مهندس محمود نوروزی
-
امروزه، با توجه به حرکت صنایع در مسیر هوشمندسازی، استفاده از مواد هوشمند در صنعت به طور پیوسته در حال گسترش است. الاستومرهای مگنتوریولوژیکال، از جمله مواد هوشمندی هستند که به دلیل داشتن دو ویژگی مهم یعنی سفتی و میرایی قابل تنظیم، دارای کاربردهای فراوانی در صنعت شده-اند. با توجه به این مهم، شناخت رفتار و عملکرد این مواد در سیستم های مختلف یک امر ضروری می باشد. در این پژوهش، با ساخت الاستومرهای مگنتوریولوژیکال و انجام آزمایش کشش-فشار تحت مقادیر مختلفی از فرکانس، کرنش، چگالی شار مغناطیسی و پیش کرنش بر روی آنها، به بررسی رفتار این مواد و تحلیل اثر پیش کرنش بر مدول دینامیکی و رفتار تنش-کرنش آنها و مدلسازی این رفتار پرداخته می شود. ارزیابی اثر پیش کرنش بر مدول دینامیکی و رفتار تنش-کرنش، بررسی اثر پارامترهای دیگری چون فرکانس، کرنش و چگالی شار مغناطیسی بر پاسخ دینامیکی این مواد، و ارایه یک مدل جدید با لحاظ کردن اثر پیش کرنش برای پیش بینی رفتار آنها در شرایط بارگذاری مختلف، از نوآوری های مهم این پژوهش به شمار می آیند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهند که اعمال پیش کرنش، باعث افزایش مدول دینامیکی در کلیه حالت های بارگذاری می شود. علاوه بر آن، مقدار اثر مگنتوریولوژیکال نسبی با اعمال پیش کرنش کمتر شده و بیشترین اثر مگنتوریولوژیکال نسبی به میزان 32/288% در کرنش 4%، فرکانس 7 هرتز و بدون اعمال پیش کرنش ایجاد می شود.
کلید واژگان: الاستومر مگنتورئولوژیکال, پیش کرنش استاتیکی, مدول دینامیکی, تنش-کرنش, الگوریتم ژنتیکNowadays, the utilization of smart materials is experiencing rapid growth across a wide range of industrial systems. Magnetorheological elastomers are a class of smart materials and possess two unique features, i.e. adjustable hardness and damping capabilities. These characteristics make them widely used in various industrial applications. Hence, understanding their behavior in different systems is necessary. The focus of this work is to study the dynamic behavior of magnetorheological elastomers under different static pre-strains in tension-compression mode. In this study, three isotropic samples were fabricated and the force-deflection features of them were acquired under harmonic excitation with various strain amplitudes, static pre-strains, frequencies, and magnetic flux densities. Assess the effect of static pre-strain on the dynamic response of the magnetorheological elastomers, studying the effects of other parameters like strains, frequencies, and magnetic flux densities on the dynamic modulus of magnetorheological elastomers, and proposing a novel phenomenological-based model to predict the viscoelastic behavior of magnetorheological elastomers are the innovative aspects of this study. The results showed that the dynamic modulus of magnetorheological elastomers will increase by superimposing the static pre-strain. Furthermore, the relative MR effect decreases when the static pre-strain is applied. The maximum relative MR effect of 288.3158% have been achieved at a strain of 4%, a frequency of 7 Hz, and a static pre-strain of 0%.
Keywords: Magnetorheological elastomer, Static pre-strain, Dynamic modulus, Stress-strain, genetic algorithm -
یکی از ویژگی منحصربه فرد سیالات ویسکوالاستیک در جریان های برشی ناپایای، رفتار نوسانی میرا شونده در میدان سرعت بدون اعمال نوسان و نیروی خارجی است؛ عامل به وجود آورنده این ویژگی خاصیت الاستیک این سیالات است. در مقاله حاضر، برای اولین بار از روش پیش شرط توانی حسگر محلی تنش برای پایداری حل عددی جریان های ناپایای سیال ویسکوالاستیک در حال عبور از بین دو صفحه موازی ثابت استفاده می شود. برای شبیه سازی حاضر، از مدل ماکسول ساده استفاده شده است. در این روش با افزودن جمله مشتق زمانی کاذب به معادلات حاکم، شکل معادلات هذلولوی (تراکم پذیر مصنوعی) می شود. با به دست آوردن ماتریس پیش شرط این معادلات که از رابطه توانی میدان تنش به صورت محلی تصحیح می شود، با استفاده از یک الگوریتم دوزمانه که شامل حلقه داخلی و خارجی است، حل معادلات جریان ناپایای تراکم ناپذیر به صورت تراکم پذیری مصنوعی امکان پذیر می شود. جهت همگرایی حلقه داخلی ، از روش عددی وثوقی فر چهارمرحله ای استفاده می شود. جهت گسسته سازی معادلات از روش تفاضل محدود و شبکه جابجا شده استفاده شده است. محاسبات جریان های ناپایای سیال ویسکوالاستیک برای اعداد رینولدز، اعداد وایزنبرگ و مقادیر نسبت لزجت مختلف ارایه شده است. نتایج به دست آماده دارای انطباق مناسبی با نتایج عددی دارد. نتایج نرخ همگرایی نشان می دهد که روش پیش شرط توانی حسگر محلی تنش برای نسبت لزجت کمتر از 5/0 دارای پایداری زیاد، افزایش سرعت همگرایی و کاهش هزینه زمانی محاسبات می شود.کلید واژگان: روش پیش شرط توانی, حسگر تنش, الگوریتم ضمنی دوزمانه, جریان ناپایای سیال ویسکوالاستیک, سرعت همگراییOne of the unique features of viscoelastic fluids in unsteady flows is the damping oscillatory behavior without using oscillation and external force, the cause of this is the elastic feature of these fluids. In this essay, the power-law preconditioning method of local stress sensors is used for the first time, to solve the numerical solutions of unsteady flows of viscoelastic fluid while passing through two fixed parallel planes. The Maxwell's equations have been used for this simulation. In this method, by adding a false time derivative to the governing equations, the formation of equations become hyperbola (artificial compressibility). By acquiring the preconditioning matrix of these equations that are corrected from the relationship between stress fields, solving unsteady incompressible flow equations as artificial compressible, is possible when using a dual-time algorithm that contains inner and external cordon. For convergence of inner cordon , Vossougi Far’s four-step numerical method is used. For discretization of equations, the first-order finite difference and second-order finite difference are used. The calculations of unsteady flows of viscoelastic fluid for Reynolds numbers, Weissenberg numbers and various passive viscosity ratio, are presented. These results are similar to numerical results. The convergence rate results show that the power-law preconditioned method of local stress sensor for a viscosity ratio of less than 0.5 for high stability, increase the convergence speed and reduce the cost of calculations.Keywords: Power-law preconditioning method, Stress sensor, Dual-time implicit algorithm, Unsteady flow of the viscoelastic fluid, Convergence rate
-
در این مقاله، با به کارگیری مطالعات تجربی حاصل از روش طراحی آزمایش ها، به بررسی تاثیر پارامترهای نسبت پرشدگی حجمی و نسبت طول اواپراتور و کندانسور بر عملکرد لوله ی حرارتی نوسانی، با استفاده از روش سطح پاسخ پرداخته شده است. روش سطح پاسخ به مجموعه ای از فن های آماری و ریاضیات کاربردی برای ساخت مدل های تجربی باهدف کاهش آزمایش ها هست. پژوهش حاضر در راستای بهبود عملکرد لوله ی حرارتی نوسانی، مقاومت حرارتی کمینه تحت تاثیر دو پارامتر را موردمطالعه قرار می دهد. لوله ی حرارتی نوسانی موردبررسی به ابعاد کلی 3×210×200 میلی متر متشکل از چهار دور لوله-ی مسی با قطرهای داخلی و خارجی به ترتیب 4/2 و 3 میلی متر است. نتایج تجربی حاکی از آن است که تغییرات مقاومت حرارتی برحسب پارامترهای نسبت پرشدگی حجمی و نسبت طول اواپراتور به کندانسور، دارای نقطه عطفی است که تا قبل از آن ارتباط مقاومت حرارتی و هریک از پارامترها به صورت معکوس و پس از آن مستقیم خواهد بود.کلید واژگان: لوله حرارتی نوسانی, مقاومت حرارتی, نسبت طول اواپراتور به کندانسور, نسبت پرشدگیIn this paper, using experimental studies, the effect of volumetric filling ratio and evaporator and condenser length ratio on the performance of the pulsating heat pipe has been investigated using the response surface methodology. The surface methodology is a response to a set of statistical techniques and applied mathematics to construct experimental models with the aim of reducing experiments. In order to improve the performance of the pulsating heat pipe, the present study studies the minimum thermal resistance under the influence of two parameters. The pulsating heat pipe with general dimensions of 3 × 210 × 200 mm consists of four rounds of copper pipe with internal and external diameters of 2.4 and 3 mm, respectively. Experimental results show that the changes in thermal resistance in terms of the parameters of the volume filling ratio and the ratio of the length of the evaporator to the condenser, has a turning point before which the relationship between thermal resistance and each of the parameters will be inverted and then direct.Keywords: Pulsating Heat Pipe, thermal resistance, Evaporator to condenser length ratio, Filling Ratio
-
این مطالعه با هدف انجام شبیه سازی سه بعدی سیستم خنک کاری داخلی توربین گاز برای حالت ثابت و چرخان در ناحیه میانی کانال های صاف چهارگذره جهت ارزیابی جریان سیال و انتقال گرمای آشفته انجام شده است. هندسه خم به حالت U-شکل تغییر کرده و پره راهنما در ناحیه خم به منظور افزایش عملکرد کلی کانال خنک کننده نصب شده است. نتایج معادلات حاکم با استفاده از مدل آشفتگی تنش رینولدز به دست آمده است. کانال های خنک کننده در سه عدد رینولدز مختلف از 20000 تا 60000 و عدد چرخش 13/0 شبیه سازی شده است. تاثیر پره ی راهنما در ناحیه ی خم U-شکل، علاوه بر کاهش ناحیه ی حباب جدایش و چرخش سیال در جریان بالا دست خم، باعث ساختار جریان یکنواخت تر در ناحیه خم و گذرگاه بعدی می شود. بطوری که اصلاح خم و استفاده از پره هدایتگر جریان نسبت به هندسه مبنا در حالت ثابت افت فشار و ضریب عملکرد حرارتی را به ترتیب در حدود4/13% کاهش و 5/22% افزایش می دهد. اثرگذاری پره راهنما بر میزان انتقال گرما در حالت چرخان محسوس نمی باشد، اما به دلیل کاهش افت فشار سبب افزایش میزان ضریب عملکرد حرارتی تا 4/9% خواهد شد.کلید واژگان: توربین گاز, خنک کاری داخلی, کانال های چهار گذره, مدل توربولانسی تنش رینولدزی, پره ی راهنما, عملکرد حرارتیThis study is aims to perform three-dimensional simulation gas turbine internal cooling system for stationary and rotating mode at the middle region of four-pass smooth channels to assess fluid flow and turbulent heat transfer. The geometry of bend has been changed to U-shape turn and the guide vane in the bending region is Installed in order to enhance higher overall performance the cooling channel. The results of the governing equations are obtained using the Reynolds stress turbulence model. cooling channels are simulated in three different Reynolds numbers ranges from 20,000 to 60,000 and the rotation number of 0/13. The effect of the guide vanes on the U-shaped bend region, in addition to reducing the separation bubble area and circulation fluid in the upstream bend flow, it causes more uniform flow structure in the bend region and subsequent passage. So that the correction of bend and the use of flow guide vane to the base geometry in the case stationary of pressure drop and the coefficient of thermal performance decreases by about 13.4% and increases by 22.5%, respectively. The effect of the guide van on the amount of heat transfer in the rotating state is not noticeable, but due to the reduction of pressure drop, it increases the coefficient of thermal performance up to 9.4%.Keywords: Gas turbine, Internal cooling, four-pass channels, RSM model, Turning vane
-
در مقاله حاضر تشکیل و رشد تاج بر اثر برخورد مایل قطره بر لایه سیال در سیالات غیرنیوتنی ویسکوالاستیک به صورت عددی و در حالت دو بعدی تحت بررسی قرار گرفته است. از روش حجم محدود جهت مدلسازی معادلات حاکم و از روش حجم سیال جهت ردگیری سطح آزاد بین دو سیال استفاده شده است. در این مطالعه از مدل اولدروید- بی به عنوان معادله ساختاری جهت مدلسازی فاز سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. در تحلیل عددی حاضر تشکیل و رشد زمانی هندسه تاج مورد تاکید است و تاثیر نیروهای الاستیک سیال و کشش سطحی بر روی آن مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بیانگر آن است که افزایش در مقدار عدد وایزنبرگ، نسبت ویسکوزیته و عدد وبر سبب افزایش در مقادیر ارتفاع (*Z) و طول پخش (*S) بدون بعد تاج در زمان های مختلف می شود. از طرفی در سیالات ویسکوالاستیک افزایش زاویه برخورد در کنترل متغیر ارتفاع Z* هندسه تاج اثر قابل ملاحظه ای دارد و از طرف مقابل تاثیر چشمگیری بر طول پخش *S ندارد. همچنین نتایج بیانگر آن است که با افزایش ضخامت لایه سیال ارتفاع تاج افزایش و تغییرات طول پخش تاج روند کاهشی به خود می گیرد. از مهمترین نتایج قابل حصول از تحقیق حاضر می توان به تاثیر شگرف توامان خاصیت الاستیک سیال و کشش سطحی بر گسترش ابعاد تاج تشکیل شده از برخورد مایل قطره سیال اشاره کرد.
کلید واژگان: سیال غیرنیوتنی ویسکوالاستیک, برخورد مایل قطره, تشکیل و رشد تاج, جریان دو فاز, روش حجم سیالIn this paper, the crown formation and temporal propagation due to the oblique impact of a plane two-dimensional drop onto preexisting film in the non-Newtonian viscoelastic fluid are analyzed numerically. The finite volume method is applied to solve the governing equations and the volume of fluid technique is used to track the free surface of liquid phases. Here, the well-known Oldroyd-B model is used as the constitutive equation for the viscoelastic phase. However, the formation and temporal evolution of the crown’s shape is emphasized and the effects of elastic and surface tension forces on the crown’s dynamic are considered in detail. The results show that the increase in Weissenberg number, viscosity ratio, and Weber number leads to an increase in both the dimensionless crown height (Z*) and spread factor (S*), while impact angle has a major effect on the control of the crown’s height, on the other hand, this parameter has a negligible effect on spread factor in viscoelastic fluid. Moreover, by thickening of fluid film, the crown’s height increase, and the crown’s radius decrease. As the main finding of the present study, the fluid’s elasticity in the presence of surface tension force can enhance the rate of the crown propagation in the impact of an oblique drop onto liquid film.
Keywords: Viscoelastic Non-Newtonian Fluid, Oblique Drop Impact, Crown Formation, Propagation, Two Phase Flow, Volume Of Fluid -
سیال های مگنتورئولوژیکال، یکی از انواع سیال های هوشمند می باشند که به طور گسترده در کاربردهای مهندسی ازجمله دمپینگ ارتعاشات در دمپرهای مگنتورئولوویکال، بکار می روند و تحت میدان مغناطیسی دارای تنش تسلیم و ویسکوزیته قابل افزایش و کنترل می باشند. در این پژوهش، پس از انجام آزمایش روی سه نمونه پودر آهن کربونیل و تست پایداری، سیال بهینه انتخاب می شود. نتایج به دست آمده برای سیال بهینه ساخته شده با 85% وزنی پودر آهن، مشابه نتایج روغن لرد (ساخت آمریکا) می باشد. همچنین یک مدل غیر نیوتونی اصلاح شده جدید جهت مدل سازی رفتار سیال مگنتورئولوژیکال بهینه، ارائه شد که نسبت به مدل های متداول بینگهام پلاستیک و هرچل بالکلی، دارای دقت بیشتری بوده و در مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی قابل استفاده است. سپس، ضمن مدل سازی یک نمونه دمپر مگنتورئولوژیکال با استفاده از مدل مذکور و مدل بینگهام پلاستیک و روش های دینامیک سیالات محاسباتی، تحلیلی شبه استاتیک و ناپایای ارائه شده، نتایج بدست آمده ااعتبارسنجی شد. نتایج حاصل نشان می دهد، در نظر نگرفتن اثر رقیق شوندگی سیال، تنش برشی سیال روی دیواره، ترم اینرسی و اثر میدان مغناطیسی بر ویسکوزیته پلاستیک، باعث خطای قابل توجه، بخصوص با افزایش میدان مغناطیسی، عدد رینولدز و عرض شیار پیستون می شود و روش های ارائه شده در این پژوهش، دقیق تر می باشد.
کلید واژگان: سیال مگنتورئولوژیکال, دمپر مگنتورئولوژیکال, مدل غیر نیوتونی جدید, میدان مغناطیسی, نیروی دمپینگMagneto-rheological fluids are one of the intelligent fluids which have been extensively used in engineering application including magneto-rheological dampers. Having yield stress in a magnetic field and ability to control and increase their viscosity are their most important characteristics. After three different carbonyl iron powders were subjected to analysis, five different magneto-rheological fluids were synthesized and were tested for stability and the optimized fluid obtained. The results obtained from the optimized magneto-rheological fluid with 85% (weight %) iron powder was similar to that of LORD oil. Also, a modified non-Newtonian rheological model was developed to predict the behavior of the optimized magneto-rheological fluid which is more accurate than Bingham and Herschel-Bulkley models and could be implemented in computational fluid dynamic modelling. The modelling of the damper was conducted by implementing modified non-Newtonian and Bingham models using analytical quasi-static, unsteady and computational fluid dynamicmethods and the results were validated with experimental data. The results show that neglecting factors including fluid shear thinning, wall shear stress and inertia term effects and effect of magnetic field on plastic viscosity in conventional modelling methods results in considerable error that will increase as magnetic field, Reynolds number and gap are increasing.
Keywords: Magneto-Rheological Fluid, Magneto-Rheological Damper, New Modified Non-Newtonian Model, Magnetic Field, Damping Force -
از جمله روش های نو ظهور در افزایش بازیافت نفت، تزریق فوم به درون مخازن نفتی است. یکی از مزایای استفاده از فوم، جابجایی پایدار نفت بستر به دلیل پایین بودن تحرک نسبی فوم است. چالش پیش رو در استفاده از فوم در بازیافت نفت، حفظ پایداری آن در مواجه با فاز نفتی است. از اینرو نیاز است تا پیش از استفاده از فوم، ویژگی های فوم و رفتار متقابل آن با نفت را شناخت. لذا در این پژوهش سعی شده است تا با ساخت دو بستر مختلف آزمایشگاهی در مقیاس حباب و انباشته، عوامل موثر بر پایداری فوم بررسی، و ویسکوزیته ظاهری انواع فوم اندازه گیری شود. در مقیاس انباشته، تغیر ارتفاع انواع فوم درون ستون عمودی مطالعه شده است. در مقیاس حباب، با ساخت یک سلول هل شاو شفاف مجهز به سنسورهای فشار، سیر تحولات حباب های فوم به صورت کمی و کیفی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که نوع ماده سورفاکتانت اثر قابل توجهی در پایداری حباب های فوم دارد؛ به طوریکه ترکیب 1:1 سورفاکتانت های اس دی اس و سی ای پی بی با ثبت بالاترین پایداری، موجب افزایش طول نیمه عمر به میزان 124% در مقیاس حباب و 33% در مقیاس انباشته شده است. در حضور فاز نفتی، اثر مخرب آن بر پایداری فوم، با کاهش ویسکوزیته و چگالی نفت، افزایش یافته است. همچنین نتایج نشان می دهد کیفیت فوم به طور مستقیم، و نرخ جریان فوم به طور معکوس بر ویسکوزیته ظاهری فوم تاثیر می گذارد؛ اگرچه با افزایش نرخ جریان فوم، وابستگی به کیفیت فوم کاهش یافته است.
کلید واژگان: پایداری فوم, مقیاس حباب, مقیاس انباشته, ویسکوزیته ظاهری فوم, سلول هل شاوInjection of foam into oil reservoir, is a new method for enhanced oil recovery (EOR). One of the advantages of using foam is the stable displacement of porous submersible oil due to its relative low mobility. The challenge for foam application in the oil recovery is to maintain its stability when it comes to contact with the oil phase. Therefore, before using foam in the EOR process, its properties and interactions with the oil must be characterized. in this research, by creating two different laboratory setups at the bubble and bulk scale, the foam stability contributing factors and the viscosity of different types of foam were measured. Changes of different type of foam’s height in the vertical column were studied at the bulk scale. Ate the bubble scale, by building a transparent hele-shaw cell that is equipped with pressure sensors, the evolution of the foam were examined quantitatively and qualitatively. The Results showed that the surfactant type had a significant effect on the stability of foam bubbles; so that the combination of 1:1 SDS and CAPB with the highest stability, increased foam half life time by 124% at the bubble scale and by %33 at the bulk scale. in the presence of the oil phase its destructive effect on foam stability, increased with the reduction of the viscosity and the density of the oil agent. Also, the results showed that the foam quality would directly affect the viscosity of the foam, while its flow rate had an inverse effect.
Keywords: Foam Stability, Bubble Scale, Bulk Scale, Foam Apparent Viscosity, Hele-Shaw Cell -
بررسی جریان های دو فازی به خصوص بررسی های مربوط به حرکت قطرات یک سیال در سیالی دیگر دارای کاربرد گسترده ای از جمله در صنایع نفت و گاز، صنایع پزشکی و داروسازی، استخراج فلزات، نیروگاه ها و مبدلهای حرارتی دارد. در مقاله حاضر، دینامیک یک قطره نیوتنی در حال سقوط در رژیم آرام مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور ایجاد جریان لختی از ویسکوزیته 340 سانتی پویز برای سیال بیرون استفاده شده است. در بخش آزمایشگاهی، از آب یون زدایی شده (دیونیزه) و گلیسیرین با نسبت های حجمی 79:21 و 83:17 به عنوان فاز قطره استفاده شده است. با افزایش حجم قطره و به تبع آن افزایش نیروی لختی، شکل قطره در حال سقوط در فاز نیوتنی از حالت کروی خارج می شود و حفره ای در قسمت انتهایی آن ایجاد می شود. نیروهای لختی، کشش سطحی و تنش های هیدرودینامیکی بیشترین تاثیر را روی شکل قطره در حال سقوط دارند. با افزایش حجم قطره نیوتنی در حال سقوط، حفره انتهای قطره رشد کرده و در نتیجه نیروی درگ آن افزایش و به تبع آن سرعت حد قطره کاهش پیدا می کند. طبق مشاهدات آزمایشگاهی، تغییرات نسبت لزجت روی شکل قطرات تاثیر چندانی ندارد و افزایش عدد رینولدز باعث کاهش ضریب فشار قطره می شود. همچنین نشان داده می شود که نتایج آزمایشگاهی با نتایج تحلیلی مطابقت خوبی دارند.کلید واژگان: دینامیک قطره, عدد رینولدز, سرعت حد, نیروی درگTwo phases flows particularly motion droplets into a second fluid have variety of application in different industries including oil and gas industry, medicine and pharmaceutical, extraction of metals, power plants as well as heat exchangers. In this paper, dynamic of a Newtonian drop falling in laminar regime is studied. A fluid which its viscosity is 340 cP is used in order to produce an inertia flow. In experimental section, de-ionized water and glycerin solutions with volume concentrations of 21:79 and 17:83 are used for drop phase. By increasing the volume of drop that leads to rising the inertia force, the drop shape is changed from spherically and a dimple at the rear of drop is appeared. Inertial forces, surface tension and hydrodynamic tension play a significant role on drop shape. Increasing the drop volume causes expanding the dimple consequently drag force is enhanced and terminal velocity of drop is decreased as well. According to the experimental observations, variations of viscosity ratio does not have a profound effect on drop deformation. Moreover, increasing the Reynolds number leads to reduction of pressure coefficient. It is shown that the experimental observations have an appropriate agreement with analytical results.Keywords: Drop dynamics, Reynolds number, Terminal velocity, Drag force
-
در این مقاله، برای اولین بار یک حل تحلیلی برای انتقال حرارت در پوسته های مخروطی کامپوزیتی ناهمگن وابسته به دما ارایه شده است. هندسه پوسته به طور کامل مخروطی شکل فرض شده است و الیاف به دور جسم، در جهات دلخواه پیچانده شده اند. به منظور دستیابی به کلی ترین حل، شرایط مرزی حرارتی اعمال شده به صورت کلی در پایه ی پوسته و همچنین اثرات انتقال حرارت هدایتی، جابجایی با جریان سیال اطراف و تشعشع (صورت تقریبی تشعشع) در مرزها مدل شده اند. ناهمگن بودن در مسئله حاضر ناشی از وابستگی ضریب انتقال حرارت هدایتی به دما است. بنابراین می بایست، معادله انتقال حرارت را ابتدا با استفاده از تبدیل کیرشهف به معادله ی قابل حل به کمک سری انتگرالی محدود تبدیل کرد، سپس به کمک این تبدیل، معادله دیفرانسیل با مشتقات جزیی به یک معادله دیفرانسیل معمولی مبدل می گردد. درنهایت معادله دیفرانسیل حاصل به کمک روش توابع گرین قابل حل است. در آخر با اعمال معکوس تبدیل انتگرالی محدود و معکوس تبدیل کیرشهف توزیع دمای ناهمگن به دست آید. حل حاضر بر اساس مقایسه نتایج حل تحلیلی با حل عددی به روش مرتبه دوم تفاضلات محدود اعتبار سنجی شده است. مفروضات این مسئله به گونه ای انتخاب گردیده که قابلیت حل حاضر برای رفع مشکلات صنعتی در زمینه ی تولید مخازن تحت فشار مخروطی کامپوزیتی مشخص گردد.
کلید واژگان: حل تحلیلی, پوسته مخروطی کامپوزیتی, انتقال حرارت ناهمگن, تبدیل انتگرالی محدود, توابع گرینThis paper presents an analytical solution for heat transfer in heterogeneous composite conical shells with temperature dependent conduction coefficients for the first time. The geometry of the shell is completely conical shaped and the fibers are winded around the laminate in the desired direction. In order to achieve the most general solution, the general boundary condition is considered at the basis of shell and the effect of heat convection resulted from flow motion around the body and different kinds of non-axisymmetric radiative heat flux at outer side of shell is modeled. Heterogeneous effect in this case is the results of the dependency in conduction heat transfer coefficient on temperature. Therefore, the heat transfer equation should first be transformed using the Kirchhoff transform to a solvable equation using integral transformation, then, the partial differential equation becomes an ordinary differential equation Fourier transformation. Finally, the transformed differential equation can be solved Green's functions. In the end, the reversal integral transformation and reversal Kirchhoff conversion are applied to obtain heterogeneous temperature distribution. Validation of the this analytical solution is performed by comparing the analytical results with the solution of second order finite different method and some applied cases are considered to investigate the capability of current solution for solving the industrial problems in the production of composite conical pressure vessels.
Keywords: Analytical Solution, Composite conical shell, Heterogeneous heat transfer, Integral transformation, Green functions -
میراگر هیدرولیکی مغناطیسی بعنوان یکی از پرکاربردترین تجهیزات در صنایع مختلف برای اولین بار با رویکرد بررسی خصوصیات مولکولی سیال مغناطیسی عامل در آن با استفاده از روش مدل سازی مولکولی دینامک ذره استهلاکی مورد مطالعه و بهینه سازی قرار گرفته است. با استفاده از مدل اصلاح شده بوک ون شرایط پسماند مغناطیس و نیروی میراگری برای فراهم شدن توان میراگری 10 نیوتن مورد نیاز در میکرو ماشین ها محاسبه شده و پس از معتبرسازی با نتایج تجربی موجود در مقالات اثر خصوصیات مولکولی سیال مغناطیسی عامل بر آن بررسی شده است. نتایج حاصل از مدل سازی مولکولی به روش دینامیک ذره استهلاکی نشان می دهد با افزایش جرم و قطر ذرات مغناطیسی نیروی میراگری افزایش می یابد، در حالی که با افزایش چگالی این ذرات و افزایش جرم ذرات سیال حامل، نیروی میراگری ابتدا افزایش و سپس کاهش پیدا می کند، بنابراین لازم است تا مقادیر بهینه تعیین شوند. همچنین مشاهده می شود که با کاهش ضخامت لایه فعال در سطح ذرات مغناطیسی نیروی میراگری افزایش می یابد. در نهایت با توجه به نتایج بدست آمده، مقادیر بهینه هر یک از پارامترهای مورد مطالعه بمنظور فراهم آمدن توان میراگری 10 نیوتن با کمترین مقدار مصرف انرژی توسط میراگر تعیین شده و از میان سیال های مغناطیسی تجاری سیال 132-دی جی بعنوان بهترین سیال انتخاب می شود.
کلید واژگان: میراگر هیدرولیکی مغناطیسی, مدل سازی دینامیک ذره استهلاکی, سیال مغناطیسی, نیروی میراگری, پسماند مغناطیسیMagnetorheological damper, as one of the most widely used equipment in the various industries, was firstly studied and optimized using a molecular properties analysis of operating magnetic fluid in it utilizing dissipative particle dynamics as molecular modeling method. By use of modified Bouc-wen model, hysteresis and damping force level has been calculated in order to provide the required 10 N power requirement in micro-machines and After validation with experimental results presented in papers, the effect of molecular properties of magnetic fluid operating on it has been investigated. Results of molecular modeling by dissipative particle dynamics method show that by increasing mass and diameter of magnetic particles, damping force increases, while by increasing number density of these particles and increasing mass of carrier fluid particles, damping force firstly increases and then decreases, therefore It is necessary to set optimal values. It is also observed that by decreasing thickness of surfactant layer at the surface of the magnetic particles, damping force increases. Finally, according to the obtained results, the optimal values of each studied parameters were determined to provide 10 N damping force with the least amount of energy consumed by damper and selected from commercial magnetic fluids 132-DG fluid as suitable magnetorheological fluid.
Keywords: Magnetorheological damper, Dissipative particle dynamics modeling, Magnetic fluid, Damping force, Hysteresis -
در پژوهش حاضر، حساسیت رفتار دو گروه از سیالات ویسکوالاستیک غیر نیوتنی نسبت به تغییرات عدد رینولدز، با یک سیال نیوتنی مورد مقایسه قرار گرفته است. سیالات غیر نیوتنی مورد نظر، یک پلیمر فوق همرفتی ماکسول و یک محلول اولدروید-بی را شامل می شود که در شرایط رخداد پدیده ضربه قوچ، در لوله در جریان هستند. این مقایسه در شرایط رخداد پدیده ضربه قوچ، در لوله در محدوده جریان آرام صورت می گیرد. معادلات حاکم بر مساله را معادلات ناویر-استوکس و معادلات ریولوژی سیالات ویسکوالاستیک تشکیل می دهد. بی بعد سازی معادلات، نشان می دهد که عددهای رینلدز و ماخ، پارامترهای بی بعد مشترک در معادلات سه نوع سیال ذکر شده هستند. ویسکوزیته سیالات به عنوان یک عامل اصطکاکی، سبب می شود که عدد رینلدز و تغییرات آن، نقش مهمی در نوسانات و زمان میرایی موج حاصل از جریان گذرای ضربه قوچ داشته باشد. در مدل سازی معادلات، از روش عددی دو گام زمانی لاکس- فردریشک (lxF) استفاده می شود. جهت اعتبار سنجی مدل، از نتایج آزمایش صورت گرفته توسط هولمبو و رولیو برای یک سیال نیوتنی استفاده و مشخص گردید که جواب های مدل پیشنهادی با دقت بالای 99 درصد بر نتایج مدل عددی زیلک و وهبا منطبق است. نتایج مدل سازی نشان می دهد که ویژگی های ویسکوالاستیک سیالات، نظیر رابطه غیرخطی تنش و کرنش، دارا بودن ثابت زمانی رهایی از تنش و...، باعث کاهش تاثیرپذیری آنها در مقایسه با سیالات نیوتنی می شود، به نحوی که بیشترین میزان حساسیت در برابر تغییرات رینلدز در سیال نیوتنی و کمترین میزان، در سیال فوق همرفتی ماکسول که ویژگی های ویسکوالاستیک قوی تری در معادلات آن، دخالت دارد، مشاهده می شود.
کلید واژگان: ضربه قوچ, سیال ویسکوالاستیک, مدل فوق همرفتی ماکسول, اولدروید-بی, روش عددی دو گام زمانی لاکس- فردریشکIn the present study, the sensitivity of the behavior of an Upper-Convected-Maxwell polymer and an Oldroyd-B fluid are compared to a Newtonian fluid. The governing equations are the Navier - Stokes equations and viscoelastic fluid equations. These equations are non-dimensionalized and it is found that Reynolds and Mach numbers are only the dimensionless parameters that exists in all three mentioned fluids. The viscosity of fluids as a friction factor causes that Reynolds number and its changes play an important role in the oscillations and also the attenuation of the fluid transient during Fluid hammer phenomenon. The numerical method used is a two-step variant of the Lax-Friedrichs (LxF) method. The results show that the viscoelastic properties of fluids, such as the non-linear relationship of stress and strain, relaxation time and …, reduce their variability compared to Newtonian fluid. Finally, the maximum sensitivity to Reynolds variations in Newtonian fluid and the minimum amount is observed in the Upper-Convected-Maxwell polymer that there are strong viscoelastic properties in its equations.
Keywords: Fluid Hammer Phenomenon, Viscoelastic Fluid, Upper-Convected-Maxwell Polymer, Oldroyd-B Fluid, Two-Step Variant Of The Lax-Friedrichs (Lxf) -
در این تحقیق، برای نخستین بار ناپایداری انگشتی لزج در جابجایی مخلوط شدنی سیال نیوتنی بوسیله ی سیال ویسکوالاستیک در یک محیط متخلخل ناهمسانگرد مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل سازی سیال ویسکوالاستیک توسط معادله ساختاری اولدروید-بی صورت گرفته است. تاثیرات پراکندگی عرضی و طولی وابسته به سرعت محیط بر روی ناپایداری انگشتی با کمک آنالیز پایداری خطی و شبیه سازی غیر خطی بررسی شده است. نتایج آنالیز پایداری خطی نشان می دهد که هر چه نسبت پراکندگی در جهت عمود بر جریان به جهت جریان افزایش یابد، نرخ رشد ناپایداری کاهش خواهد یافت و جریان پایدارتر می شود. شبیه سازی غیرخطی با کمک روش طیفی و تبدیلات هارتلی انجام شده و نتایج شامل کانتورهای غلظت، منحنی های میانگین غلظت عرضی و طول اختلاط خواهد بود. نتایج شبیه سازی غیرخطی نشان می دهد که با افزایش پراکندگی محیط متخلخل در جهت جریان نسبت به جهت عمود بر آن، جریان ناپایدارتر شده و انگشتی ها با شدت بیشتری رشد می کنند.
کلید واژگان: ناپایداری انگشتی, سیال ویسکوالاستیک, محیط ناهمسانگرد, آنالیز پایداری خطی, شبیه سازی غیر خطیSimulation of Viscoelastic Fingering Instability in Anisotropic Velocity-Dependent Dispersion TensorIn this study, the viscous fingering instability in miscible displacement of Newtonian fluid by viscoelastic fluid in an anisotropic porous media is investigated for the first time. The Oldroyd-B model has been used as the constitutive equation. The roll of velocitydependent transverse and longitudinal dispersions on the fingering instability is investigated through linear stability analysis and nonlinear simulations. The results of linear stability analysis show that the growth rate of instability is decreased by increasing the rate of transverse to longitudinal dispersions and the flow becomes more stable. The nonlinear simulations are performed by use of spectral method and Hartly transformation and the results are included concentration contours, transversely averaged concentration profiles, mixing length and sweep efficiency. The results show that the flow becomes more unstable by increasing the rate of longitudinal to transverse dispersions.
Keywords: Viscous fingering, Viscoelastic fluid, Anisotropic media, Linear stability analysis, Nonlinear simulation -
بررسی و طراحی ایستگاه تقویت فشار گاز جهت بهبود عملکرد / نمونه موردی؛ ایستگاه تقویت فشار گاز شرکت نفت فلات قاره در جزیره کیش
-
بررسی و مطالعه بر روی آب درون سیستمی سیمان و تاثیر آن بر روی کیفیت سیمان
-
عملکرد افزودنی های آلی پلی کربوکسیلات اتر و لیگنوسولفونات به عنوان روان کننده و تاثیر بر ذرات سیمان و بهبود مقاومت فشاری، دوام و پایایی بتن
-
مطالعه ی عددی اثرات اعداد برینکمن بر انتقال حرارت جریان سیال ویسکوالاستیک در کانال با انبساط ناگهانی
در این مقاله، جریان اینرسی و غیر همدمای سیال ویسکوالاستیک در کانال صفحه ای متقارن با انبساط ناگهانی 3:1 برای محدوده اعداد برینکمن 0/01≥Br≥20 بررسی شده است. برای مدل سازی رفتار سیال ویسکوالاستیک، از مدل رئولوژیکی و غیرخطی فن تین-تنر استفاده شده است. از روش حجم محدود برای گسسته سازی معادلات حاکم و از الگوریتم پیزو برای حل همزمان این معادلات استفاده شده است. جریان سیال غیر قابل تراکم و دارای خواص متغیر بوده و جمله اتلافات ناشی از لزجت در معادله انرژی در نظر گرفته شده است. در این مقاله، تاثیر اتلافات ناشی از لزجت توسط عدد برینکمن برای انتقال حرارت جریان سیال ویسکوالاستیک عبوری از کانال بررسی شده است. بدین منظور، خطوط جریان، خطوط همدما، منحنی سرعت، توزیع دما و اعداد ناسلت محلی در مقاطع عرضی مختلف، روی خط مرکزی و در مجاورت دیواره های بخش انبساط یافته کانال ترسیم و بررسی شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که برای ناحیه در حال توسعه هیدرودینامیکی و حرارتی، بیشترین اعداد ناسلت محلی مربوط به دیواره های پایینی و بالایی بخش انبساط یافته کانال به ترتیب در انتهای گردابه اول و گردابه دوم واقع می شوند.
کلید واژگان: سیال ویسکوالاستیک, اعداد برینکمن, اتلافات لزجت, عدد ناسلت محلی, بخش انبساط یافتهIn this paper, the inertial and non-isothermal flow of viscoelastic fluid inside thesymmetric planar sudden expansion channel with an expansion ratio of 1:3 has been numericallyinvestigated in the range of Brinkman numbers (0.01≤Br≤20). The rheological and nonlinear model ofPhan Thien-Tanner (PTT) is used for modeling viscoelastic fluid behavior. The finite volume method(FVM) is employed to discretize the governing equations and the PISO algorithm is used to solve theseequations simultaneously. Due to the significant effect of temperature changes on the viscoelastic fluidproperties, these properties are considered as temperature-dependent and the viscous dissipations termis considered in the energy equation. The main purpose of this study is to investigate the effects ofBrinkman numbers on the heat generation by viscous dissipations term used in the energy equation.Therefore, the streamlines, the length of vortices, the isothermal lines, the distributions of velocity andtemperature and local Nusselt numbers have been examined in the channel expanded part. The resultsshow that for the hydrodynamic and thermally developing zone, the maximum value of the local Nusseltnumbers on the walls of the channel expanded part is located at the end of the first and second vortices.
Keywords: Viscoelastic fluid, Brinkman number, Viscose dissipations, Local Nusselt numbers, Expanded part -
مقایسه و عملکرد سرباره کوره آهن گدازی و پومیس معدنی با افزودنی حباب زا در دوام و پایایی رویه های بتنی
-
در این تحقیق، جریان اینرسی و غیر همدمای سیال ویسکوالاستیک در کانال صفحه ای متقارن با انبساط ناگهانی 1:3 شبیه سازی شده است. برای مدلسازی رفتار رئولوژیکی و پیچیده سیال ویسکوالاستیک، از رابطه ی غیر خطی مدل رئولوژیکی فن تین-تنر استفاده شده است. برای تولید جریان غیر همدما، مقادیر دما در ورودی و دیواره های کانال ثابت و متفاوت هستند. برای شبیه سازی عددی جریان غیر همدما از الگوریتم PISO استفاده شده و معادلات حاکم توسط روش حجم محدود خطی شده است. همچنین، خواص سیال ویسکوالاستیک تابع دما در نظر گرفته شده و جمله اتلافات ناشی از لزجت در معادله انرژی لحاظ شده است. هدف اصلی این تحقیق، بررسی اثرات خاصیت الاستیک، نیروی اینرسی و اتلافات ناشی از لزجت روی الگوی جریان، تغییرات فشار، ضریب افت فشار و ضریب تلفات برای جریان اینرسی و غیر همدما در بخش انبساطی کانال صفحه ای است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با افزایش عدد رینولدز در محدوده جریان آرام، الگوی جریان نامتقارنی در بخش انبساطی کانال صفحه ای (بر خلاف لوله انبساط ناگهانی) ایجاد می شود که نقش عمده ای بر توزیع و افت فشار در این بخش دارد.کلید واژگان: سیال ویسکوالاستیک, ضریب افت فشار, ضریب تلفات, بخش انبساطی, کانتور فشار, جریان غیر همدماIn this study, the inertial and non-isothermal flow of viscoelastic fluid has been simulated inside the symmetric planar channel with 1:3 sudden expansion. The non-linear form of Phan Thien-Tanner (PTT) has been used for modeling the rheological and complex behavior of the viscoelastic fluid. For creating the non-isothermal flow, temperature values are constant and different at the inlet and on the walls of the channel. To simulate the non-isothermal flow, the PISO algorithm is used and the governing equations are linearized by finite volume method (FVM). Also, fluid properties are a function of temperature and viscous dissipation term has been applied in the energy equation. The main purpose of this study is to investigate the effects of elastic property, inertial force and viscous dissipation on the flow pattern, pressure changes, pressure drop coefficient and loss coefficient for inertial and nonisothermal flow in the expanded part of the planar channel. The results of this study show that increasing the Reynolds number in the range of laminar flow creates an asymmetric flow pattern in the expanded part of the planar channel (unlike the sudden expansion pipe) which plays a major role on the distribution and drop of pressure in this part.Keywords: Viscoelastic fluid, pressure drop coefficient, loss coefficient, expanded part, pressure contour, non-isothermal flow
-
میراگرهای هیدرولیکی مغناطیسی یکی از پرکاربردترین تجهیزات مکانیکی هستند که با استفاده از سیال مغناطیسی و سیم پیچ های الکتریکی در داخل خود به عنوان جذب کننده شوک های فیزیکی به کار می روند. در این مقاله برای اولین بار با استفاده از روش دینامیک ذره استهلاکی به عنوان یک روش مدل سازی در مقیاس مزو به مدل سازی میراگر هیدرولیکی مغناطیسی و سیال مغناطیسی داخل آن پرداخته شده است. اطلاعات از سه دسته از سیالات مغناطیسی با نام های تجاری 122-ای جی، 132-دی جی و 140-سی جی مورد استفاده قرار گرفته اند و تاثیر خصوصیات فیزیکی آنها بر توان میراگری بررسی و مقایسه شده است. نتایج حاصل از مدل سازی نشان می دهد با افزایش نرخ برش سیال، تنش برشی ابتدا افزایش یافته سپس به مقدار ثابت میل می کند که با اعمال میدان مغناطیسی قوی تر تنش برشی بیشتری ایجاد می شود. همچنین مشاهده می شود با افزایش حداکثر سرعت پیستون و افزایش قدرت میدان مغناطیسی، حداکثر توان میراگری افزایش یافته که این افزایش در سیال 140-سی جی نسبت به بقیه سیال ها بیشتر است. نتایج حاصل از تحلیل حساسیت نشان می دهد که وزن ذرات مغناطیسی و قدرت نیروی استهلاکی ذرات سیال بیشترین تاثیر را روی توان میراگری می گذارند، به صورتی که با افزایش وزن ذرات مغناطیسی و کاهش ضریب قدرت استهلاکی ذرات، تجمع ذرات مغناطیسی کاهش یافته و کیفیت میراگری افزایش پیدا می کند. همچنین مشخص شد سیال 122-ای جی نسبت به دیگر انواع سیال مغناطیسی در تشکیل زنجیره های استاندارد ذرات مغناطیسی مناسب تر بوده و توزیع گرانروی مطلوب تری را برای میراگری ایجاد می کند.کلید واژگان: میراگر هیدرولیکی مغناطیسی, دینامیک ذره استهلاکی, سیال مغناطیسی, توان میراگریMagneto-rheological damper is one of the most widely used mechanical equipment, which absorbs mechanical shocks by use of magnetic fluid and electrical coil in its structure. In this paper, for the first time, dissipative particle dynamics as a mesoscopic scale modeling method was used to simulate a magneto-rheological damper and its magnetic fluid. Data from 3 categories including magnetic fluids with brand names 122-EG, 132-DJ, and 140-CG have been used and effect of their physical properties on power of damping force have been investigated. Results of modeling show that by increasing shear rate of fluid, shear stress is first increased and, then, it is applied to a constant value, which results in a greater shear stress by applying a stronger magnetic field. It is also observed that, with increasing both maximum piston velocity and strength of magnetic field, maximum power of damping force increased, which in 140-CG is higher than the other fluids. Results of sensitivity analysis show that weight of magnetic particles and strength of dissipative forces have the greatest effect on damping force, in such a way that by increasing weight of magnetic particles and decreasing the dissipative force of particles, accumulation of magnetic particles decrease, so, increasing quality of damping. It was also found that 122-EG is more suitable than other types of magnetic fluids in forming standard magnetic particle chains, and provides a more favorable viscosity distribution for damping.Keywords: Magneto-rheologica, damper, dissipative particle dynamics, magnetic fluid| damping force
-
در مقاله حاضر انتقال گرمای جابجایی اجباری سیال غیرنیوتنی قانون توانی درون لوله هم دما به صورت تحلیلی مورد مطالعه قرار گرفته است. جواب های تحلیلی برای جریان های درحال توسعه گرمایی و نیز کاملا توسعه یافته قانون توانی ارائه شده است. در جریان در حال توسعه گرمایی، جواب معادله انرژی به روش جداسازی متغیرها، یک دستگاه معادله دیفرانسیل همگن به صورت اشتورم لیوویل می باشد. توزیع دمای جریان قانون توانی درون لوله برای نخستین بار برای دو حالت رقیق شونده n=0. 2 و نیوتنی n=1 به صورت حل بسته ارائه شده است. نمودار حاصل از ترسیم عدد ناسلت محلی بر حسب طول بی بعد لوله برای هر دو حالت بررسی شده، بیان گر این واقعیت است که با افزایش شاخص قانون توانی، عدد ناسلت کاهش می یابد. برای جریان کاملا توسعه یافته قانون توانی، با حل معادله انرژی در نهایت یک معادله دیفرانسیل معمولی همگن مرتبه دوم حاصل شده است که در آن توزیع دمای جریان به روش آنالیز مودال به دست آمده است. نتایج نشان می دهد که عدد ناسلت و دمای بیشینه با افزایش شاخص قانون توانی کاهش می یابند که به معنای کاهش انتقال گرما در لوله می باشد.کلید واژگان: سیال قانون توانی, انتقال گرمای جابجایی, لوله هم دما, آنالیز مودال, شاخص قانون توانیIn the present paper the forced convection heat transfer of non-Newtonian Power-law fluid through an isothermal tube is studied analytically. Exact solutions for thermally developing and fully developed Power-law flows are presented. In the case of thermally developing flow, the energy equation is solved by applying the Separation Method resulting in a homogeneous system of differential equations including Sturm-Liouville equation. Temperature distribution of Power law flow through tube is presented for two states of shear thinning n=0.2 and Newtonian n=1in closed form solutions. The diagram resulted of plotting the local Nusselt number versus the dimensionless tube length for both of two considered states, represents this fact that increasing of the Power law index the Nusselt number is decreased. For the fully developed Power law flow after solving the energy equation finally an ordinary second order differential equation is derived in which the flow temperature distribution is determined by Modal analysis. For different values of Power-law indices firstly, the Nussselt number is determined by wall thermal boundary condition and then the flow temperature distribution is presented by Frobenius method. The results show that the Nusselt number and maximum temperature are decreased by increasing the Power-law index meaning a decrease in the tube heat transfer.Keywords: Power-law fluid, Heat convection, Isothermal tube, Modal analysis, Power-law index
-
در این مطالعه به بررسی ناپایداری انگشتی در جابجایی سیال نیوتنی توسط سیال ویسکوالاستیک به کمک روش طیفی و تبدیلات هارتلی در محیط ناهمگن پرداخته شده است. از مدل وایت- متزنر به عنوان معادله ساختاری استفاده شده است. این مدل به خوبی قادر به ارائه رفتار باریک شوندگی و الاستیک سیال ویسکوالاستیک می باشد. ناهمگنی محیط به دو صورت مختلف در نظر گرفته شده است. در حالت اول نفوذپذیری در مقطع عرضی به صورت نمایی کاهش می یابد. این حالت، ناهمگنی کاهشی نامیده شده است. در حالت دوم نفوذپذیری محیط ابتدا روند افزایشی خواهد داشت و در میانه مقطع عرضی به حداکثر مقدار خود می رسد و سپس کاهش می یابد. این نوع ناهمگنی، ناهمگنی سهموی نامیده شده است. نتایج شامل کانتورهای غلظت، منحنی های طول اختلاط و بازده جاروبی خواهد بود. می توان ملاحظه نمود که در حالت اول درجه ناهمگنی تاثیر چندانی روی ساختار انگشتی ها نخواهد داشت. با این حال افزایش این پارامتر موجب کاهش طول اختلاط و افزایش بازده جاروبی خواهد شد. در حالیکه با تغییر درجه ناهمگنی در حالت دوم، ساختار انگشتی ها به شدت تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. همچنین در این حالت افزایش درجه ناهمگنی، افزایش طول اختلاط و کاهش بازده جاروبی را به دنبال دارد. همچنین در هر دو حالت، خاصیت باریک شوندگی سیال ویسکوالاستیک موجب ناپایدارتر شدن جریان خواهد شد. هرچند به نظر می رسد این تاثیر در محیط با ناهمگنی سهموی کمتر است.کلید واژگان: ناپایداری انگشتی, سیال ویسکوالاستیک, مدل وایت- متزنر, محیط ناهمگنIn this study, the fingering instability in displacement of Newtonian fluid by viscoelastic fluid through heterogeneous media is investigated using spectral method and Hartley transforms. The White- Metzner model has been used as the constitutive equation. This model can be presented the shear- thinning and elastic behaviors of viscoelastic fluid very well. The heterogeneity of the media is considered in two different types. In the first case, the permeability of medium exponentially decreases in the transversely section. This case is named decreasing heterogeneity. In the second case, the permeability of the medium will initially be increasing and it reaches to its maximum at the middle of the cross-section and then decreases. This type of heterogeneity is called parabolic heterogeneity. The results are included concentration contours, mixing length and sweep efficiency. It can be seen that in the first case, the degree of heterogeneity has little effect on the structure of fingers. However, increasing in this parameter leads to decrease in mixing length and increase in sweep efficiency. But, in the latter case, with the change in the degree of heterogeneity, the finger structure will be strongly affected. In addition, in this case, increasing the degree of heterogeneity will increase the mixing length and reduce the sweep efficiency. Also, in both cases, the flow becomes more unstable by the shear thinning property of viscoelastic fluid. Although it seems this effect is less in medium with parabolic heterogeneity.Keywords: Fingering instability, Viscoelastic fluid, White- Metzner model, heterogeneous media
-
یکی از پدیده هایی که در شبکه لوله ها باعث ایجاد خسارت و کاهش عمرمفید تاسیسات آبی می شود، پدیده ضربه قوچ یا چکش آبی است. روش های عددی مختلفی در تحلیل این مساله به کار گرفته شده است. در تمامی روش های عددی ارائه شده، محیط پیوستار مساله بایستی توسط ابزاری گسسته سازی شود تا مجهولات مساله که همان مقادیر سرعت و فشار ناشی از قطع ناگهانی جریان و حرکت موج فشاری در طول لوله می باشند، پس از طی فرایند حل، محاسبه گردند. با محاسبه دقیق این مجهولات، پیش از طراحی سازه ها می توان تمهیدات مناسبی در کاهش تنش های ناشی از رخداد ضربه قوچ، اتخاذ نمود.سابقه و هدفروش مرسوم برای مدلسازی معادلات دیفرانسیلی که این پدیده را تشریح می کنند، روش خطوط مشخصه است. به طور کل، در روش های معمول به خوبی توسعه یافته ی اجزای محدود، احجام محدود و تفاضل های محدود، گسسته سازی حوزه ی مکانی مساله با استفاده از ابزاری به نام شبکه بندی صورت می گیرد. با وجود استفاده مفید از این روش ها در بسیاری از زمینه های علمی، شبکه بندی، فرایندی پرهزینه و دردسرساز، به ویژه در مسائلی با مرزهای پیچیده است. همین امر انگیزه ی اصلی ابداع روش های بدون شبکه بوده است. در این گونه روش ها حوزه ی مکانی مساله توسط تعدادی نقطه به سادگی گسسته سازی می شود.مواد و روش هادر پژوهش حاضر، جهت مدلسازی ضربه قوچ کلاسیک در سیستمی شامل شیر، لوله و مخزن، از روش عددی بدون شبکه حداقل مربعات گسسته همپوش استفاده می شود. در رهیافت ارائه شده، از روش ضمنی کرنک نیکلسون برای گسسته سازی زمانی استفاده شده تا بتوان شرط کوچکتر بودن گام زمانی را برای پایداری حل از بین برد. در این روش، معادلات پیوستگی و مومنتوم جهت محاسبه مقادیر سرعت و فشار در صفحه x-t با استفاده از داده های گام زمانی قبلی، به طور همزمان محاسبه می شود. رهیافت ارائه شده کاملا ماتریسی بوده و فرایند حل، شامل چند عملیات جبری ساده می باشد که بر روی ماتریس های تنک صورت می گیرد.یافته هادر مقاله حاضر، ابتدا معادلات حاکم بر ضربه قوچ نوشته شده و سپس، کلیات روش عددی بدون شبکه حداقل مربعات گسسته همپوش به طور کامل، تشریح شده است. در ادامه، چندین آزمایش معتبر در مورد ضربه قوچ با روش فوق، مدلسازی شده و در انتها نیز یک مساله با به کارگیری روش کرنک- نیکلسون در حالات مختلف، تحلیل گردیده است. نتایج حاصل از مدلسازی مسائل با نتایج سایر روش های عددی معتبر نظیر روش MOCو روش عددی به کار رفته توسط "زیلک" در نقاط بحرانی لوله نظیر پشت شیر و وسط لوله مورد برازش قرار گرفته است. همچنین، تحلیل هیدرولیکی مسائل و نحوه محاسبه جوابهای دقیق، به طور کامل، تشریح گردیده است. در نهایت، پس از به-کارگیری معیار مجموع مربعات خطا و تخمین خطایی کمتر از 5 درصد در کل بازه مورد بررسی، مشخص گردید که از این روش، می توان به عنوان یکی از روش های عددی دقیق، ساده و کم هزینه در مدلسازی مسایل ضربه قوچ استفاده نمود.نتیجه گیریعدم نیاز به انتگرالگیری، عملیات ریاضی کاملا ماتریسی و نیز بدون شبکه بودن فضای مساله از ویژگی های مهم روش عددی بدون شبکه است که علاوه بر کاهش منابع خطا می تواند یکی از دقیق ترین روش های حل عددی پدیده ضربه قوچ در سیستم لوله ها به شمار آید.کلید واژگان: ضربه قوچ, شبکه لوله ها, روش عددی بدون شبکه“Water hammer” is one of the phenomena that causes damage in the pipe system and reduces their useful life. Various numerical methods have been used to analyze this problem. In all numerical methods, for calculating the variables that are the velocity and pressure values due to the sudden discontinuity of the flow and motion of the pressure wave along the pipe, the continuum environment of the problem must be discretized in some way. With calculating these aberrations before designing of the structures accurately, appropriate measures can be taken to reduce tensions caused by the water-hammer phenomenon. Background and objectives: The conventional method to numerically solve the differential equations that describe this phenomenon is the method of characteristic lines. In general, in conventional methods where have been developed correctly, such as finite element, finite volume and finite difference, discretization of the spatial domain of the problem is done by gridding. Despite the useful use of these methods in many scientific fields, gridding is a costly and troublesome process, especially on problems with complex boundaries. That is the main motive for the creation of meshless methods. In these methods, the spatial domain of the problem is simply discretized by a number of points.Materials and methodsIn the present study, for modeling classical water-hammer in a system including valve, pipe and reservoir, a collocated discrete least squares method is used. In the proposed approach implicit Crank-Nicolson method for time discretization is used to provide conditions for problem solving stability. In this method, the velocity and pressure values on the x-t plane are calculated directly from the previous time step simultaneously. This method is quite matrix and the solution process is accomplished including several simple algebraic operations on matrices.ResultsIn this study, at first this numerical method is described generally then governing equations are calculated and several experiments on water hammer in the form of the problem have been modeled by this method, also the hydraulic analysis of problems and calculation steps for calculating accurate answers are fully described and the results are verified with exact answers and other numerical methods such as MOC method and numerical method used by “Zielk” and the computational average error was estimated to be less than 5% by total squared error criterion. So this method can be considered as a precise, simple, and low-cost numerical method for modeling of water-hammer phenomena.ConclusionImportant properties of the Meshless numerical method included no need to integrate, complete mathematical math operations and meshless space makes it one of the most accurate methods for numerical solution of water hammer phenomenon in the pipe system.Keywords: water hammer, pipe system, Meshless numerical method
- 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.