسط سری تیلور خطی شده است. از روش تقریب مجموع ریمان نیز برای به دست آوردن معکوس تبدیل لاپلاس استفاده شده است. توزیع دما برای مقادیر مختلف زمان آسایش، مدت پالس، نسبت جابه جایی- هدایت و نسبت تشعشع به هدایت مورد بررسی قرار گرفته و حل معادلات فوریه و هذلولوی با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج این روش با نتایج حل تحلیلی موجود با شرایط مرزی ساده تر تایید شده است.
    کلیدواژگان: هدایت گرمای هذلولوی، روش تبدیل لاپلاس، شرط مرزی غیرخطی، کره
  • یادداشت مهندسی
  • صادق طرفی* صفحات 77-84
    نیاز به استفاده از هوای تازه بیرون، بنا بر استاندارد (ASHRAE 62 -1989 (1999 تهویه برای کیفیت قابل قبول هوای داخل، زیاد شدن بار حرارتی را به دنبال دارد که باعث افزایش هزینه عملکرد سامانه و هزینه تجهیزات می شود. بررسی روش های بازیافت انرژی حرارتی از جمله سامانه جریان- گردشی می تواند در بهینه سازی مصرف انرژی در سامانه های گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع موثر واقع گردد. تحلیل های تئوریک متعددی بر روی سامانه بازیافت انرژی جریان- گردشی توسط محققین در سطح بین المللی انجام شده است ولی اثر افت حرارت در لوله های انتقالی نادیده انگاشته شده است. هدف اصلی مقاله حاضر، بررسی اثر طول لوله های انتقالی بر کارایی و عملکرد سامانه با استفاده از یک مدل دقیق از سامانه مبتنی بر روابط ترمودینامیکی و هیدرولیکی می باشد. بر اساس نتایج شبیه سازی ضریب انتقال حرارت کلی به صورت تقریبا خطی با افزایش فاصله جریان های سرد و گرم، کاهش یافته و توان پمپ کردن افزایش می یابد. در صورت عایق کاری مناسب لوله های سیال واسطه، اثر طول آنها بر کارایی سامانه بازیافت انرژی جریان-گردشی اندک می باشد.
    کلیدواژگان: بازیافت حرارت، تلفات حرارتی، شبیه سازی عددی، ضریب کارایی، سامانه جریان، گردشی، مبدل حرارتی فین موجی، لوله، سامانه های تهویه مطبوع
|
  • E. Amiri, R. Ebrahimi*, H. Yaghmaie Benis Pages 1-11
    This paper presents a numerical simulation of liquid fuel droplets combustion suspended in air in porous media. Solving the equations of conservation of energy and chemical components numerically، combustion in a porous medium is modeled. Fuel droplets vaporize and mix thoroughly in the preheating zone filled with air and then enter the combustion zone. Singlestage and five-stage combustion mechanisms were used for calculating the rate of change in the concentration of chemical constituents. For modeling of radiation heat flux of porous medium corresponding differential equations are used. Thermodynamic properties are obtained from the curves suggested in references. In this numerical model the effects of the absorption coefficient on temperature distribution، radiant flux and mass fraction of numerical components، droplet size، and the amount of pollutant are shown. The results indicate that in the porous medium with low absorption coefficient، the radiation flux is increased and thus can be used for larger diameter of the fuel droplets. As a consequence of using porous media with low absorption coefficient، the small size fuel droplets are produced more easily.
    Keywords: Porous Media, Combustion, Radiation, Liquid Fuel
  • M. Baghban, S. Aghanajafi*, S. H. Mansouri Pages 13-29
    In this paper، an inverse analysis is performed for estimation of temperature-dependent absorption coefficient in a twodimensional absorbing، emitting and isotropically scattering medium. The finite volume method has been adopted as the numerical technique. The S method is employed to solve the radiative transfer equation. The inverse problem is solved by using a combined method of genetic algorithm and conjugate gradient. The accuracy of the presented method for solving the inverse radiation problem is checked by using four examples. The effect of the measurement errors on the accuracy of the inverse analysis is also investigated. The results show that the algorithm can estimate the unknown absorption coefficient when the measurement errors are neglected. Also it is found that increasing the measurement error decreases the accuracy of estimation of temperature-dependent absorption coefficient.
    Keywords: Absorption Coefficient, Inverse Radiation, Conduction Problem, Genetic Algorithm, Conjugate Gradient Method, Measurement Errors
  • S. Askari, Mahdavi, F. Ommi *, E. Movahednejad Pages 23-30
    This paper investigates the effects of swirling air stream on a viscous hollow cone spray atomization with sinuous instabilities. The dimensionless dispersion equation of wave growth rate was derived with linear stability analysis. The dispersion equation is solved by numerical method and swirling air stream effect on maximum growth rate and its corresponding unstable wave number is investigated. The results show that the maximum growth rate of a swirling liquid sheet subjected to purely outer axial air is more pronounced compared to its counterpart subjected to purely inner axial air. In swirling air stream، swirling of outer air has more effect compared to inner air on maximum growth rate and improves the atomization. The combination of inner and outer air stream swirling has the highest effect on wave growth rate. The growth rate can be related to the breakup length of the liquid sheet and when the growth rate increases، breakup length is shorter. The drop diameter is dependent to the wave number and decreases with the increase of the wave number that can afford improvement of combustion and decrease the specific fuel consumption.
    Keywords: Swirling Jet, Growth Rate, Linear Instability, Atomization, Primary Breakup
  • M. Tahmasebi, Kohyani, B. Ghasemi*, A. Raisi Pages 31-39
    Conjugated natural convection and conduction in a square cavity containing a porous medium with a solid body subjected to a uniform energy generation per unit volume is studied numerically in this paper. The vertical walls of the cavity are assumed to have constant temperatures (h T and c T) and the horizontal walls to be adiabatic. The effective parameters in this case are Ra and sb λ which appear in the nondimensionalized equations. Ra is a function of temperature difference between hot and cold walls، and sb λ is a parameter that depends on the energy generation in the porous medium. Nondimensionalized governing equations in both cases are obtained based on the darcy model; a control volume approach is used for solving these equations. The effect of the variation of two parameters، Ra and sb λ، on the heat transfer rate، fluid flow and isotherms are investigated. The results show that the maximum temperature decreases as Ra increases or sb λ decreases.
    Keywords: Porous Medium, Conjugated Natural Convection, Heat Generation, Solid Body
  • M. Homayoonfar, M. Mirzaei* Pages 41-50
    In this article thermal stress of graphite nose of aerospace projectiles is investigated. The governing equations، boundary conditions، rate of surface recession، ablation model of graphite، and also moving mesh generation are described. In order to calculate thermal stress، at first unsteady heat transfer equation in an unstructured moving mesh is solved using finite volume method for reentry period، then the results of the thermal analysis are transferred to a structure analysis software. Aerodynamic pressure is applied as a variable with time and position and thermal stress is calculated for the reentry flight. There is a good agreement between the current results and those of the other researchers.
    Keywords: Thermal Stress, Nose, Ablation, Aerodynamic Heating
  • M. Hemmat Esfe, S. Saedodin, S.S. Mir, Talebi Pages 51-63
    This numerical study is focused on variation of mixed convection heat transfer and fluid flow of nanofluid with effective viscosity and thermal conductivity which are dependent on temperature and nanoparticles size and concentration insida double lid-driven cavity. The Navier–Stokes and energy equations are obtained numerically using a FORTRAN code. New Xu’s and Jang’s models are used for calculating the effective thermal conductivity and the effective dynamic viscosity، respectively. The impact of increase in buoyancy force while the shear force was constant and effects of increase in shear force when the buoyancy force was kept constant were investigated. In the current work، we examine the effects of temperature، non-uniform diameter of suspended nanoparticles in base fluid، volume fraction of nanoparticle، Grashof and Reynolds number on hydrodynamic and thermal characteristics. The obtained results show that the heat transfer increases with decrease in diameter of nanoparticle for a particular Re; it also increases with increase in Grashof and Reynolds number for a particular volume fraction and diameter size.
    Keywords: Nanofluid, Variable Properties, Mixed Convection, Finite Volume Method, Simpler Algorithm, Cavity
  • S. Saedodin*, A. Nasirikia Pages 65-75
    In this paper hyperbolic heat conduction equation in spherical media with its outer surface subjected to time dependent laser heat source and combined convective-radiative cooling is solved using Laplace transform method. In order to perform this method، the nonlinear boundary condition is linearized by Taylor’s series expansion. The Riemann-sum approximation method is used to obtain the inverse of Laplace transform. The temperature distribution is studied for different values of thermal relaxation time، pulse duration، convection-conduction and radiation-conduction parameters and the solutions of hyperbolic and Fourier equations are also compared. The results of the present method is verified by being compared with available analytical solution results under a simpler boundary condition.
    Keywords: Hyperbolic Heat Conduction, Laplace Transform Method, Nonlinear Boundary Condition, Sphere
  • S. Torfi* Pages 77-84
    The need for use of outside fresh air according to standard ASHRAE 62-1989 (1999) Ventilation for acceptable inside air quality، increases fresh air usage and heat load، thus system performance and equipment costs increase. Energy recovery studies such as run-around heat recovery is useful for optimization of energy consumption in HVAC systems. Several theoretical analyses on run-around heat recovery systems have been done by researchers، but generally heat losses from pipework circuit was ignored. The main purpose of this paper is to investigate the effect of pipework circuit length on runaround heat recovery systems performance by a precise model based on system hydraulic and thermodynamic relations. Simulation results showed that heat transfer coefficient is linearly decreased by increasing distance of hot and cold streams and pump power is increased too. If pipework circuit pipelines are insulated properly، effect of pipework circuit length on run-around heat recovery systems performance will be negligible.
    Keywords: Coefficient of Performance, Energy Recovery, Heat Losses, Numerical Modeling, HVAC Systems, Run, Around Heat Recovery, Wavy Fin Heat Exchanger