computational fluid dynamic (cfd)
در نشریات گروه فنی و مهندسی-
فرآوری گاز طبیعی یک عملیات صنعتی حیاتی است که گاز خام را با حذف ناخالصی هایی مانند آب، گازهای اسیدی و هیدروکربن های سنگین به یک محصول با ارزش تبدیل می کند. در حالی که ترمودینامیک و سینتیک شیمیایی به طور سنتی در مباحث فرآوری گاز مورد تاکید قرار می گیرند، فناوری ذرات جامد[1] شامل رفتار و کاربرد مواد ذره ای نیز نقشی اساسی و فزاینده ای در تضمین کارایی، ایمنی و پایداری این عملیات ایفا می کند. این فناوری با بررسی وجود ذرات جامد (مانند گرد و غبار، هیدرات ها و ذرات معلق حاصل از احتراق) در جریان گاز، اساسا در مراحل مختلف فرآوری گاز طبیعی دخیل است. گاز طبیعی حاوی ذرات جامد بوده که در عملیات بالادست می توانند به تجهیزات آسیب رسانده و در حمل و نقل مشکلاتی ایجاد کنند. این فناوری با حذف ذرات جامد قبل از ورود به خط لوله متضمن حمل و نقل، استفاده ایمن و کارآمد از گاز طبیعی خواهد بود. جداسازی موثر این جامدات برای جلوگیری از فرسایش تجهیزات، انسداد خطوط لوله و آسیب به سیستم های کاتالیزوری پایین دستی ضروری است. بدین منظور عموما دستگاه هایی مانند جداکننده های سیکلونی، اسکرابرها و واحدهای فیلتراسیون که براساس اصول دینامیک ذرات سیال عمل می کنند استفاده می شوند. طراحی چنین دستگاه هایی نیاز به درک عمیقی از توزیع اندازه ذرات، اینرسی و نیروهای کششی در محیط های جریان چند فازی دارد. از طرفی دیگر تشکیل هیدرات ها شامل ترکیبات نیمه جامد که در خطوط لوله گاز طبیعی در دماهای پایین و فشارهای بالا تشکیل می شوند، می توانند منجر به انسداد گردند. در این راستا فرآیندهای جذب به کمک ذرات جامد متخلخل با حذف آب و سایر ناخالصی هایی که در تشکیل آن ها نقش دارند، به جلوگیری از تشکیل هیدرات کمک می کند. در فرآیند آب زدایی (با استفاده از غربال های مولکولی) و حذف گاز اسیدی، به عنوان مثال، از آلومینای فعال یا جامدات عامل دار شده با آمین استفاده می شود که ذاتا مبتنی بر ذرات جاذب متخلخل هستند. عملکرد این فرآیندها به شدت با خواص جاذب های جامد، از جمله اندازه ذرات، تخلخل، مساحت سطح و استحکام مکانیکی آن ها مرتبط است؛ بنابراین، پیشرفت در مهندسی ذرات جامد مانند بهینه سازی تکنیک های گرانول سازی یا توسعه ذرات جاذب با ساختار سلسله مراتبی[2] برای بهبود قابلیت اطمینان و عملکرد فرآیند بسیار مهم هستند.علاوه بر جداسازی و جذب، فناوری ذرات در طراحی و بهره برداری از راکتورهای گاز/جامد، مورد استفاده در بازیابی گوگرد (به عنوان مثال، تصفیه گاز خروجی فرآیند کلاوس) و در کاربردهای جذب کربن ضروری است. راکتورهای بستر سیال که اغلب در این فرآیندها به کار می روند، نیاز به کنترل دقیق رفتار جریان ذرات تحت فشار، دما و محیط های شیمیایی مختلف دارند. ابزارهای محاسباتی نوظهور، از جمله دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)[3]که با مدل سازی المان گسسته (DEM)[4]ادغام شده اند، امکان شبیه سازی جریان های پیچیده مملو از ذرات را فراهم نموده و پلتفرم های قدرتمندی برای بهینه سازی طراحی راکتور و عیب یابی مسائل عملیاتی ایجاد می کنند.با تغییر صنعت گاز طبیعی به سمت عملیات کم کربن تر و پایدارتر، فناوری ذرات نقش گسترده ای ایفا می کند. به عنوان مثال، جاذب های جامد برای جذب CO2 از جریان های گاز طبیعی در حال توسعه هستند. تولید این جاذب ها مستلزم کنترل دقیق بر سنتز ذرات، مورفولوژی و عامل دار کردن سطح است. به طور مشابه، مدیریت انتشار ذرات جامد آلوده، مانند جامدات مملو از جیوه یا جاذب های پسماند، نیاز به تکنیک های پیشرفته مشخصه یابی ذرات (به عنوان مثال، پراش لیزر و پردازش تصویر پویا) و استراتژی های نوآورانه تصفیه پسماندها دارد.در نتیجه، فناوری ذرات باید به عنوان یک عامل حیاتی برای فرآوری کارآمد، ایمن و پایدار گاز طبیعی عمل نماید. این فناوری، عملیات کلیدی از جداسازی جامد-مایع-گاز گرفته تا جذب و تبدیل شیمیایی را پشتیبانی می کند. ادغام روش های پیشرفته مشخصه یابی ذرات، مدل سازی فرآیند و سنتز مواد ذره ای جدید برای تاب آوری و سازگاری با زیست محیط ضروری است. تحقیقات بین رشته ای مداوم که علم مواد و ذرات را با مهندسی شیمی به هم پیوند می دهد، برای دستیابی به پیشرفت های متحول کننده در عملیات فرآوری گاز طبیعی محوری خواهند بود.
کلید واژگان: فناوری ذرات جامد، ذرات جاذب با ساختار سلسله مراتبی، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، مدل سازی المان گسسته (DEM)Natural gas processing is a crucial industrial operation that transforms raw gas into a valuable product by removing impurities such as water, acidic gases, and heavy hydrocarbons. While thermodynamics and chemical kinetics have traditionally been emphasized in gas processing discussions, solid particle technology, which involves the behavior and application of particulate materials, plays an increasingly essential role in ensuring the efficiency, safety, and sustainability of these operations. This technology is fundamentally involved in various stages of natural gas processing by examining the presence of solid particles (such as dust, hydrates, and combustion-derived suspended particles) in the gas stream.Natural gas contains solid particles that, if not addressed in upstream operations, can damage equipment and create transport issues. This technology ensures the safe and efficient use of natural gas by removing solid particles before they enter the pipeline. Effective separation of these solids is essential to prevent equipment wear, pipeline blockages, and damage to downstream catalytic systems. To achieve this, devices such as cyclonic separators, scrubbers, and filtration units—based on the principles of fluid particle dynamics—are commonly used. The design of these devices requires a deep understanding of particle size distribution, inertia, and drag forces in multiphase flow environments.On the other hand, hydrate formation, which includes semi-solid compounds that form in natural gas pipelines at low temperatures and high pressures, can lead to blockages. In this regard, adsorption processes using porous solid particles to remove water and other impurities contributing to hydrate formation help prevent blockages. In dehydration processes (using molecular sieves) and acid gas removal, for example, activated alumina or amine-functionalized solids—fundamentally based on porous adsorbent particles—are used. The performance of these processes is closely related to the properties of the solid adsorbents, including particle size, porosity, surface area, and mechanical strength. Therefore, advances in solid particle engineering, such as optimizing granulation techniques or developing hierarchical-structured adsorbent particles, are crucial for improving process reliability and performance.In addition to separation and adsorption, particle technology plays an essential role in the design and operation of gas/solid reactors, used in sulfur recovery (e.g., Claus process off-gas treatment) and carbon capture applications. Fluidized bed reactors, often used in these processes, require precise control of particle flow behavior under varying pressures, temperatures, and chemical environments. Emerging computational tools, such as Computational Fluid Dynamics (CFD) integrated with Discrete Element Modeling (DEM), enable the simulation of complex particle-laden flows, providing powerful platforms for reactor design optimization and troubleshooting operational issues.As the natural gas industry moves toward lower-carbon and more sustainable operations, solid particle technology plays a broader role. For instance, solid adsorbents for CO₂ capture from natural gas streams are under development. The production of these adsorbents requires precise control over particle synthesis, morphology, and surface functionalization. Similarly, managing the emission of contaminated solid particles, such as mercury-laden solids or waste adsorbents, requires advanced particle characterization techniques (e.g., laser diffraction and dynamic image processing) and innovative waste treatment strategies.Thus, solid particle technology must act as a critical factor for the efficient, safe, and sustainable processing of natural gas. This technology supports key operations, from solid-liquid-gas separation to adsorption and chemical conversion. The integration of advanced particle characterization methods, process modeling, and the synthesis of new particulate materials for resilience and environmental compatibility is essential. Ongoing interdisciplinary research that bridges materials science and chemical engineering will be pivotal in achieving transformative advancements in natural gas processing operations.
Keywords: Particulate Solid Technology, Hierarchically Structured Adsorbent Particles, Computational Fluid Dynamic (CFD), Distinct Element Method (DEM) -
زباله سوزهای صنعتی در پالایشگاه های گاز یا در واحدهای بازیابی گوگرد، وظیفه از بین بردن گازهای زائد تولید شده در فرآیند نظیر سولفید هیدروژن (H2S) و دی اکسیدکربن (CO2) را بر عهده دارند. اغلب این واحدها با مشکلاتی نظیر سوختن ناقص، نبود سیستم کنترلی مناسب برای اندازه گیری و وجود آلاینده هایی مانند مونوکسیدکربن و اکسیدهای ازت و غیره، روبه رو هستند. لذا در این پژوهش، به منظور بهبود عملکرد زباله سوز پالایشگاه فجر جم، مدل سازی کوره به وسیله دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) انجام گردید. از نرم افزار Fluent 6.3 برای مدل سازی زباله سوز استفاده شده است. برای رسیدن به این هدف، پارامترهایی همچون نسبت سوخت به هوا در مجرای اصلی ورود هوا، میزان و نقش هوای اضافی ورودی در پایین دودکش، تعبیه مجرای اضافی ورود هوا در انتهای کوره برای اختلاط بیشتر اکسیژن و H2S ، تزریق هوا به مجرای ورودی گازهای اسیدی و امکان سنجی پیش گرم کردن هوای ورودی و تاثیر آن بر روی بازدهی احتراق، مورد بررسی قرارگرفت. نتایج مدل سازی نشان داد که افزایش دبی هوا می تواند میزان CO و H2S را کاهش دهد، اما میزان ترکیب های NOx افزایش می یابد. به منظور برقراری تعادل بین میزان خروجی آلاینده ها از کوره، راه کارهایی برای بهبود عملکرد واحد ارائه شده و محدوده دبی مناسب هوای اضافی در کوره مشخص گردید.
کلید واژگان: زباله سوز صنعتی، مدل سازی، گاز طبیعی، سولفید هیدروژن (H2S)، بهبود عملکرد، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)Industrial waste incinerators in gas refineries or sulfur recovery units are responsible for eliminating the waste gases such as hydrogen sulfide (H2S) and carbon dioxide (CO2) produced in the process. Most of these units are facing problems such as incomplete combustion, lack of proper control systems for measurement, and the presence of pollutants such as carbon monoxide and nitrogen oxides, etc. Therefore, in this research, to improve the performance of the waste incinerator of Fajr Jam Refinery, furnace modeling was done by computational fluid dynamics (CFD). The software Fluent 6.3 is used for the modeling of the incinerator. To achieve this goal, parameters such as the ratio of fuel to air in the inlet duct of main air, the amount and role of the additional air inlet at the bottom of the chimney, the installation of the additional air inlet duct at the end of the furnace for mixing more oxygen and H2S, air injection into the inlet duct of acid gas and the feasibility of preheating the incoming air and its effect on the combustion efficiency was investigated. The modeling results showed that increasing the airflow can reduce the amount of CO and H2S, but the amount of NOx compounds increases. To establish a balance between the output of pollutants from the furnace, solutions to improve the unit performance were presented, and the appropriate flow range of excess air in the furnace was determined.
.Keywords: Incinerator, Modeling, Natural Gas, Hydrogen Sulfide (H2S), Performance Improvement, Computational Fluid Dynamic (CFD) -
یکی از ابزارهای قوی در بررسی آتش، روش دینامیک سیالات محاسباتی است که قابلیت پیش بینی کامل پارامترهای اثر گذار در آتش همچون، دما، سرعت، فشار، گونه های سمی و تشعشع را دارد. البته در این روش نیاز به بررسی صحت سنجی می باشد که با شبیه سازی و اعتبار سنجی نتایج آن با نتایج تجربی، صحت نتیجه عددی را به خوبی شناخت و همچنین ارزش مدل های حاکم در شبیه سازی را بررسی کرد. از این رو در پژوهش حاضر، با استفاده و مقایسه نتایج دو نرم افزار اف دی اس و اپن فوم در هندسه آتش در محفظه، شرایط و پارامترهای دما، سرعت و گونه فرایند احتراق از ابتدا تا انتها بررسی و تحلیل شدند که با بررسی نتایج مشاهده شد که دو نرم افزار در صحت سنجی نتایج مشابهی دارند؛ اگرچه مقدار نتایج نرم افزار اپن فوم بهتر از اف دی اس می باشد. به طوری که نتایج دما و کربن دی اکسید در نرم افزار اپن فوم به ترتیب 4/22 و 16 درصد خطای نسبی دارد؛ اما نرم افزار اف دی اس به ترتیب 24 و 31 درصد خطای نسبی دارد.
کلید واژگان: حریق در محفظه، مطالعه رفتار آتش، شبیه سازی احتراق، نرم افزار اف دی اس، نرم افزار اپن فوم، جریان اغتشاشی، دینامیک سیالات محاسباتیOne of the powerful tools for fire investigation is Computational Fluid Dynamics, which has the capability to predict all influential parameters in fire, such as temperature, velocity, pressure, toxic species, and radiation. However, this method requires validation to assess the accuracy of the results. This can be achieved by simulating and comparing the results with experimental data to evaluate the numerical accuracy and examine the validity of the governing models used in the simulation. In this study, the temperature conditions, velocity, and combustion species were investigated and analyzed in the geometry of the fire compartment, by comparing the results of two software, FDS and OpenFOAM. It was observed that both software have similar validation results, although OpenFOAM performs slightly better than FDS. For instance, the temperature and CO2 species results in OpenFOAM have a relative error of 22.4 and 16%, while FDS have a relative error of 24 and 31%.
Keywords: Compartment Fire, Fire Behavior Study, Fire Simulation, FDS Software, Openfoam Software, Turbulence Flow, Computational Fluid Dynamic (CFD -
Scientia Iranica, Volume:30 Issue: 3, May-June 2023, PP 1008 -1026
Considering the risk of infection in surgeries, maintaining an acceptable indoor air quality in the operating rooms (ORs) to ensure the health and safety of patients and surgical team is very essential. Since airflow is one of the primary mechanisms for transmitting of infections and pollution, it is crucial to examine the air distribution systems in the ORs. In the present study the effect of turbulent and laminar airflow (TAF/ LAF) systems on the air and CO2 distribution in an OR was examined. The effects of inlet and outlet configurations were evaluated for seven different models. The results indicated that the LAF systems is superior over TAF systems. Based on the findings, the LAF with the air curtain configuration brings about the minimum CO2 concentration level in the OR. The results showed that LAF with the air curtain model is able to decrease the CO2 concentration by about 64.66% and 88.96% on central plane, which passes along the body patient on 1.14 m and 1.7 m above the floor, respectively compared to the existing model.
Keywords: Air distribution, Computational fluid dynamic (CFD), HVAC system, Operating room -
The Gravitational Water Vortex Power Plant (GWVPP) is a power generation system designed for ultralow head and low flow water streams. Energy supply to rural areas using off-grid models is simple in design and structure and sustainable to promote electricity access through renewable energy sources in the villages of Nepal. The objective of this study is to determine the most favorable gap between the booster and main runners of a Gravitational Water Vortex Turbine (GWVT) to ensure maximum power output of the GWVPP. CFD analysis was used to evaluate the 30 mm gap between the main and booster runners, which was the most favorable gap for enhancing the plant’s power. In this study, the optimum power and economic analysis of the entire plant was conducted in the case of mass flow rates of 4 kg/s, 6 kg/s, and 8 kg/s. The system was modeled in SolidWorks V2016 and its Computational Fluid Dynamic (CFD) analysis was performed utilizing ANSYS R2 2020 with varying multiple gaps between the main and booster runners to determine the most favorable gap of the plant’s runner. This research concluded that optimum power could be achieved if the distance of the main runner’s bottom position be fixed at 16.72 %, i.e., the distance between the top position of the conical basin and the top position of the booster runner. At a mass flow rate of 8 kg/s, the plant generated maximum electric energy (3,998,719.6 kWh) comparatively and economically contributed 268,870.10 USD on an annual basis.Keywords: Low head MHP, Computational Fluid Dynamic (CFD), Vortex Turbine, Booster Runner, Main Runner
-
The transient hydrodynamic lubrication model of tilting pad journal bearings (TPJBs) was established by the computational fluid dynamics (CFD) method and the self-developed dynamic grid program. The fluid-structure interaction between the flow field and the rotor motion, the pads rotations was realized. The feasibility of the model is proved by comparing with the experimental data. The dynamic response of TPJBs under the various unbalance, the loading modes and the rotating speeds was studied. The dynamic response of TPJBs is further analyzed through a research of the relationships among the shaft whirl orbits, transient force acting on the shaft, rotation angles of the pads and transient oil film force of the pads. With the increase of unbalance, the whirl orbits expand and whirl orbits centers rise continuously. The whirl orbits and orbit center attitude angles of TPJBs are smaller than those of fixed-pad journal bearings. Compare with the load between pads, the whirl orbits are smaller and whirl orbits centers drop slightly under the load on pads. With the increase of rotating speed, the whirl orbits expand nonlinearly, whirl orbit center rises nonlinearly. The transient force acting on the shaft, the rotation angles of the pads and the transient oil film force of the pads change periodically, and the period and frequency of these changes are the same as that of the shaft rotation. The maximum force acting on the shaft appear before the maximum shaft center position (the vertexes of the whirl orbit).
Keywords: Tilting pad journal bearings, Transient model, Fluid-structure interaction, Dynamic response, Computational Fluid Dynamic (CFD), Dynamic grid -
In the present study, Adaptive Neuro–Fuzzy Inference System (ANFIS) approach was applied for predicting the heat transfer and air flow pressure drop on flat and discontinuous fins. The heat transfer and friction characteristics were experimentally investigated in four flat and discontinuous fins with different geometric parameters including; fin length (r), fin interruption (s), fin pitch (p), and fin thickness (t). Two ANFIS models were developed using the Computational Fluid Dynamic (CFD) results which validated by the experimental data. The ANFIS models were applied for prediction of Nusselt number (Nu) and friction factor (f) as functions of Reynolds number (Re), and fin geometric parameters including, spanwise spacing ratio (p/t), and streamwise spacing ratio (s/r). The low error values for testing data set, which were not employed in the training of the ANFIS, proved the precise and validity of the model. The root mean square error (RMSE) of 0.7343 and mean relative error (MRE) of 1.33% were resulted for prediction Nu. In addition, these values for estimation of the f were resulted 0.0158, 3.32%, respectively.Keywords: flat, discontinuous fin, heat transfer, Pressure drop, Computational Fluid Dynamic (CFD), adaptive neuro–fuzzy inference system (ANFIS)
-
در تحقیق حاضر، شبیه سازی عددی جریان جابجایی اجباری آرام همراه با آنالیز تولید انتروپی، در یک کانال دو بعدی و دارای دو انبساط ناگهانی مورد مطالعه قرار می گیرند. این دو انبساط، توسط چهار پله شیب دار پسرو ایجاد شده و باعث به وجود آمدن جدایش جریان و نواحی گردابه ای می شوند. نواحی گردابه ای ایجاد شده در کانال نیز، بطور قابل توجه ای بر نرخ انتقال حرارت و میزان بازگشت ناپذیری جریان تاثیر می گذارند. اندازه زاویه شیب پله ها، یکی از مهم ترین پارامترهای موثر بر کنترل نواحی گردابه ای، نرخ انتقال حرارت و میزان بازگشت ناپذیری جریان است. در این مطالعه، بعد از محاسبه میدان های سرعت و دما، به بررسی اثرات شیب پله بر نواحی جدایش جریان، ضریب اصطکاک، عدد ناسلت، عدد تولید انتروپی و عدد بژان پرداخته می شود. برای محاسبه میدان های سرعت و دما، معادلات حاکم شامل معادلات بقای جرم، ممنتوم و انرژی برای جریان تراکم ناپذیر و پایا با استفاده از روش های حجم محدود و تکنیک های دینامیک سیالات محاسباتی حل می شوند. برای شبیه سازی سطوح شیب دار پله های پسرو در مختصات کارتزین، از روش انسداد کردن (روش ناحیه غیر فعال)، استفاده می شود. همچنین، با استفاده از روابط مربوط به آنالیز قانون دوم ترمودینامیک، به محاسبه ی تولید انتروپی و میزان بازگشت ناپذیری جریان سیال پرداخته می شود. در نهایت، تاثیر عدد بریکمن بر عدد تولید انتروپی و عدد بژان به صورت نموداری بررسی می شود.
کلید واژگان: تولید انتروپی، جابجایی اجباری آرام، پله شیب دار، روش انسداد کردن، دینامیک سیالات محاسباتیIn the present paper, numerical simulations of laminar forced convection flow and entropy generation analysis in a 2-D duct with two sudden expansions are investigated. These two expansions are created by four inclined backward facing steps and beget the separation flows and vortex regions. The vortex regions have the significant effects on the heat transfer rates and flow irreversibility. The inclination angle of steps is one of effective parameters on the control of the separation flows, heat transfer rates and flow irreversibility. In this paper, after calculation of velocity fields and temperature distributions, the effect of the step inclination angle on the separated flows, Nusselt number, friction coefficient, entropy generation number and Bejan number is studied. To obtain the temperature distributions and velocity fields, the set of governing equations including mass, momentum and energy equations are solved by the finite volume methods and computational fluid dynamic (CFD) techniques. For simulating the inclined surfaces of steps in Cartesian coordinates, the blocked-off method is used. Also, thermodynamic second law analysis is employed to calculate the entropy generation and flow irreversibility. Finally, the effect of the Brickman number on the entropy generation number and Bijan number is investigated graphically.
Keywords: Entropy Generation, Laminar Forced Convection, Inclined Step, Blocked off Method, Computational Fluid Dynamic (CFD) -
Now a day centrifugal pumps are vital components of industries. Certainly, one of the most important specifications of centrifugal pumps are the performance curves. In the present work, performance curves of a centrifugal pumps are obtained by Computational fluid dynamics (CFD) and as an outcome, CFD results compare by practical curves. At the first step impeller and volute are designed with two standards and at the end former design completed by automatic design process using CFturbo software. For this purpose, full 3D-RANS equations in coupled with SST turbulence model are solved for several flow rate between 20% and 140% of the operation condition by means of a commercial code, CFX. This simulation is defined by means of the multi-reference frame technique in which the impeller is situated in the rotating reference frame, and the volute is in the fixed reference frame. Proposed simulation is based on a steady state flow, non-Newtonian, incompressible and constant property condition. Operation point is simulated to get the total head and then non-operation points are simulated to obtain performance curves. Practical curves and numerical ones are in good agreement, so numerical approach could be a perfect way to make centrifugal pump design better and easier. Indeed pump simulation with CFD approach can increase our knowledge about pump behavior such as consumption energy, trimming process and saving energy before we have any activities on the pump so the predictions have bettering and excise about any process on the pump.Keywords: Turbulence fluid flow, Centrifugal pump design, Computational fluid dynamic (CFD), Centrifugal pump curves, Periodic boundary condition
-
نشریه شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیک، سال نهم شماره 4 (زمستان 1395)، صص 687 -700در این پژوهش اثرات سرعت خطی و سرعت دورانی ابزار جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر روی توزیع و تولید حرارت در سطح و درون اتصال، سیلان مواد و هندسه ی محل اغتشاش پلی متیل متاکریلات (PMMA)، مورد مطالعه قرار گرفت. به منظور شبیه سازی فرآیند از روش دینامیک سیالات محاسباتی از مجموعه نرم افزار تجاری CFD Fluent 6.4 استفاده شد. برای بالا بردن دقت شبیه سازی، خط جوش که در مرز بین قطعه کارها قرار داشت، به عنوان یک سیال غیر نیوتنی با رفتار شبه مذاب در اطراف پین ابزار مدل سازی شد. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که با افزایش نسبت سرعت چرخشی به سرعت خطی ابزار، جریان مواد در جلو ابزار اندکی بیشتر می شود و ابعاد منطقه اغتشاش بزرگتر می گردد. بیشینه درجه حرارت تولید شده و اغتشاش مواد در سمت پیشرو اتصال مشاهده شد. نتایج حاصل از این مدل توسط نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفت و تطابق قابل قبولی با آنها داشت. براساس پارامترهای جوشکاری مورد بررسی، حداکثر حرارت تولید شده 115 درجه سانتیگراد، بیشینه سرعت جابجایی مواد 24/0 متر بر ثانیه در شانه ابزار و بیشینه فشار ایجاد شده بر روی سیال 9 مگاپاسکال در محل اتصال پیش بینی شد.کلید واژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی جریان مواد، تولید حرارت، شبیه سازی حرارتی، پلی متیل متاکریلاتJournal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering, Volume:9 Issue: 4, 2017, PP 687 -700In this study, the effects of linear and rotational speed of the friction stir welding tool was investigated on the heat generation and distribution at surface and inside of workpiece, material flow and geometry of the welding area of poly methyl methacrylate (PMMA) workpiece. The commercial CFD Fluent 6.4 software was used to simulation of the process with computational fluid dynamic technique. To increase the accuracy of simulation, weld area was modeled as a non-Newtonian fluid with pseudo melt behavior around tool pin. The results of the simulation showed at the higher the proportion of rotational speed to linear speed, the material flow in front of the tool and the welding region became bigger. The maximum temperature and turbulence generated heat and material flow were observed at the advancing side. The simulation results were showed acceptable agreement with experimental results. Based on the studied parameters, the maximum generated heat was of 115° C, the maximum material velocity was 0.24 m/s around tool shoulder and maximum pressure on the workpiece was predicted 9 MPa.Keywords: Friction Stir Welding, Material Flow, Heat generation, Thermal Simulation, Computational Fluid Dynamic (CFD), Poly methyl methacrylate (PMMA)
-
مدل سازی دقیق ، امری ضروری برای سازه های طراحی شده در جریان گذر صوتی می باشد. در این پژوهش به شبیه سازی عددی پدیده های آیروالاستیک به صورت استاتیکی برای سازه های تغییر شکل پذیر در جریان گذر صوتی پرداخته می شود. در جریان گذرصوتی، ناپایداری های فراوانی برای سیستم های آیرودینامیکی به وقوع می پیوندد. این ناپایداری ها باعث غیر خطی شدن محاسبات در محیط سیال و سازه می شود. با توجه به گسترش روش های عددی و همچنین پیشرفت تکنولوژی، هزینه های محاسباتی کاهش یافته و لذا شبیه سازی با کیفیت بالا قابل دستیابی است. در این مقاله شبیه سازی آیروالاستیک در جریان گذر صوتی (عدد ماخ 0.96) بر روی بال مرسوم آگارد 445.6 انجام شده است. این شبیه سازی شامل تحلیل مودال، حل استاتیکی سیال و بررسی رفتار الاستیک سازه می باشد. در قسمت اول با استفاده از تحلیل مودال، چهار فرکانس طبیعی اول و شکل مودهای مربوطه با داده های مربوط به محققان قبلی مقایسه گردید وهندسه ی مدل مورد ارزیابی قرار گرفت. در ادامه، با استفاده از حل یک طرفه استاتیکی، نیروهای فشاری ایجاد شده در هنگام عبور سیال از روی بال، باعث ایجاد تغییر شکل در سازه می شود. در بخش نتایج، ضرایب فشار اعمالی به سازه با یکدیگر و همچنین با نتایج موجود شبیه سازی های محققان قبلی مقایسه شده و جابه جایی های اعمال شده توسط این نیرو های فشاری نیز گزارش گردید. همچنین با توجه به تغییر شکل های بوجود آمده بر روی سازه، ضرایب فشار برای هر مرحله محاسبه و گزارش گردیده است. در این پژوهش با افزایش تعداد مراحل برای حل به صورت یک طرفه، جابه جایی ها کاهش یافته و سازه به پایداری استاتیکی خود نزدیک شده است.کلید واژگان: آیروالاستیک، اندرکنش سیال و سازه، دینامیک سیالات محاسباتی، جریان گذر صوتی، آگارد 445، 6Precise modeling has great importance in systems which are designed to work in transonic regions. The scope of current investigation includes numerical simulation of static aeroelastic phenomena of deformable structures in transonic regimes. Transonic flow brings lots of instabilities for aerodynamic systems. These instabilities bring nonlinearity in flow and structure solvers. Due to improvements in numerical methods and also enhancement in computing technologies, computational costs reduced and high-fidelity simulations are more applicable. Simulations in this paper are done in transonic flow (M = 0.96) on the benchmark wing AGARD 445.6. The procedure includes modal analysis, steady flow simulation and investigation of structures elastic behavior. At the first phase, the geometry model is validated by modal analysis with regards to comparison of first four natural frequencies and corresponding mode shapes. Then, a loose or staggered coupling is used to analyze aeroelastic behavior of the wing. In each simulation step, imposed pressure on the surfaces of the wing caused by transonic flow regime, deforms the structure. In the results section, a comparison between imposed pressure coefficients in each step with the existing literature and experimental results are reported. Also, pressure coefficients in each steps are calculated and reported. In this investigation by using multiple steps in one-way fluid-structure analysis, deformations are reduced in each step and as a result, the structure reached its static stability point.Keywords: Aeroelasticity, Fluid, Structure Interaction, Computational Fluid Dynamic (CFD), Transonic Flow, AGARD 445.6
-
امروزه نگرانی های زیست محیطی بزرگترین چالش در طراحی وسایل نقلیه به حساب می آیند و به نظر می رسد که خودروهای الکتریکی پاسخ مناسبی برای حل این مشکلات است، از این رو تاکنون اقدامات زیادی در زمینه های افزایش بازدهی، کاهش تلفات و بهبود عملکرد این خودروها انجام گرفته است. یکی از مهمترین مواردی که در طراحی خودروها باید در نظر گرفت، بهبود مشخصه های آیرودینامیکی می باشد. در این مقاله نتایج حاصل از تاثیرات بهبود مشخصه های آیرودینامیکی بر روی خودروی الکتریکی مورد بررسی قرار گرفته است و در این راستا نصب اسپویلر عقب متحرک به همراه کنترل کننده ی پیشنهادی و همچنین پوشاندن چرخ های عقب خودرو، پیشنهاد گردیده است. به منظور بررسی راه کارهای پیشنهادی، تاثیرات آن ها بر روی نمونه ای از خودروی الکتریکی که توسط مولفین در دست ساخت و توسعه است، در محیط سیمولینک متلب مدل سازی شده است. به منظور استخراج ضرایب پسا و برآ، جریان حول خودروی الکتریکی ارائه شده در نرم افزار انسیس مورد بررسی قرار گرفته شده است، در این راستا حل عددی جریان حول خودرو از طریق دینامیک سیالات محاسباتی و همچنین مدل توربلانسی استاندارد k-ε انجام شده است. نتایج حاکی از آن است که بهبود مشخصه های آیرودینامیکی در خودروهای الکتریکی نه تنها باعث افزایش پایداری خودرو می گردد، بلکه می تواند تاثیرات قابل توجهی بر روی سیستم ذخیره سازی انرژی، مسافت پیموده شده و بازدهی موتور الکتریکی داشته باشد.کلید واژگان: اسپویلر، خودروی الکتریکی، دینامیک سیالات محاسباتی، ضریب برآ، ضریب پساIn recent years, environmental concerns are the greatest challenge in vehicle design. Electric vehicles seem to be a suitable solution to this problem. Therefore, numerous measures have been taken to increase the efficiency, reduce losses, and improve the performance of these vehicles. Aerodynamic characteristics improvement is a key issue that should be considered in vehicle design. In this paper, the effects of improving the aerodynamic characteristics on the electric vehicles are analyzed. For this purpose, installing movable rear spoiler along with a controller and covering the rear wheels have been proposed. In order to evaluate the proposed solutions, their effects on an electric vehicle prototype that has been constructed and developed by the authors have been modeled in MATLAB SIMULINK environment. The flow around the electric vehicle has been studied in ANSYS in order to calculate the drag and lift coefficients. The flow has been numerically solved using the Computational Fluid Dynamics (CFD). The standard k-ε turbulence model has been utilized in this study. The results show that improvement of aerodynamic characteristics in electric vehicles not only increases the stability of the vehicle, but also has a significant impact on the energy storage system, mileage, and the electric motor efficiency.Keywords: Computational fluid dynamic (CFD), Drag coefficient, Electric vehicle, Lift coefficient, Spoiler
-
نیروی چرخشی ناپایا یا توزیع قدرت دو قطبی ها که توسط چرخش فن یا پروانه در سیال به وجود می آید، توسط روش معکوس قابل پیش بینی است. به منظور استفاده از این روش از اندازه گیری های فشار آکوستیکی میدان دور در فرکانسهای عبوری پره پروانه در حالت غیر کاویتاسیونی استفاده می شود. در این مقاله فشار آکوستیکی میدان دور از معادلات فاکس ویلیامز و هاوکینگز با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی در آرایه هیدروفونی مشخص استخراج می شود و سپس نیرو چرخشی ناپایای اعمالی از پره به سیال که مهمترین منبع تولید صوت در حالت غیر کاویتاسیونی است به دست می آید. نیروهای چرخشی ناپایای با استفاده از روش معکوس توسط کدی تحلیلی در متلب استخراج می شوند. حل درست به انتخاب صحیح پارامتر مرتب سازی تابع انتقال (تابع انتقال ارتباط میان فشار آکوستیکی و نیروها در روش معکوس است) وابسته است. بنابراین باید محدوده مناسب پایداری انتخاب تا مشکل ناپایداری تابع انتقال حل شود. کد تحلیلی برای پارامتر پایداری در حالات مختلف حل و مناسبترین مقادیر نیروی ناپایای اعمالی در سه مقطع پروانه به دست می آید. از روش معکوس به منظور محاسبه منبع تولید صوت در مقاطع مختلف پروانه در حالت غیر کاویتاسیونی جهت طراحی پروانه با کمترین مقدار صوت می توان استفاده کرد. این روش برای اولین بار در این مقاله برای یک مدل پروانه دریایی مورد استفاده قرار گرفته است.
کلید واژگان: نیروی چرخشی ناپایا، فشار آکوستیکی میدان دور، معادلات فاکس ویلیامز و هاوکینگز، تابع انتقال، دینامیک سیالات محاسباتیThe unsteady rotating force or dipole strength distribution, acting by the fan or propeller on the fluid, is predicted by inverse method. In this method, the far-field acoustic pressures are used in non-cavitating condition. In this paper, the far-field acoustic pressures are obtained from Ffowcs Williams and Hawkings (FW-H) equations using computational fluid dynamic (CFD) in specific hydrophone array and then the unsteady rotating force, acting by the propeller on the fluid, is obtained as the most important sound source in non-cavitating condition. The unsteady rotating forces are extracted using inverse method by analytical code in MATLAB. The correct solution is independence to the optimum select of regularization parameter from transfer function; the transfer function represents relationship between the force coefficients and the far-field acoustic pressure. Therefore, the appropriate range of regularization parameter should be choice in order to an ill-conditioned problem from transfer function is solve. The analytical code is solved for different regularization parameters and then the unsteady rotating forces are obtained for three sections on the blade surface. The inverse method could be used for dipole strength distribution calculation as the most important sound source in non-cavitating condition in order to design the noiseless of marine propeller.Keywords: Unsteady Rotating Force, Far, field Acoustic Pressure, Ffowcs Williams, Hawkings (FW, H) Equations, Transfer Function, Computational Fluid Dynamic (CFD)
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.