محمود پسندیده فرد
-
در این پژوهش، به مطالعه ی اثر گاز های خروجی از اگزوز، بر روی منطقه ی دنباله ی یک خودروی آئودی که شامل گردابه ها و جریان های جداشده از سطح آن است، پرداخته می شود. این مدل خودرو، از لحاظ پیکربندی عقب، مشابه خودروی استاندارد DrivAer Estateback است که توسط موسسه ی آیرودینامیک دانشکده ی فنی مونیخ، مدل سازی شده است. با توجه به نوع مسئله و تحلیل پایای جریان، مدل آشفتگی SST k-ω برای شبیه سازی به روش دینامیک سیالات محاسباتی انتخاب شد. همچنین به منظور اعتبارسنجی روش حل، نتایج عددی حاصل از شبیه سازی جریان با عدد رینولدز 106 × 87/4 حول مدل استاندارد، با نتایج تجربی حاصل از تونل باد، مقایسه شد. پس از انجام اعتبارسنجی روش حل، در اولین بررسی مشخص شد؛ در عدد رینولدز فوق، ضریب پسای خودروی آئودی دارای اگزوز، % 15/1- کمتر از ضریب پسای خودروی بدون اگزوز است. در ادامه اثر افزایش سرعت خودرو، اثر زوایه ی دهانه ی لوله ی اگزوز و سرانجام تاثیر وجود یک اگزوز در یک طرف آن، بر مقدار ضریب پسا، بررسی شد.
کلید واژگان: آیرودینامیک، پسا، اگزوز، گردابه، خودروی آئودیThis research delves into the practical implications of the effect of exhaust gases on the wake region of an Audi car, which includes vortices and separated flowing from its surface. The findings could potentially inform future vehicle design and performance strategies. The car model's rear configuration is akin to the standard DrivAer Estateback car, which the Aerodynamics Institute of the Technical University of Munich has modeled. The SST k-ω turbulence model is selected for simulation using computational fluid dynamics, considering the problem's nature and the flow stability analysis. To validate the solution method, the numerical results obtained from flow simulation at a Reynolds number of 4.87×106 around the standard model are compared with the experimental results obtained from the wind tunnel. After validating the solution method, it was determined in the initial investigation that at the given Reynolds number, the drag coefficient of the Audi car with an exhaust system is 1.15 % lower than the drag coefficient of the car without an exhaust system. Furthermore, the effects of increasing the vehicle speed, the angle of the exhaust pipe outlet, and finally, the presence of an exhaust on one side of it on the value of the drag coefficient are examined.
Keywords: Aerodynamic, Drag, Exhaust, Vortex, Audi Vehicle -
در پژوهش حاضر، به منظور شبیه سازی جریان همراه با کاویتاسیون جزئی حول پرتابه های مختلف (سرتخت، سرکروی و سرمخروطی با زاویه مخروط 45درجه) به روش المان مرزی، یک کد سه بعدی تدوین شده است. بدین منظور، پس از تولید هندسه با استفاده از المان های چهارضلعی با چهار نقطه کنترل، با بهره گیری از بیان انتگرالی تئوری گرین، اجزای پتانسیلی چشمه و دوگان روی هر المان توزیع و به کمک یک الگوریتم تکراری، شبیه سازی انجام و با نتایج تجربی و عددی دیگر اعتبارسنجی شده است. با وجود هزینه محاسباتی پایین این روش، نتایج از دقت قابل قبول و سرعت همگرایی بالایی برخوردار است. ارائه روابط کلی برای مشخصات هندسی کاویتی ایجاد شده حول پرتابه ها (در محدود اعداد کاویتاسیون بین 075/0 تا 5/0) از جمله نتایج این پژوهش می باشد. بررسی نتایج حاکیست که این روش قابلیت مناسبی در پیش بینی خواص جریان کاویتاسیون در زوایای حمله غیرصفر (تا زاویه حمله 8 درجه) دارد که البته با افزایش زاویه حمله و فاصله از فرض پتانسیلی بودن جریان، نتایج هندسه کاویتی حداکثر %15 و ضرایب آیرودینامیکی حداکثر %12 با دیگر تحلیل های عددی اختلاف دارد. با توجه به سرعت همگرایی بالا و دقت قابل قبول، این روش برای طراحی اولیه و بهینه سازی پرتابه های زیرسطحی همراه با کاویتاسیون قابل استفاده است.کلید واژگان: کاویتاسیون جزئی، روش المان مرزی، پیشانی سرتخت، پیشانی سرکروی، پیشانی سرمخروطیIn this paper, three-dimensional code has been developed to simulate the partial cavitating flow around projectiles with various heads (blunt, hemispherical, and conical) using the BEM. For this purpose, after generating the geometry using quadrilateral elements with four control points, using the integral expression of Green's theory, source and dipole have been distributed on elements, and using an iterative algorithm, simulation is done and results are compared with the available experimental data and other numerical results. Despite the low computational cost of this method, the results have a high accuracy and convergence rate. One of the main contributions of this work is to present a correlation between the properties of cavity around projectiles with different heads (in the limit of 0.075≤σ≤0.5). Also, Analysis of the results shows that the method has a suitable ability to predict the properties of cavitation flow at non-zero angles of attack (up to 8° angle of attack) in the shortest time. Of course, by increasing the angle of attack and getting away from the potential assumption, the results are associated with some errors (15% in geometrical characteristics and 12% in aerodynamic coefficients). Due to high convergence rate and acceptable accuracy, this method can be used for initial design and optimization of subsurface projectiles with cavitation.Keywords: Partial cavitation, Boundary Element Method, Blunt-head, Hemispherical-head, conical-head
-
عملگر پلاسمایی به عنوان یک ابزار کنترل-فعال جریان به سبب سادگی ساختار، سبکی، مصرف کم انرژی و پاسخ زمانی بالا در یک دهه اخیر مورد توجه و بررسی محققان آیرودینامیک قرارگرفته است. در پژوهش حاضر، اثرات پلاسما بر رفتار آیرودینامیکی یک پرتابه مافوق صوت در شرایط پروازی مختلف به صورت عددی مطالعه شده است. نتایج حاصل از تاثیر پلاسما با تغییرات پارامترهایی نظیر زاویه حمله، عدد ماخ و ارتفاع پرواز بر ضرایب برآ و پسا مورد تحلیل قرارگرفته است. با اعمال پلاسما در زیر کانادر های پرتابه، سرعت در جهت عمودی در آن ناحیه افزایش مییابد. این روند موجب افزایش فشار بر روی قسمت زیرین کاناردها خواهد شد و در نتیجه افزایش اختلاف فشار و افزایش نیروهای وارد بر کاناردها و به عبارتی بهبود عملکرد آن ها را محقق می سازد. ضرایب برآ و پسا در اثر اعمال پلاسما هر دو افزایش مییابند، درحالی که راندمان آیرودینامیکی (نسبت برآ به پسا) نیز با افزایش اختلاف پتانسیل افزایش یافته است. نتایج نشان میدهد با افزایش زاویه حمله اثر پلاسما کمتر میشود. همچنین با افزایش ارتفاع پروازی اثر پلاسما بیشتر میشود و نیز راندمان آیرودینامیکی با اعمال پلاسما در بازه 3 تا 60 درصد تغییر می کند.
کلید واژگان: پلاسما، مگنتوهیدرودینامیک، کنترل جریان، بهبود عملکرد، شبیه سازی عددیPlasma actuator is an active flow control tool, which has been evaluated by the aerodynamic researchers since last decade due to its simple structure, light weight, low energy consumption, and high time response. In this paper effects of plasma on aerodynamic behavior of a rocket at different flight conditions is numerically investigated. Results of plasma effects or variation of attack angle, Mach number, and flight altitude on the drag and lift coefficients are evaluated. Applying plasma increases the vertical velocity under the rocket canards which leads to higher pressures and therefore higher pressure difference and forces are applied on the rocket canards which improves their functionality. Drag and lift coefficients are both increased due to the plasma, but the aerodynamic efficiency (lift to drag ratio) is increased by increasing potential difference. Results shows that plasma effect is reduced with increasing of angle of attack and increased with the flight altitude and aerodynamic efficiency is changed between %3 and %60 by applying plasma.
Keywords: Plasma, Magneto Hydrodynamics, Flow control, Performance improvement, Numerical Simulation -
در سال های اخیر پیکر بندی بال مثلثی علاوه بر پرنده های ابرآوایی (مافوق صوت) نظیر جنگنده ها، در پهپادهای زیرآوایی (مادون صوت) نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. از طرفی بررسی نوفه پهپادها به واسطه توسعه روز افزون سامانه های تشخیص صوتی امری ضروری می باشد. در این مقاله، رفتار نوسانات فشار سطح به عنوان منبع تولید نوفه روی بال مثلثی با زاویه پس گرایی 70 درجه به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که در زوایای حمله بالای 5 درجه، افزایش چشم گیری در مقادیر چگالی طیف فشار سطح رخ داده که این افزایش می تواند ناشی از تشکیل گردابه های لبه حمله در بخش انتهایی بال باشد. هم چنین با حرکت در راستای جریان، ضمن انتقال انرژی از بسامد های بالا به بسامد های پایین، قله طیف فشار سطح در بسامد های پایین تر اتفاق می افتد. در نهایت نتایج به دست آمده نشان می دهند که در زاویه حمله 30 درجه، افزایش قابل توجهی در مقادیر چگالی طیف فشار سطح در موقعیت نزدیک به لبه فرار بال ایجاد شده که نمایانگر وقوع پدیده انفجار گردابه در موقعیت مذکور می باشد.
کلید واژگان: بال مثلثی، گردابه لبه حمله، نوفه، طیف فشار سطحIn recent years, the delta wing configuration has been widely used in subsonic drones in addition to supersonic aircrafts such as fighters. On the other hand, due to the increasing development of acoustic detection systems, it is necessary to investigate the noise of drones. In this article, the behavior of surface pressure fluctuations as a source of noise generation on a delta wing with a 70-degree sweep angle has been investigated experimentally. The obtained results show that at angles of attack above 5 degrees, there was a significant increase in the surface power spectral density values, which could be caused by the formation of leading-edge vertices at the end of the wing. Also, by moving in the direction of the flow, while transferring energy from high frequencies to lower frequencies, the peak of the surface pressure spectrum occurs at lower frequencies. Finally, the obtained results show that at an angle of attack of 30 degrees, there was a significant increase in the surface power spectral density values in the position close to the trailing edge of the wing, which indicates the occurrence of the vortex bursting phenomenon at that position.
Keywords: Delta wing, Leading edge vortex, Noise, Surface pressure spectrum -
بالک های خمیده به دلیل امکان قرارگیری در درون لوله مزیت مهمی برای پرتابه های دارای این نوع بالک در جانمایی و حمل ونقل آن ها ایجاد می کنند. بالک های خمیده متداول ویژگی های آیرودینامیکی منحصربه فردی مانند تغییر در اندازه و جهت غلتش با افزایش عدد ماخ را دارا هستند. بالک های خمیده مقابل هم ویژگی های آیرودینامیکی نابجا و غیرخطی این بالک ها را حذف کرده و زمینه را برای هدایت پرتابه های دارای بالک های خمیده فراهم می کند. در این تحقیق اثر میزان انحنا یا خمیدگی بالک های خمیده مقابل هم بر عملکرد آیرودینامیکی پرتابه، مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسی با استفاده از شبیه سازی عددی انجام شده و نتایج با مقادیر تونل باد مقایسه گردید که از دقت خوبی برخوردار است. شبیه سازی در عدد ماخ 5/1 و زوایای حمله 0 و 5 درجه با فرض جریان تراکم پذیر لزج انجام شده است و فیزیک جریان در اطراف بالک ها مورد مداقه قرار گرفته است. نتایج نشان داد افزایش انحنای بالک ها ضریب برآ و پسا را به میزان 7 درصد و گشتاور پیچشی را تا 20 درصد افزایش می دهد. همچنین افزایش انحنا، جدایش جریان در محل اتصال لبه حمله بالک به بدنه را حذف می کند.کلید واژگان: بالک های خمیده مقابل هم، انحنای بالک، ضرایب برآ و پسا، ضریب گشتاورConventional Wrap-Around Fins (WAF) have unique aerodynamic characteristics, such as changing the roll moment direction with increasing Mach number and the nonlinearity of the aerodynamic coefficients. The placement of Wrap-Around Fins against each other eliminates their aberrant and non-linear aerodynamic characteristics and provides the condition with a less complicated guidance system. In this research, the effects of curvature of Opposite Wrap-Around Fins (OWAF) on the aerodynamic performance of the projectile has been investigated. This investigation has been done numerically, and the results were compared with the wind-tunnel accessible test data, which have good accuracy. The simulation has been carried out at a Mach number of 1.5 and an angle of attack of 0 and 5 degrees, assuming a turbulent compressible flow; the physics of the flow around the fins has been investigated. The results showed that increasing fins curvature increases lift and drag coefficients by 7% and pitch moment up to 20%. Also, the fin curvature eliminate flow separation in junction of fin leading edge and body.Keywords: Opposite Wrap-Around Fin (OWAF), fin curvature, lift, drag coefficients, pitch moment
-
امروزه در صنعت خودروسازی، آیرودینامیک وسایل نقلیه به دلیل اثرگذاری بر مصرف سوخت، میزان کنترل پذیری و پایداری خودرو از اهمیت بالایی برخوردار است. در پژوهش حاضر به روش عددی با استفاده از نرم افزار Ansys Fluent عملکرد آیرودینامیکی خودروی تارا از طریق ایجاد کانال هوا با ابعاد و هندسه های مختلف بین پیشانی و اطراف چرخ جلو و همچنین اطراف چرخ عقب و پشت خودرو مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از اعمال تغییرات مذکور برقراری جریان میان نواحی از بدنه که اختلاف فشار بالایی دارند بود که در هر دو بخش اصلاح آیرودینامیک جلو و اصلاح آیرودینامیک عقب موجب کاهش نیروی پسا و برآ شد. همچنین تاثیر ایجاد انحنای جانبی بر بدنه نیز مورد مطالعه قرار گرفت که نتایج حاصل نشان داد به طور کلی میزان اثرگذاری آن ها به طراحی و هدایت جریان هوای جوانب به پشت خودرو بستگی دارد با این وجود در همه حالت ها نیروی پسا کاهش یافت. در بخش پایانی ترکیبی از بهترین روش های بررسی شده به صورت همزمان بر روی خودرو پیاده سازی شد که بهینه ترین حالت از ترکیب تغییرات فوق در آیرودینامیک جلو و عقب با کاهش نیروی پسا و برآ به ترتیب به میزان %16/3 و %4/1 حاصل گردید و مقدار ضریب پسا از 0/332 به 0/278 رسید.کلید واژگان: آیرودینامیک، نیروی پسا، خودرو، عددیIn the transportation industry, the vehicles aerodynamics is important because it affects on fuel consumption and stability of cars. In this numerical research by using Ansys Fluent software, the aerodynamic performance of the Iranian car Tara was investigated by creating an air duct with different dimensions and geometries in the modification of front aerodynamics and the modification of rear aerodynamics. The purpose of these changes was to establish air flow between areas of the body that have a high pressure difference, which in both aerodynamic developments reduced drag force and lift force. Also, the effect of creating side curvature on the body was also studied. The results showed that design and direction of the air flow from the sides to the back of the car is very important in aerodynamics forces, however, drag force was reduced in all cases. Finally, the best methods were combined simultaneously on the car. In the most optimal model, through the combination of the the front aerodynamic modifications and rear aerodynamic modifications the drag coefficient and lift coefficient reduced 16.3% and 4.1% respectively as the drag coefficients reduced from 0.332 to 0.278.Keywords: Aerodynamic, Drag force, Sedan, Vehicle, Numerical
-
در تحقیق حاضر، به بررسی تجربی و عددی فرایند راه اندازی دیفیوزر گلوگاه ثانویه همراه با یک نازل نوع سهموی با نسبت انبساط 35 در فشار کل نسبتا پایین، پرداخته شده است. در این بررسی از یک بستر آزمایشگاهی موسوم به تجهیزات تست ارتفاع بالا در مقیاس کوچک با سیال عامل هوای فشرده استفاده شده است. به منظور بررسی عملکرد لحظه ای، فشارگذاری در محفظه نازل به صورت آنی انجام گرفته و فشار محفظه خلاء و توزیع فشار استاتیکی در طول دیفیوزر اندازه گیری شده است. با استفاده از شبیه سازی عددی، پدیده های فیزیکی رخ داده در هر مرحله از ایجاد خلاء شناسایی و تحلیل شده است. نتایج نشان می دهد که فرایند ایجاد خلاء در شبیه ساز ارتفاع بالا نوع گلوگاه ثانویه با حضور یک نازل سهموی بهینه تراست (TOP) بسیار متفاوت از سایر کانتورهای متداول مخروطی و ایده آل می باشد. در این نازل هنگامی که الگوی جدایش مستقل از موج ضربه ای حاکم است، روند تخلیه محفظه خلاء به صورت تدریجی و هموار است. اما هنگامی که الگوی جدایش مستقل از موج ضربه ای RSS در نازل برقرار می گردد، ایجاد خلاء به کندی و همراه با نوسان پیش می رود. با گذار الگوی جدایش از RSS به SSR (جدایش شاک همراه با ناحیه چرخشی) مجددا نرخ تخلیه محفظه خلاء افزایش می یابد. پس از برقراری جریان مافوق صوت کامل در نازل، ایجاد خلاء با نرخ بسیار کندتری نسبت به شرایطی که نازل تحت شرایط جدا شده عمل می کرد، انجام می گردد.
کلید واژگان: تجهیزات تست ارتفاع بالا، نازل سهموی بهینه تراست، فرایند استارت، دیفیوزر گلوگاه ثانویه، شبیه سازی عددیIn the present research, the experimental and numerical investigation of the starting process of the second throat diffuser with a parabolic nozzle containing expansion ratio of 35 has been conducted at a relatively low total pressure. This investigation uses an experimental setup known as a small-scale high-altitude test facility with compressed air as the working fluid. Using numerical simulation, the physical phenomena occurring in each stage of vacuum generation have been identified and analyzed. The results show that the process of vacuum generation in the high-altitude simulator of the second throat type with the presence of Thrust Optimum Parabolic (TOP) nozzles included four stages. In the first stage, the vacuum was gradually created by using the nozzle in the free shock separation (FSS). In the second stage, which started as soon as the transition from the FSS pattern to restricted shock separation (RSS), the vacuum generation was slow and accompanied by oscillation. Vacuum generation was gradual in the third stage, which corresponds to the beginning of the shock separation with recirculation(SSR) and continues until the end of regular reflection (RR). And finally, the last stage also coincides with the structure of expanded, under-expanded conditions, the impact of the jet exiting the nozzle with the diffuser wall, and the establishment of start-up conditions, creating a vacuum at a slower rate than in other stages.
Keywords: High Altitude Test Facility, Thrust Optimized Nozzle, Start process, Second Throat Diffuser -
اجسام زیرسطحی در کاربردهای صنعتی دارای سطوح کنترل مختلفی برای پایداری، مانورپذیری، هدایت و کنترل می باشند. این سطوح کنترل، مشخصات هیدرودینامیکی جسم، شامل نیروهای مقاومت و شکل موج ایجاد شده ناشی از حرکت جسم، نزدیک سطح آزاد را تحت تاثیر قرار می دهند. در این مقاله، اثر یک سطح کنترل عمودی روی مشخصات هیدرودینامیکی یک جسم زیرسطحی، در نزدیکی سطح آزاد با استفاده از روش المان مرزی بررسی شده است.نتایج شامل مشخصات موج سطح آزاد، ضریب فشار و مقاومت موجی در بازه اعداد فرود 0.1 تا 0.5 و برای عمق های غوطه وری بی بعد 1.25، 2.25، 3.5 و 4.5 برای مدل ساده و مدل با سطح کنترل محاسبه شده اند. مقایسه نتایج روش المان مرزی و تجربی، اختلاف کمتر از 3 درصدی نتایج برای حداکثر طول موج سطح آزاد و 17 درصدی برای مقاومت موجی را نشان می دهد. نتایج پیش بینی شده نشان می دهد که سطح کنترل موجب افزایش حدود 13درصدی حداکثر ارتفاع موج سطح آزاد و 16 درصدی مقاومت موجی می گردد. این افزایش، بواسطه برهم کنش بین مدل و سطح کنترل و همچنین نسبت مستقیم مقاومت موجی با ارتفاع موج سطح آزاد می باشد.
کلید واژگان: روش المان مرزی، سطح آزاد، مشخصات موج، مقاومت موجی، سطح کنترلUnderwater vehicles in industrial applications, have various control surfaces for stability, maneuverability, gudance and control. These control surfaces affect the body hydrodynamic characteristics, including the resistance forces and the form of the generated wave due to the motion of the vehicle near the free surface. In this paper the effect of a vertical control surface on the hydrodynamic characteristics of an underwater vehicle near free surface is studied using Boundary Element Method.Results, including characteristics of free surface wave, pressure coefficient and wave resistance are calculated for Froude numbers in the range of 0.1-0.5 and non dimensional submergence depths of 1.25, 2.25, 3.5 & 4.5 for the bare model and model with control surface. Comparing BEM and experimental results shows the discrepancy of less than 3% for maximum free surface wave height and 17% for wave resistance. Predicted results indicates that control surface causes an increase of about 13% in maximum free surface wave height and 16% in wave resistance. This increment is due to the interaction of the main body with control surface and also direct relation of wave resistance with free surface wave height.
Keywords: Boundary Element Method, Free Surface, Wave Characteristics, Wave Resistance, control surface -
جریان گازها در نازل های سهموی بهینه تراست در شرایط فرامنبسط از فیزیک پیچیده تری نسبت به سایر نازل ها برخوردار است. تخمین صحیح عملکرد این نازل ها تا حدود زیادی به تخمین دقیق محل جدایش جریان وابسته است. مدل های آشفتگی معادلات ناویر-استوکس متوسط گیری شده رینولدز متداول به خاطر تخمین بالادستی تولید انرژی جنبشی آشفتگی در پیش بینی محل جدایش جریان در این نوع نازل ها با خطای قابل توجهی مواجه اند. اخیرا حالت عمومی شده مدل آشفتگی انرژی جنبشی آشفتگی- نرخ اتلاف مخصوص که توسط منتر ارائه شده با بکارگیری پارامترهای قابل تنظیم، امکان تصحیح شبیه سازی عددی را بر اساس فیزیک حاکم و بکارگیری نتایج محدود تجربی فراهم کرده است. در تحقیق حاضر، به شبیه سازی عددی فیزیک جریان در نازل سهموی بهینه تراست با مدل آشفتگی عمومی شده انرژی جنبشی آشفتگی- نرخ اتلاف مخصوص پرداخته شده است. ابتدا خطای فاحش مدل های آشفتگی متداول برای شبیه سازی جدایش جریان در این نوع نازل در شرایط فرامنبسط نشان داده شده است. سپس، پارامترهای حاکم بر این مدل عمومی شده با بکارگیری نمونه ای از نتایج تجربی نازل سهموی بهینه تراست، اصلاح شده و قابلیت این مدل برای تخمین فیزیک جریان در این نازل در شرایط مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی های عددی نشان می دهد که مدل آشفتگی اصلاح شده برای تخمین دقیق فیزیک جریان و محل جدایش جریان از قابلیت بالایی برخوردار است، به طوری که بکارگیری مدل اصلاح شده همراه با ضرایب جدید باعث بهبود حدود 30 درصدی در تخمین محل جدایش نسبت به مدل مبنای انرژی جنبشی آشفتگی- نرخ اتلاف مخصوص، شده است.
کلید واژگان: شببیه سازی عددی، نازل سهموی بهینه تراست، الگوی جدایش جریان، مدل آشفتگی GEKOComplex flow separation in thrust optimized parabolic nozzles in the over-expanded condition is one of the challenging issues of many numerical investigations. The correct estimation of a thrust optimized parabolic nozzle performance extremely depends upon the accurate estimation of the onset of flow separation. Literature review indicates that conventional Reynolds-averaged Navier–Stokes turbulence models have a significant error in predicting the onset of flow separation in these types of nozzles due to the overestimating of turbulent kinetic energy production. Recently proposed generalized k-omega has made it possible to rectify numerical simulations based on governing physics and using limited experimental results. In the present study, the flow physics in the LEA_TOC nozzle has been investigated with the numerical simulation approach. At the first, the significant error of conventional Reynolds-averaged Navier–Stokes turbulence models is shown to simulate flow separation in this type of problem. Then, the generalized k-omega parameters are modified based on the limited experimental result of the LEA_TOC nozzle, and the ability of this model has been evaluated to estimate the flow physics under different pressure ratios. Numerical investigations show that generalized k-omega has a high capability for accurately estimating the onset of flow separation at a wide range of nozzle pressure ratios. Applying the corrected generalized k-omega has resulted in an improvement of about 30% in the estimation of the onset of separation in the over-expanded LEA_TOC nozzle compared to the k-ω-SST model.
Keywords: Numerical Simulation, Thrust Optimized Parabolic Nozzle, Flow Separation Pattern, Generalized K-Omega Turbulence Model -
تحلیل جریان سیال همراه با کاویتاسیون در کاربردهای هیدرودینامیکی بسیار حایز اهمیت است. در این ارتباط پیش بینی دقیق ابعاد کاویتی و نوزیع فشار و دینامیک جریان اطراف و داخل کاویتی بخصوص در محل بسته شدن کاویتی بسیار مورد توجه بوده است. در این مقاله جریان همراه با کاویتاسیون حول پرتابه های استوانه ای با دماغه سر تخت و نیم کروی بصورت عددی بررسی شده است. بدین منظور در مقاله حاضر چهار مدل آشفتگی k-ε-Realizeable، K-ω، k-ω SST و GEKO توسط نرم افزار فلوینت بررسی شده است. مدل کاویتاسیون زوارت برای تحلیل جریان استفاده گردیده است. در این پژوهش جریان با دامنه اعداد کاویتاسیون مختلف (8/1 تا 1/0) با نتایج تجربی و عددی دیگران مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد مدل آشفتگی اخیر ارایه شده توسط منتر بنام GEnelarilized-KOmega (GEKO) که دو معادله اضافی حل می کند و جدیدا به نرم افزار فلوینت افزوده شده است خصوصا برای اعداد کاویتاسیون بزرگتر به همراه مدل کاویتاسیون زوارت جواب به مراتب بهتری ارایه می دهد.کلید واژگان: کاویتیاسیون، سیلندر سر تخت، سیلندر سر نیم کروی، مدل آشفتگی GEKOIn hydrodynamic applications, accurately predicting fluid flows with cavitation is very important. In this regard, prediction of the cavity dimensions and the pressure distribution and the flow dynamics, inside and around the cavity, specifically at the closing point has frequently been under consideration. In this study, cavitating flow around cylindrical projectiles with flat or hemispherical heads is considered numerically. To this end, four turbulence models of k-ε-Realizeable, k-ω Standard, k-ω SST, and GEKO, in combination with the Zwart cavitation model are considered using the Fluent software. Flows with a vast range of cavitation numbers (0.1-1.8) are considered in comparison with the experimental and numerical results of other researchers. Our results show that the last turbulence model proposed by Menter, namely the GEnelarilized-KOmega )GEKO( model, in which two extra equations are solved, predicts the results much better, particularly for higher cavitation numbers.Keywords: Cavitation, Flat Cylinder Head, Hemispherical Cylinder Head, GEKO turbulence model
-
در پژوهش حاضر تحقیق بر روی توربین کروی لوسید از دسته توربین های جریان متقاطع انجام شده است. از شبیه سازی سه بعدی پایا جهت ارزیابی قدرت خروجی و عملکرد این نوع توربین در یک کانال با سرعت جریان کم استفاده شده است. از مدل آشفتگی k-ω SST جهت جریان آشفته اطراف توربین استفاده شده است. از نتایج تجربی باچانت و وزنیک گزارش شده برای توربین کروی لوسید، برای تایید صحت شبیه سازی ها استفاده شده است. اثر سه پارامتر موثر بر عملکرد توربین شامل تعداد ، طول وتر و نوع مقطع پره ها در دامنه ای از نسبت سرعت های نوک پره مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزایش طول وتر پره در نسبت سرعت های کمتر باعث افزایش 15 درصدی ضریب توان توربین نسبت به نوع اصلی آن می شود. همچنین در توربین با سه پره بهترین نتایج به دست آمد که منجر به افزایش ضریب توان به اندازه 12.5درصد شده است. نهایتا بدست آمد که استفاده از ایرفویل های نامتقارن تاثیر مثبتی بر روی عملکرد توربین دارد.کلید واژگان: توربین کروی لوسید، ضریب توان، توربین آبی، تعداد پره، ابعاد پرهIn this paper the research has been performed on the cross-axis flow Lucid spherical turbine. Three-dimensional steady numerical simulation is used to determine power output and performance of this kind of turbines for low velocities in a channel. The k-ω SST turbulence model is used to perform the turbulent steady flows around the turbine. Further, Bachant and Wosnik's experimental data reported for spherical Lucid turbine, is employed to confirm the simulations. The influence of three effective parameters of blades, including the chord length, the number of blades and the type of airfoil section on the turbine performance are investigated over a range of tip-speed-ratios. It was found that increasing the blade chord length in lower speed tip ratios cause to increase the power coefficient up to %15 compared to the original version. Also, for the turbine with three blades, the best results were obtained by which, the power coefficient increased by 12.5%. Finally, it is obtained that using asymmetric airfoil section for blades has a positive effect on the turbine performance.Keywords: Lucid spherical turbine, power coefficient, water turbine, number of blades, Blade dimensions
-
بهبود عملکرد آیرودینامیکی وسایل نقلیه به علت تاثیر بر مصرف سوخت، پایداری و کنترل پذیری خودروها همواره مورد توجه مهندسان بوده است. در این پژوهش جهت دستیابی به دیدگاه اجمالی از تاثیرگذاری روش های بهبود عملکرد آیرودینامیکی خودروها، مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه کاهش نیروهای آیرودینامیکی با استفاده از روش کنترل جریان انفعالی صورت گرفته است که می تواند در بررسی، پیاده سازی و انتخاب روش مناسب تاثیرگذار باشد. نتایج حاصل نشان دهنده اهمیت بالای طراحی بدنه خودرو در کاهش نیروی پسا و نیروی برآاست به طوری که ایجاد کانال و انحنا در طرفین خودرو جهت انتقال جریان هوا از نواحی فشار بالا در جلوی بدنه به نواحی فشار پایین در پشت بدنه بیشترین میزان کاهش نیروی پسا را در پی دارد. همچنین استفاده از اسپویلر در انتهای بدنه به جهت تاخیر در جدایش و هدایت جریان هوا به سمت بالا، موجب کاهش نیروی برآ می گردد. تاثیر این روش ها بر کاهش نیروهای آیرودینامیکی بیش از سایر مکانیزم ها است، اما میزان دقیق تاثیرگذاری هر روش به نوع خودرو و نحوه پیاده سازی آن بر روی بدنه بستگی دارد.
کلید واژگان: آیرودینامیک، خودرو، نیروی پسا، نیروی برآ، کنترل جریان انفعالیImproving the aerodynamic performance of vehicles due to the impact on fuel consumption, stability and controllability of vehicles has always been on the attention of engineers. In this study, in order to obtain a brief view of the effectiveness of methods to improve the aerodynamic performance of vehicles, a review of research conducted to reduce aerodynamic forces using the passive flow control method, which can be effective in consideration, implementation and selection of the proper method. The results show the high importance of car body design in reducing drag and lift such that implementing the channel and curvature on the sides of the car to transfer air flow from high pressure areas in front of the body to low pressure areas behind the body has the highest value of reduction in drag force. Also, using a spoiler at the end of the body to delay separation and to direct airflow upwards reduces the lifting force. The effect of these methods on reducing aerodynamic forces is more than other mechanisms, but the exact extent of the effectiveness of each method depends on the type of vehicle and the way of its implementation on the body.
Keywords: Aerodynamics, vehicle, drag force, lift force, passive flow control -
در تحقیق حاضر، تاثیر پیش خلاء سازی در فرآیند راه اندازی دیفیوزر گلوگاه ثانویه در تست تجربی یک نازل نوع سهموی تراست بهینه بررسی شده است. در این بررسی از یک بستر آزمایشگاهی موسوم به تجهیزات تست ارتفاع بالا در مقیاس کوچک با سیال عامل هوای فشرده استفاده شده است. با توجه به اهمیت پارامتر بی بعد نسبت سطح مقطع ورودی دیفیوزر به سطح مقطع گلوگاه ثانویه آن، تاثیر تغییرات این پارامتر در فرآیند راه اندازی نازل و دیفیوزر مورد بررسی قرار گرفته است. در هریک از هندسه های ثابت دیفیوزر، به منظور بررسی عملکرد لحظه ای، فشارگذاری در محفظه نازل به صورت آنی در دو حالت همراه و بدون پیش خلاءسازی سیستم انجام گرفته و فشار محفظه خلاء و توزیع فشار استاتیکی در طول دیفیوزر اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد که اعمال پیش خلاءسازی در محفظه تست باعث کاهش 50 تا 60 درصدی زمان راه اندازی دیفیوزر می گردد. علاوه بر آن، پیش خلاءسازی محفظه تست باعث حذف پدیده مخرب گذار از الگوی جدایش جریان در زمان راه اندازی نازل و دیفیوزر می شود. همچنین مشاهده شده است که با تنگ تر شدن مجرای گلوگاه ثانویه دیفیوزر، کمینه فشار راه اندازی دیفیوزر افزایش یافته و در نهایت در نسبت سطح مشخصی جریان در گلوگاه ثانویه به حالت خفگی می رسد.
کلید واژگان: تجهیزات تست ارتفاع بالا، نازل سهموی بهینه تراست، پیش خلاءسازی، دیفیوزر گلوگاه ثانویهIn the present study, the effect of pre-evacuation on starting process of a second throat exhaust diffuser has been investigated experimentally by examining a thrust optimized parabolic nozzle. An experimental setup called high-altitude test facility has been used with compressed air as operating fluid. According to the importance of area ratio parameter (Ad/Ast) of a second throat diffuser, the effect of this parameter variation has been examined on the start-up performance of the nozzle and diffuser. In all of the diffuser geometries, to evaluate the instantaneous performances, the pressure in the nozzle chamber has charged instantly in two modes; with and without pre-evacuation. then, the vacuum chamber pressure and static pressure distribution along the diffuser are measured by a data acquisition system. The results show that pre-evacuation in the test chamber reduces the start-up time of the diffuser by 50 to 60%. In addition, pre-evacuating the test chamber eliminates the destructive transition phenomenon from the flow separation pattern during start-up of the nozzle and diffuser. Also, It is observed that with the narrowing of the diffuser’s second throat duct, the minimum starting pressure of the diffuser increases and eventually flow chocks at the second throat in a certain area ratio.
Keywords: High Altitude Test Facility, thrust optimized parabolic nozzle, Pre-evacuation, second throat exhaust diffuser -
بررسی پارامترهای هیدرودینامیکی اجسام در حال حرکت و کاملا غوطه ور در سیال به منظور شناخت اثرات سرعت، انحنا، ضخامت و زاویه حمله هیدروفویل از سال ها پیش و با روش های مختلف انجام می گیرد. نرم افزار محاسباتی فلوینت امکان حل معادلات حاکم با استفاده از روش VOF برای شبیه سازی جریان دوفازی آب و هوا را به خوبی فراهم کرده است. مدل آشفتگی استفاده شده در این تحقیق نیز، مدل آشفتگی رینولدز RSM است که عموما مدلی دقیق تر می باشد. در مطالعه حاضر، اثرات سطح آزاد و کف محدود بر روی هیدروفویل های غوطه ور به طور هم زمان بررسی شده و نتایج حاصل با نتایج به دست آمده از روش المان مرزی، مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد هیدروفویلی که در عمق بیشتری قرار گرفته، دارای ضرایب برآ و پسای بالاتر و نسبت برآ به پسای بیشتری است. هم چنین در آب های کم عمق هیدروفویل های با انحنای بیشتر و زاویه حمله کمتر از عملکرد بهتری برخوردارند و امواج پایین دست جریان زودتر میرا می شوند.
کلید واژگان: سطح آزاد، هیدروفویل، زیر سطح، عمق محدود، ضرایب هیدرودینامیکInvestigation of the hydrodynamic parameters of the moving objects under the free surface in order to study the effects of velocity, curvature, thickness and angle of attack of hydrofoils has been initiated since many years. The computational fluid dynamics software, FLUENT, provides the solution of the governing equations with VOF method for two phases flows. The RSM turbulence model is used in this article which is more accurate generally. In the present study, the effects of free surface and finite depth on the hydrofoils characteristics are investigated simultaneously and compared with those derived from the BEM method and validated with the existing and experimental values. The results show that for the hydrofoils in the more depth, the lift and drag coefficients and lift to drag fraction increases. Furthermore, in shallow water flows, the hydrofoils with higher camber and lower angle of attack have better performance and the downstream waves damp earlier.
Keywords: Free Surface, hydrofoil, Finite Depth, Hydrodynamics coefficients -
در این مقاله، اثر ایجاد محدودیت های مختلف در بهینه سازی سطوح آیرودینامیکی دو و سه بعدی در جریان های مغشوش و غیر لزج به روش الحاقی مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفته است. به منظور ارزیابی دقت و کارایی معادلات الحاقی مسئله بهینه سازی مورد نظر در ابتدا بدون در نظر گرفتن هیچگونه محدودیت هندسی و آیرودینامیکی بررسی شده، سپس نتایج مربوط به اعمال محدودیت های متنوع ارائه گردیده است. با استفاده از روش الحاقی اطلاعات کاملی از بردار تغییرات مورد نیاز جهت بهینه سازی را می توان با حل کردن فقط یکبار معادلات جریان حاکم و الحاقی، مستقل از تعداد پارامترهای طراحی، بدست آورد. نیروی پسا به عنوان تابع هدف انتخاب شده و از تابع شکل هیک – هن و روش تغییر شکل آزاد به ترتیب برای گسسته سازی هندسه های دو و سه بعدی استفاده شده است. نتایج حاکی از همگرایی بسیار خوب معادلات الحاقی است. همچنین با ایجاد محدودیت های مناسب در فرایند بهینه سازی شکل باز طراحی شده دارای بیشترین بازده بوده بدون اینکه قابلیت های اولیه آن نظیر مقدار نیروی برا دچار تغییر و دگرگونی شوند.کلید واژگان: معادلات الحاقی، بهینه سازی، شبکه نامنظم، محدودیت های هندسی و آیرودینامیکیIn this paper, the effect of different kind of constraints on two and three dimensional adjoint-based shape optimization of aerodynamic design in inviscid and turbulent flows has been investigated. To assess the accuracy and efficiency of the adjoint-based approach, a complete set of optimization problem is investigated: from none to fully aerodynamic and geometrical constraints. With the adjoint method, the complete gradient information needed in the design optimization can be obtained by solving the governing flow equations and the corresponding adjoint equations only once for each cost function, regardless of the number of design parameters. Drag forces was chosen to be the objective function. Hicks–Henne shape functions and free form deformation parameters are adopted for the surface geometry perturbations, for two and three dimensional geometries, respectivelyThe drag minimization results show that the adjoint equation converges well and with specifying the suitable constraints, the designed shape approaches to the most optimized level without the loss of performance.Keywords: Adjoint Equations, Shape Optimization, Unstructured Grid, Aerodynamic, Geometrical Constraints
-
در این تحقیق از روش چند شبکه غیر خطی همراه با پیش شرط جهت بهبود نرخ همگرایی و کاهش زمان محاسباتی معادلات حاکم بر جریان تراکم پذیر استفاده شده است. روش شبکه های چندگانه، به مجموعه ای از الگوریتم های محاسباتی گفته می شود که توسط سلسله مراتبی از گسسته سازی های متفاوت، برروی شبکه های فیزیکی مختلف با ابعاد متفاوت، فرایند حل معادلات دیفرانسیل را تسریع می بخشند. زمانی که در فرایند حل معادلات جریان، از الگوریتم چند شبکه غیر خطی جهت کاهش خطاهای عددی استفاده می شود، انتخاب روشی مناسب جهت هموار کردن نوسانات در سطوح مختلف شبکه، نقش مهمی در بهبود عملکرد آن ایفا می کند. در این پژوهش، از روش های پیش شرط گذاری جهت کاهش ناپایداری های سیستم معادلات خطی که در هر تکرار تولید می شوند استفاده شده است. از جمله نتایج این کار تحقیقاتی می توان به انتخاب روش پیش شرط گذاری مناسب جهت ترکیب با روش چند شبکه، ارزیابی روش چند شبکه در برخورد با جریان های مغشوش، آرام و غیر لزج و همچنین بررسی الگوریتم های مختلف جابجایی بین شبکه ها (چرخه) ، اشاره کرد.کلید واژگان: نرخ همگرایی، روش چند شبکه، جریان تراکم پذیر، پیش شرط گذاری، شبکه نامنظمIn this paper, the preconditioned nonlinear multigrid algorithm is used with aim of improving convergence rates,reducing CPUtime for solving compressible flow equations. MultiGrid (MG) methods are a group of algorithms that are used for acceleratingconvergence of differential equations using a series of discretizations. This method is based upon the principle that explains whenthe global (low-frequency) error of a fine mesh is represented on a coarse mesh, it retains the same characteristics as of the local(high-frequency) error, thus the same method for removing high frequency errors is also applicable in such situation. When thenonlinear multigrid algorithm drives the external iterations, the choice of smoother on each grid level plays an important role in theperformance. In this research, a preconditioning method has been used to reduce instabilities of the linear system that arise in eachiteration. Some important results of this research are: choosing the best preconditioning scheme to be coupled with MG method,assessment of MG method performance in equations of turbulence, laminar,inviscid flows,analysis of different cyclingschemes.Keywords: Convergence rate, multigrid method, compressible flow, preconditioning, unstructured grid
-
امروزه طراحی ایرفویل ها با توجه به روش های نوین شبیه سازی دچار تحول شگرفی شده است که به طراح امکان سنجیدن تاثیر عوامل مختلف بر کارایی ایرفویل را می دهد. بنابراین، انتخاب نوع بال امری حیاتی و مهم قلمداد می شود. به عبارت دیگر، طراحی یک بال خوب دغدغه اصلی یک طراح هواپیماست. در پروژه حاضر، تاثیر موج دار کردن سطح ایرفویل بر تغییرات ضریب برآ و پسا مورد مطالعه قرار گرفته است. نمودارهای ضرایب برآ و پسا، کانتور توزیع فشار و توزیع سرعت در زوایای حمله متفاوت مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که ایرفویلهای موج دار در زاویه حمله مشخص و نزدیکی زاویه واماندگی از عملکرد بهتری نسبت به ایرفویل بدون سطح مواج برخوردارند. همچنین، نتایج کارایی ایرفویل در زوایای حمله متفاوت که در قالب نمودار آورده شده است که بیانگر عملکرد مطلوب بال مواج دارد.کلید واژگان: ایرفویل موجدار، ضریب برآ، ضریب پساNowadays, with regard to the new methods of simulation, the designof airfoils have greatly changed and this allows the evaluation of the effect of various factors on the efficacy of airfoils. Thus, choosing the type of wing would be so important; in another term, designing a proper wing is what an airplane designer is mainly concerned with. In this project, the effect of airfoil wave surface on the changes of coefficients of lift and drag are studied. Graphs of lift and drag coefficients, Cantor Distribution Pressure and Cantor Distribution speed are alsoinspected in different attack angles. The achieved results indicate that wavy airfoils atspecific attack angle and also near the angle of extinction have a better performance than airfoils without wavy surface. The results of airfoil performance in different attack angles shown throughgraphs indicate the proper performance of wavy wing.Keywords: Wavyairfoil, Drag coefficient, Lift Coefficient
-
در این تحقیق به بررسی و اصلاح مدل آشفتگی k-e-v2 پرداخته شده است. مدل k-e-v2 اثرات ناشی از دیواره را در جریانهای آشفته پایا به خوبی اعمال می کند. در جریانهای آشفته ناپایا به علت پیچیدگی های خاص این نوع رژیم جریان اکثر مدلهای آشفتگی توانمندی لازم برای مدلسازی مناسب میدان جریان بخصوص در کنار دیواره را ندارند و مدل k-e-v2 با توجه به ماهیت متغیرهای مورد استفاده در آن دارای این قابلیت است. هر چند این مدل برای جریانهای آشفته شتابدار نسبت به سایر مدلها نتایج مطلوبتری را ارائه می کند اما به علت عدم انطباق دقیق نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی به اصلاح نیاز دارد. با بررسی پارامترهای مختلف موثر و متغیرهای دارای ضریب وزنی بالا در مدل k-e-v2 مشخص گردید. پارامتر مناسب برای اصلاح آن عبارت v2 است. با توجه به دیمانسیون مشابه این متغیر و انرژی جنبشی تلاطمی، با وارد کردن این پارامتر به معادله انتقال k ، مدل اصلاح شد. اعمال این اصلاح و حل مجدد معادلات انتقال نشان داد که نتایج قابل قبولی برای جریان متلاطم ناپایا بدست آمده است. برای بررسی تاثیر اصلاح مدل، مشخصه های مختلف تلاطمی از قبیل انرژی جنبشی آشفتگی و تنش برشی دیواره برای دوره های مختلف زمان شتابدهی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید اصلاح صورت گرفته مستقل از بازه زمانی دوره شتابدهی تاثیر مثبتی بر تقرب نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی دارد.کلید واژگان: جریان آشفته، جریان شتابدار، مدل، جریان داخل لولهIn this study k-e-v2 turbulence model has been considered and modified for pipe flows in accelerating condition. In order to determine the characteristics of the fluid under the non-periodic accelerating conditions and using water as the working fluid, k-e-v2 model has been under taken. This model imposes the wall effects into the flow field properly. However, most of turbulence models cannot predict this phenomenon appropriately for unsteady flows. Although, k-e-v2 model is the best among the same turbulence models, however, still it needs some modifications. First, the weight coefficient of various parameters effects available in this model have been considered thoroughly. Then the most effective parameter has been obtained. It has been found that the parameter and its differential equation must be modified to correlate the experimental data desirably. Considering the point that v2 has the same dimension of k-equation, its effect is imposed into this equation. Further, this modification has been examined for internal pipe flows with different periods of accelerations. It was found that the results of some characteristics of flow such as turbulence kinetic energy and wall shear stress for different accelerations of flow are improved desirably compared to the experimental data.Keywords: Turbulence Modeling, acceleration flow, model, Pipe Flow
-
کاربرد های متنوع و روز افزون وسایلی که در جریان با اعداد رینولدز پایین کار می کنند، باعث بوجود آمدن نیاز گسترده ای جهت بررسی دقیق آن ها شده است. بهینه سازی بخش مهمی از علوم محاسباتی است که موجب بهبود عملکرد و افزایش کارایی هندسه اولیه می شود. بیشتر مطالعات انجام گرفته در زمینه بهینه سازی آیرودینامیکی معطوف به جریان هایی با عدد رینولدز بالا می باشد، اما در وسایل آیرودینامیکی که ابعاد کوچکی دارند، مانند ریز پرنده ها، معمولا سرعت جریان پایین بوده و در نتیجه از نوسانات جریان که به دلیل جدایش ایجاد می شوند نمی توان صرف نظر کرد. دراین مقاله ایرفویل نوسانی با حرکت پیچش خالص در جریان مغشوش با عدد رینولدز پایین با استفاده از روش الحاقی پیوسته بهینه سازی شده است. نسبت نیروهای برا بر پسا به عنوان تابع هدف انتخاب شده و از تابع تغییر شکل آزاد برای گسسته سازی هندسه مورد نظر استفاده شده است. با توجه به اینکه بهینه سازی اجسام آیرودینامیکی به طور کلی شامل دو بخش حل معادلات جریان و سپس محاسبه گرادیان ها می باشد، جهت ارزیابی میزان دقت نتایج بدست آمده از فرایند بهینه سازی، در این مقاله، اعتبارسنجی برای هر دو بخش صورت پذیرفته است. نتایج حاکی از همگرایی بسیار خوب معادلات الحاقی است. همچنین با ایجاد محدودیت های مناسب در فرایند بهینه سازی شکل باز طراحی شده دارای بیشترین بازده بوده بدون اینکه قابلیت های اولیه آن دچار تغییر و دگرگونی شوند.کلید واژگان: روش الحاقی ناپایا، بهینه سازی، اعداد رینولدز پایین، جریان مغشوش، شبکه نامنظمThe growing and diverse applications of low Reynolds number operating vehicles impose the need for their accurate study. Optimization is an important part of computational science that can improve the performance and increase the efficiency of the initial geometry. most of the research studies on aerodynamic optimization were focused on high Reynolds number airfoils. But for aerodynamic devices that have small dimensions, like MAVs, usually the flow speed is low and thus the unsteady effects caused by boundary layer separation cannot be neglected. In this article, oscillating airfoil with pitching motion in turbulent and low Reynolds flow has been optimized with the continuous adjoint method. Drag to lift ratio was chosen to be the objective function and free form deformation parameters is adopted for the surface geometry perturbations. Since aerodynamic optimization generally consists of two parts, first solving the flow equation and then computing the gradient of the objective function, in this article in order to evaluate the accuracy of the optimization process both has been validated. The results show that the adjoint equation converges well and with specifying the suitable constraints, the designed shape approaches to the most optimized level without the loss of performance.Keywords: Unsteady Adjoint Method, Optimization, Low Reynolds Numbers, Turbulent Flow, Unstructured grids
-
در این مقاله معادلات کامل ناویر- استوکس دو بعدی در جریان خارجی آشفته به طور عددی مدل سازی شده است، بدین منظور، جهت محاسبه شارهای غیر لزج از روش بالادستیAusm+up و برای مدل سازی جریان آشفته از مدل تک معادله ای اسپالارت- آلماراس استفاده شده است. مدل اسپالارت- آلماراس به کارگرفته شده، نسخه اصلاح شده این مدل آشفتگی است که از تولید لزجت دینامیکی منفی جلوگیری می کند. این مسئله کمتر در مقالات مورد توجه قرار گرفته است. اصلاحیه مطرح شده به کمک تصحیح ترم های پخش و چشمه در تک معادله مدل آشفتگی انجام شده است. جهت اعتبار سنجی دقت و پایداری مدل آشفتگی و روش محاسبه شار ها جریان کاملا آشفته با رینولدز در ماخ 799/0 در زاویه حمله 26/2 درجه و همچنین جریان با رینولدز و زوایای حمله (صفر و ده) درجه در اطراف ایرفویل NACA0012 بررسی شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد، فریم محاسباتی طراحی شده تطبیق مناسبی با داده های آزمایشگاهی دارد و به علاوه تعداد تکرار لازم برای همگرایی کاهش یافته است.کلید واژگان: مدل اصلاح شده ی اسپالارت، آلماراس، ویسکوزیته دینامیکی منفی، پایداری و دقت حلIn this paper, the full two-dimensional NavierStokes equations in the external turbulent flow were numerically modeled. Thus, in order to calculate the fluxes, the Ausm method was utilized and for modeling turbulent flows, the single-equation Spalart-Allmaras model was used. The employed Spalart-Allmaras model is a modification of this turbulence model, which prevents the formation of negative dynamic viscosity, a point that has gone generally unnoticed. The suggested modification was conducted on the distributing and the source terms in the single equation of turbulence model. For validation and assessment of accuracy and stability of the turbulence model and the calculation method of fluxes, the totally turbulent flow with Reynolds number of 9106 and Mach number of 0.799 and angle of attack 2.26 and also flow with Reynolds numbers of 6106 and and Mach number of 0.15 and angles of attack zero,10 around NACA 0012 airfoil are investigate. The results of this study show that computational framework designed have a good agreement with experimental data .furthermore the number of iterations required for convergence is reduced.Keywords: Modified Spalart-Allmaras Model, Negative Daynamic Viscosity, Accuracy, Stability of Solution
-
در این مقاله جریان همراه با کاویتاسیون برروی پرتابه های متقارن محوری با کاویتاتور سوراخدار و بدون سوراخ با استفاده از روش های حجم کنترل و المان مرزی شبیه سازی شده است. در روش عددی از رویکرد جریان تعادلی همگن استفاده شد، همچنین از مدل زوارت برای تکمیل دستگاه معادلات و مدلسازی انتقال جرم بهره گرفته شده است. در روش المان مرزی با توزیع دوگان روی سطح جسم و کاویتی و توزیع چشمه روی سطح کاویتی شرایط برای استفاده از تئوری گرین در حل جریان های پتانسیل فراهم گشت، همچنین جهت اضافه کردن اثرات سوراخ تعدادی چشمه برروی سطح کاویتاتور قرار داده شد. اعتبارسنجی نتایج برای هر دو روش به وسیله روابط تحلیلی و داده های آزمایشگاهی صورت پذیرفته است. به طور کلی نتایج این کار تحقیقاتی در دو بخش ارائه می گردد. در قسمت اول خواص هیدرودینامیک کاویتاتور سوراخدار همچون ابعاد کاویتی، نیروی های هیدرودینامیکی، رفتار جریان و... با استفاده روش های مبتنی بر حل معادلات ناویر استوکس مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. سپس در بخش بعد از روش المان مرزی برای تحلیل جریان کاویتاسیونی همراه با کاویتاتور سوراخدار برروی هندسه های کاربردی در ابعاد واقعی استفاده می شود. از مهمترین نتایج این پژوهش می توان به کاهش ابعاد کاویتی و همچنین افزایش نیروی وارد بر پرتابه در حین استفاده از کاویتاتور سوراخدار اشاره کرد. همچنین روابطی نیز برای حداکثر طول و قطر کاویتی تشکیل شده برروی هندسه استوانه سرتخت نسبت به عدد کاویتاسیون و قطر سوراخ ارائه شده است.کلید واژگان: روش عددی، روش المان مرزی، کاویتاتور سوراخدار، پرتابهIn this article, cavitation flow around axisymmetric projectiles with ringed and non-ringed cavitator has been investigated using control volume and boundary element methods. In the numerical method, the homogeneous equilibrium approach as well as the zwart model, for modeling the mass transfer and forming the system of equation, have been used. In the boundary element approach with dipole distribution on the body and cavity surfaces and source distribution on the cavity surface, the right conditions were set for using the Green's theorem in solving the potential flow. Moreover, some source components were imposed on the cavitator surface in order to add the hole effects. The validation procedure for both methods has been done by analytical and experimental data. In general, the results of this research are presented in two parts. In the first part, hydrodynamic properties of ringed cavitator such as cavity dimensions, intended forces, flow behavior and etc are analysed deploying the numerical methods based on Navier Stokes equations. In the second part, the boundary element method has been used for the analysis of the cavitation flow around practical geometries with ringed cavitator. The most important finding of this study is reduction of the cavity dimensions and also an increase in the force on the projectile during the use of annular cavitator. In addition, as a result of this study, two equations for maximum length and maximum diameter of the formed cavity on the cylindrical body in relation to the cavitation number and hole diameter have been provided.Keywords: Numerical method, Boundary Element Method, Ringed Cavitator, Projectile
-
یکی از مهمترین مسائل هیدرودینامیک کاربردی بررسی هیدروفویل متحرک در نزدیکی سطح آزاد است. در این مقاله به شبیه سازی جریان حول هیدروفویل در نزدیکی سطح آزاد به روش المان مرزی پرداخته شده است. برای شبیه سازی با استفاده از روش المان مرزی، از یک روش تکرار مبتنی بر تئوری گرین استفاده شده است. برای این منظور مسئله به دو قسمت هیدروفویل و سطح آزاد تقسیم شده و اثرات هریک بر دیگری محاسبه می شود و پتانسیل اختلالی روی سطح آزاد و هیدروفویل بدست می آید. سپس به کمک یک الگوریتم تکرار مقادیر پتانسیل ها در هر مرحله اصلاح می شوند تا جواب ها به مقادیر واقعی همگرا شوند. سپس به وسیله این پتانسیل ها توزیع فشار روی هیدروفویل همچنین منحنی موج روی سطح آزاد بدست می آید. پس از اعتبارسنجی این روش به بررسی عوامل مختلف روی عملکرد هیدروفویل از قبیل ضخامت و انحنای هیدروفویل، عدد فرود، زاویه حمله و ارتفاع از سطح آزاد و همچنین سهم نیرو های برا و پسای حاصل از امواج پرداخته شده است. مشاهده می شود که نتایج روش المان مرزی با وجود فرض سیال ایده آل، با تقریب خوبی، عملکرد جریان را پیش بینی می کند.کلید واژگان: تئوری گرین، اثر سطح آزاد، روش المان مرزی، هیدروفویل دوبعدیOne of the most important issues of applied Hydrodynamics is Analysis of Moving hydrofoil near the free surface. In this paper attention is being paid to the analysis of hydrofoil near the free surface. For this simulation, an iterative method based on Greens theorem is employed, and the problem is divided to hydrofoil and free surface and the effects on each other is calculated, and then perturbation potential on hydrofoil and free surface are acquired. Next, the values of these potentials are modified with an iterative algorithm until the results converge to real values. Then by having these potentials, Pressure distribution on hydrofoil surface and curve wave on free surface are obtained. Having validated this method, various factors on the hydrofoil performance such as thickness, camber, angle of attack, the Froud number, distance from the free surface, and distance from depth are surveyed. It can be observed that the results of boundary element method with good approximation predict the flow performance. However, the existence of an ideal fluid is assumed.Keywords: Green's Theorem, Surface Effect, Boundary Elements Method, Two Dimension Hydrofoil
-
در این مقاله مدل سازی جریان پایای کاویتاسیون گسترده با استفاده از مدل غیرخطی پاره ای روش المان مرزی بررسی شده است. شبکه مورد استفاده از نوع ثابت بوده بنابراین قدرت چشمه و دوقطبی روی سطح هر المان و در هر مرحله ثابت می باشد. با توجه به استفاده از مدل غیرخطی پاره ای یا فرض ارتفاع کم کاویتی تمامی شرایط مرزی بر روی سطح جسم اعمال شده و هیچگونه محاسباتی بر روی سطح کاویتی انجام نمی گیرد. در این مدل عدد کاویتاسیون مقداری معلوم بوده و طول کاویتی در هر مرحله محاسبه می شود. چنانچه به مرحله ای رسیدیم که مقادیر بدست آمده در دو مرحله ی پیاپی تغییر ناچیزی داشته باشد طول نهایی کاویتی بدست آمده و ادامه حل متوقف می شود. بر پایه این روش، بطور ویژه دو شرط کوتای مورینو و فشاری تکرار شونده بر روی بال با مقطع ناکا 16006 به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است. شرط کوتای فشاری تکرار شونده در مقایسه با شرط کوتای مورینو دارای هزینه محاسباتی بالاتری بوده اما از طرفی دارای دقت بالاتری جهت برقراری شرط کوتا می باشد. نشان داده شده است که در مدل سازی جریان کاویتاسیون گسترده مدل کوتای مورینو شرط عدم اختلاف فشار در لبه ی فرار را نمی تواند برقرار کند و می بایست از شرط کوتای تکرار شونده استفاده شود. با توجه به اینکه مدل بسته شدن کاویتی از نوع ساده می باشد مقایسه نتایج نشان می دهد این روش دارای دقت بسیار خوبی در پیش بینی رفتار جریان همراه با کاویتاسیون با توجه به هزینه محاسباتی بسیار کم دارا می باشد.کلید واژگان: کاویتاسیون گسترده، شرط کوتا، روش المان مرزی، بالIn this paper simulation of steady super cavitation phenomenon Çhas been considered by using partial non-linear model of Boundary Element Method(BEM).The grid mesh used is fixed and the strength of dipole and source are constant on each element. With the assumption of a partial non-linear model the cavity condition is applied on the body with the assumption that cavity height is low. Thus there is not any calculation on the cavity surface, but it is restricted to only the panels on the body surface. Cavitation number is known at first and the cavity length is determined in every iteration. When the lengths obtained in two successive iterations are very close to each other it assumed to be the answer. Based on this method two Kutta conditions including Morino condition and Iterative Pressure Kutta Condition(IPKC) are studied to satisfy the wake surface condition. The application is a wing with NACA16006 section. Iterative pressure Kutta condition compared to Morino condition needs higher computational costs, but on the other hand leads to more accurate results. It has been shown that the simulation of the flow with super cavitation over wing leads to a pressure difference at the trailing edge of each strip if we use Morinos Kutta condition. While if Iterative Pressure Kutta Condition is usedthe results are satisfactory. Comparing the results show that this method leads to very accurate predictions for the behavior of flows with cavitation, while significantly lower computational cost is required if we use the simple cavity closure condition.Keywords: Super cavity, Kutta condition, Boundary Element Method(BEM), Wing
-
در سالهای اخیر دستیابی به یک روش عددی دقیق در رژیم های جریانی مختلف، برای گرفتن ناپیوستگی های جریان و حل دقیق آن به طوری که دارای حداقل نوسان و خطاهای عددی باشد، همواره مورد توجه بسیاری از محققین بوده است. نکته متمایز کننده این مقاله مقایسه عملکرد روش های تفاضل مرکزی و بالادست، در حل معادلات اویلر برای جریان های تراکم پذیر داخلی در محدوده وسیعی از ماخ های ورودی می باشد. در این تحقیق به بررسی توانایی سه روش بالادست +AUSM اتلاف مصنوعی اسکالر و کاسپ در محدوده ماخ های کم تا ماوراءصوت و در جریان غیرلزج یک بعدی در نازل همگرا- واگرا پرداخته شده است. همچنین توانایی روش AUSM+ و اسکالر، در جریان گذرصوتی غیرلزج دو بعدی بین پره های ثابت توربین در دو حالت خروجی مافوق صوت و مادون صوت بررسی شده است. در این بررسی ها عملکرد خوب روش AUSM+ با سرعت همگرایی بیشتر و خطای عددی کمتر در تمام رژیم های جریانی، درجریان داخل نازل همگرا- واگرا مشاهده شده است. در نمونه دوم در هر دو حالت جریان، روش AUSM+ ضمن ارائه نتایج منطبق بر نتایج آزمایشگاهی، دارای خطاهای عددی کمتر و ارضای بقای جرمی بهتر از روش اسکالر می باشد. لازم به ذکر است که روش AUSM+ برای ماخ های بالا نسبت به روش اسکالر به مراتب بهتر می باشد.کلید واژگان: روش های بالادست، روش های اتلاف مصنوعی، +AUSM، جریان تراکم پذیر داخلیIn recent years, achievement more accurate numerical method in different flow regimes for the discontinuities with less oscillation and numerical errors is the interest of many researchers. What distinguishes this paper is, comparison of the performance of artificial dissipation and upwind methods, in solving the Euler equations for internal compressible flows in a wide range of inlet Mach numbers. In this study we examined the ability of three AUSM upwind method, Scalar and Cusp artificial dissipation methodes from very low Mach up to ultrasound and non-viscous flow in a convergent-divergent nozzle. The ability of AUSM method and Scalar methods in two-dimensional inviscid sonic flow between turbine stator blades at both supersonic and subsonic outlet is also investigated. In this study an excellent performance for AUSM method with more convergence speed and low numerical error in all flow regimes at a converging-diverging nozzle is observed. In the second example, in both flow AUSM method presents the results based on experimental, with low numerical errors and satisfy the mass conservation better than Scalar. It should be mentioned that the AUSM method is highly recommended for higher Mach numbers.Keywords: upwind methodes, artificial dissipation schemes, AUSM+, compressable internal flow
-
در این تحقیق، دینامیک پرواز نه هندسه از موشک هدایت شونده مافوق صوت، با دماغه انعطاف پذیرپیوسته، ارزیابی شده است. هندسه مورد بررسی، شامل دماغه اجایو مماسی با نوک کروی، بالک های پایدارکننده در انتها و بدنه استوانه ای است که بخش میانی بدنه، به شکل قوسی از دایره خمیده می شود. بدنه استوانه ای از سه بخش تشکیل شده است، بخش ثابت در مجاورت دماغه، بخش انعطاف پذیردر وسط و بدنه اصلی در مجاورت بالک ها قرار دارد. در این تحقیق اثر طول بخش های ثابت و انعطاف پذیربر دینامیک پرواز در سناریوهای موشک زمین به زمین و پدافند هوایی بررسی شده است. جهت حل معادلات کامل ناویر استوکس و تاثیر آشفتگی، از روش حجم محدود و مدل اغتشاشی بلدوین-لمکس استفاده شده است. یک کد 3 درجه آزادی برای محاسبه دینامیک پرواز دو بعدی موشک ها تولید شده است و منطق هدایت «تعقیب خالص» به عنوان زیربرنامه به کد افزوده شده است. مشاهده گردیده که هر چند با افزایش طول بخش ثابت و یا طول بخش انعطاف پذیرقدرت مانور افزایش می یابد ولی این امر می تواند در بعضی از سناریوهای پروازی منجر به افزایش زمان پرواز و خطای بیش تر در هدف زنی شود. انعطاف دماغه باعث خارج از محوری جرم و ایجاد گشتاور نیروی پیشران می شود. بررسی موشک زمین به زمین نشان می دهد که این گشتاور علاوه بر افزایش دقت برخورد، قابلیت جابجایی هدف را نیز افزایش می دهد. در موشک پدافندی با افزایش Fix یا Flex، محدوده زاویه شلیک مجاز افزایش می یابد ولی سنگین بودن دماغه و افزایش نقش گشتاور نیروی پیشران باعث می شود نقش هندسه دماغه کمرنگ شود.کلید واژگان: دماغه متحرک، بدنه انعطاف پذیر_ قدرت مانور، آیرودینامیک، دینامیک پروازThe flight dynamics of nine configurations of supersonic continuous deflectable nose guided missiles have been investigated. The studied configurations consist of a spherical nose tip, a tangent ogive, a set of stabilizing tail fins and a cylindrical body that its mid-section is flexible to form an arc of a circle. So the cylindrical body consists of a fix part in vicinity of nose, middle flexible part and main body with stabilizers. The effects of fix length and flexible length parameters on the flight dynamics of surface to surface, antiaircraft and antimissile missiles have been studied. A code has been developed to solve full Navier-Stokes equations using finite volume and modified Baldwin-Lomax turbulence model. Further, a 3 degree of freedom code has been developed to compare planar flight dynamics of missiles. This code consists of a guidance subroutine based on pure persuit law. The results show that even increase of fixed and flexible lengths enhance the maneuverability of the missile, but in some scenarios this can lead to increased flight time and more errors in the target engagement. Deflected nose relocates mass center away from the axis and a thrust vector torque is created. Study of surface to surface scenario shows that this torque improves accuracy of targeting and the ability of target dislocation. In air defense missiles, increase of Fix and Flex variables, will extend the limits of allowable firing angle. However, a heavy nose increases the role of thrust torque and subsequently decreases the role of nose geometry.Keywords: Deflectable nose, Body flexure, Maneuverability, Aerodynamics, Flight dynamic
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.