numerical simulation
در نشریات گروه برق-
در بیشتر کاربردهای صنعتی به دلیل خاصیت نامنظمی و نوسانات فشار بالا در رژیم جریان اسلاگ، سعی بر آن است که از تشکیل آن جلوگیری شود. هدف از این تحقیق، بررسی گرادیان فشار، کسر حجمی مایع اسلاگ، فرکانس اسلاگ و طول اسلاگ با استفاده از شبیه سازی عددی برای جریان اسلاگ با وجود شیر دروازه ای در لوله افقی می باشد. برای دستیابی به این هدف، شبیه سازی عددی برای رژیم جریان اسلاگ در یک لوله افقی به طول 10 متر و قطر 20 میلی متر با سه نسبت بازشدگی سطح مقطع مجزا انجام شد. ابتدا نتایج عددی (فرکانس اسلاگ) در مقایسه با سایر مطالعات عددی اعتبارسنجی شد و توافق منطقی با خطای کمتر از 3 درصد به دست آمد. دوم، نتایج عددی در مقایسه با داده های تجربی از نظر زمان و مکان برای حالتی که جریان اسلاگ در مواجهه با شیر دروازه ای قرار دارد، تایید شد و خطای کمتر از 15٪ به دست آمد. در نهایت، گرادیان فشار، فرکانس اسلاگ، طول اسلاگ و کسر حجمی مایع با وجود شیر دروازه ای با استفاده از روش عددی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بیانگر این بود که فرکانس اسلاگ به میزان 3/4 درصد افزایش می یابد و این پدیده به دلیل موج های کوچکی است که به دلیل افت فشار زیاد در محل شیر به وجود می آیند. طول اسلاگ مایع با کاهش بازشدگی دهانه شیر دروازه ای به میزان 89/20 افزایش و با افزایش سرعت سطحی گاز به میزان 4/30 درصد کاهش می یابد. با افزایش فاصله از شیر دروازه ای افت فشار به میزان 65/15 درصد کاهش می یابد.کلید واژگان: شبیه سازی عددی، فرکانس اسلاگ، افت فشار، لوله افقی، شیر دروازه ای، جریان دو فازSlug flow is a part of an intermittent flow that is avoided in industrial applications because of its irregularity and high-pressure fluctuations. The present investigation aims to comprehend the behavior of intermittent slug flow with the gate valve and its associated pressure drop, slug liquid holdup, slug frequency, and averaged slug body length using CFD simulation studies. To achieve this objective, numerical investigations of slug flow were carried out on a horizontal pipe 10 m in length and 20 mm in diameter with three distinct area contraction ratios. First, the numerical results (slug frequency) were validated by comparison with other studies, and a reasonable agreement with an error of less than 3% was achieved. Second, the numerical results were validated by comparison with experimental data in terms of time and space for slug flow encountering the gate valve, and a sensible agreement with an error of less than 15% was achieved. Eventually, pressure gradient, slug frequency, slug length, and the existence of a gate valve have been investigated using numerical methods. The results showed that the slug frequency increases by 4.3% and this phenomenon is due to the small waves that occur due to the high pressure drop at the valve location. The length of the liquid slug increases by 20.89 percent by reducing the opening of the gate valve and decreases by 30.4 percent by increasing the surface velocity of the gas. By increasing the distance from the gate valve, the pressure drops decrease by 15.65%.Keywords: Numerical Simulation, Slug Frequency, Pressure Drop, Horizontal Pipe, Gate Valve, Two-Phase Flow
-
در این پژوهش، به شبیه سازی عددی مسیر عبور جریان های داغ در ناحیه پخت کوره گندله سازی مجتمع معدنی صنعتی گل گهر سیرجان پرداخته شده است. در این راستا، از نرم افزار اوپن فوم که از برنامه های شیء گرا و بر پایه یک زبان برنامه نویسی مناسب است بهره برده است. محدوده مورد بررسی شامل صفحه خروجی مشعل ها، لوله های داون کامر، محفظه احتراق، فضای درون کوره و ویندباکس بوده و بستر گندله به صورت متخلخل فرض شده است. جریان مورد نظر به صورت پایا، تراکم پذیر و مغشوش فرض شده است که از بستر گندله با درصد تخلخل یکنواخت عبور می کند. برای مدل سازی جریان مغشوش از یک مدل دو معادله ای مناسب بهره گرفته شده است. علاوه براین، دیواره های کوره عایق، گرادیان دما و فشار روی دیواره ها صفر و شرط عدم لغزش برای شرط مرزی سرعت فرض شده اند. نتایج حاصل از شبیه سازی حاکی از انحراف جریان های داغ گازی به سمت دیواره های جانبی بوده که می تواند به عنوان یک عامل مهم در خوردگی و کاهش عمر آن ها تلقی شود.
کلید واژگان: شبیه سازی عددی، نرم افزار اوپن فوم، محیط متخلخل، جریان پایا، جریان تراکم پذیر، جریان مغشوشIn this research, numerical simulation of the hot gas flow in the firing area of the pelletizing furnace in Golgohar mining-industrial complex is studied. In this regard, Open-Foam software as an objective-oriented program and based on a proper programming language is used. The considered area includes the outlet plane of the burners, the down comer pipes, the combustion chamber, the space of the furnace and the wind box, while the pellet bed is regarded as a porous media. The investigated flow is assumed as steady-state, compressible and turbulent that passes through the pellet bed having a uniform porosity percentage. In order to model the turbulent flow, an appropriate two-equations approach is employed. In addition, the walls of the furnace are assumed to be insulated, the gradients of the temperature and pressure on the walls are considered to be zero, and non-sliding condition is regarded for the boundary condition of the velocity. The simulation results illustrate that the hot gasses are diverted on the sidewalls, which could be considered as an important factor for corrosion and decreasing their life.
Keywords: Numerical Simulation, Open-Foam Software, Porous Media, Steady-State Flow, Compressible Flow, Turbulent Flow -
Scientia Iranica, Volume:31 Issue: 16, Sep-Oct 2024, PP 1343 -1358This research investigates the twisting behavior of a multi-layered hydrogel-based actuator comprised of two temperature-sensitive hydrogel layers and one elastomeric layer as the main core in different aspects due to temperature changes. Firstly, a suitable model is implemented for the temperature-sensitive hydrogel in the ABAQUS software using the UHYPER subroutine. Then, twisting behavior of the actuator due to temperature changes is simulated, and the twisting angle and reaction torque are obtained for the actuators. A comprehensive parameter study is conducted to investigate the effect of different material and geometric parameters on the performance of the actuator. These parameters include the cross-linking density of the hydrogel, the volumetric percentage of the hydrogel, the geometry of the interface line of the layers, and the aspect ratio (cross-section dimensions) of the actuator. The results identify the actuators with the maximum twisting angle and maximum reaction. In brief, the reaction torque generated at the ends of the twisting actuator is the maximum for the case where the interface line passes through the corners of the actuator cross-section. The results also show that for the maximum twisting angle of the studied actuator, the so-called interface line should not pass through the actuator corners.Keywords: Temperature-Sensitive Hydrogel, Hydrogel Twisting Actuator, Numerical Simulation
-
Scientia Iranica, Volume:31 Issue: 13, Jul-Aug 2024, PP 1030 -1042
In this paper, a new geometry has been proposed to increase heat transfer in tubes. The fluid used was water-aluminum oxide (Al2O3) nanofluid. The results showed that the proposed geometry in this study (compared to a simple tube) in addition to increasing heat transfer, reduced the flow pressure drop, which is a great advantage over previous methods. Reynolds numbers of 2-300 and nanoparticle volume fraction of 0-3.5% have been investigated. Profile of temperature, velocity and pressure has been presented for different Reynolds numbers, nanofluid volume fractions and sections of geometry. In addition, variations of Nusselt number in different Reynolds numbers and volume fractions have been studied. For the Reynolds number 50, increasing the temperature of the fluid of the geometry proposed in this study was 52% higher than that of a simple tube under the same operating conditions. For the Reynolds number 50, the pressure drop of the geometry proposed in this study was 24% less than that of a simple tube under the same operating conditions. The results showed that the change in volume fraction of nanoparticles had a small effect on the Nusselt number. It was found that increasing the Reynolds number increased the Nusselt number.
Keywords: Heat Transfer Enhancement, Tube, Numerical Simulation, Nanofluid -
در این تحقیق، جریان متلاطم سیال و انتقال حرارت در کلکتور خورشیدی با فین های جامد، متخلخل و همچنین در حالت بدون فین به صورت عددی با استفاده از یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی سه بعدی بررسی شد. هدف این بود که تاثیر نوع فین بر انتقال حرارت و ساختار جریان در اعداد رینولدز مختلف که نسبت نیروهای اینرسی به نیروهای ویسکوز در سیال را نشان می دهند، مطالعه شود. یافته ها نشان داد که با استفاده از فین متخلخل، ضریب اصطکاک کاهش یافته و عدد ناسلت در مقایسه با فین جامد در کلکتور خورشیدی افزایش یافته است. فین متخلخل با ایجاد اختلاط و گردابه های بیشتر در سیال، انتقال حرارت را افزایش داده و درعین حال با اجازه دادن به عبور مقداری از سیال ازطریق ساختار فین، افت فشار را کاهش داده است. نتایج این تحقیق می تواند بینش های مفیدی برای طراحی و بهینه سازی کلکتورهای دارای فین فراهم کند.کلید واژگان: کلکتور سهموی خورشیدی، ضریب اصطکاک، انتقال حرارت، عدد ناسلت، شبیه سازی عددی، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)The production of electricity by solar thermal power plants is one of the promising ways to utilize renewable energy sources and reduce greenhouse gas emissions. Solar thermal power plants use concentrated solar radiation to heat a fluid that drives a turbine or an engine. One of the common technologies for concentrating solar radiation is the linear parabolic trough collector, which consists of a parabolic-shaped reflector that focuses the sunlight onto a receiver tube located at the focal line. In this research, the turbulent fluid flow and heat transfer in tubes with solid and porous fins as well as without fins were investigated numerically using a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model. The objective was to study the impact of the fin type on the heat transfer and flow structure at different Reynolds numbers, which represent the ratio of the inertial forces to the viscous forces in the fluid. The findings showed that using the porous fin, the friction coefficient decreased and overall Nusselt number increased compared to the solid fin and the plain tube. The porous fin enhanced the heat transfer by creating more mixing and vortices in the fluid, while reducing the pressure drop by allowing some fluid to pass through the fin. The results of this research can provide useful insights for the design and optimization of internally finned tubes for solar thermal power plants.Keywords: Solar Parabolic Collectors, Friction Coefficient, Heat Transfer, Nusselt Number, Reynolds Number, Numerical Simulation, CFD
-
در این پژوهش، عملکرد حرارتی مبدل زمین به هوا با سه لوله موازی بصورت سه بعدی شبیهسازی شده است. اشباع حرارتی خاک در مبدل مورد نظر با طول 30 متر و عمق دفن 3 متر در شهر تهران با در نظر گرفتن مقادیر واقعی دمای ساعتی محیط بیرون بررسی شده است. هدف پژوهش بررسی تاثیر فاصله بین لولهها بر اشباع حرارتی خاک پیرامون لولهها و در نتیجه تاثیر آن بر دمای خروجی از لولهها و نرخ انتقال حرارت کلی است. تاثیر فاصله مرکز تا مرکز لوله ها بر دمای خروجی و نرخ انتقال حرارت از هوا به خاک به ازای دبیkg/s 1/0 در طول دوره سرمایش بررسی شده است. نتایج نشان داد در روزهای اول کارکرد، دمای هوای خروجی از لوله وسط و کناری تغییر چندانی نمی کند؛ ولی با گذشت زمان مقدار دمای هوا در لوله وسط نسبت به لوله کناری به مقدار کمتری کاهش می یابد. فاصله مراکز لوله ها تاثیر بسزایی در دمای خروجی از لوله وسط و کناری بخصوص بعد از گذشت چند روز از عملکرد سیستم دارد. با افزایش فاصله بین لوله ها از 25 به 50، 75 و 100 سانتیمتر مقدار، انتقال حرارت از لوله وسط در دبی kg/s 1/0 به ترتیب 5/14%، 5/26 و 6/35% افزایش می یابد.کلید واژگان: مبدل زمین به هوا، اشباع حرارت، آرایش موازی، شبیه &rlm، سازی عددی، اقلیم تهرانIn this research, the thermal performance of the earth -to-air exchanger with three parallel pipes is simulated in 3D. The thermal saturation of the soil in the considered exchanger with a length of 30 m and a burial depth of 3 m in Tehran city has been investigated. The aim of the research is to investigate the effect of the distance between the pipes on the thermal saturation of the around soil consequently, its effect on the exit temperature and the overall heat transfer rate. The results showed that in the first days of operation, the temperature of the air exiting from the middle and side pipes does not change much; But with the passage of time, the temperature of the air in the middle pipe decreases to a smaller amount than the side pipes. The distance between the pipes has a significant effect on the outlet temperature of the middle and side pipes, especially after a few days of system operation. By increasing the distance between the pipes from 25 to 50, 75 and 100 cm, the heat transfer amount from the middle pipe at a flow rate of 0.1 kg/s increases by 14.5%, 26.5 and 35.6%, respectively.Keywords: earth-to-air heat exchanger, thermal saturation, parallel arrangement, Numerical simulation, Tehran climate
-
Engineers often face challenges when designing foundations that are located over and near the slopes. By using new small-scale laboratory model, the Effect of eccentric loading on the bearing capacity of a strip footing located on the inclined multi-layer soil mass with a weak soil layer, was investigated as multi-effects. Thin layers have substantial effects on the ultimate bearing capacity, despite they seem to be insignificant. A series of laboratory model tests was performed on a rigid strip footing resting on surfaces with different layered slope foundations. The experimental program considered different foundation configurations by varying the footing distance from the slope’s top and inclination of the thin layer. It is found that the weak thin layer decreases the ultimate bearing capacity specifically. The laboratory results indicate that the value of eccentricity affect the final bearing capacity and increase this capacity by moving away from the weak layer and the slope. Also, The weak thin layer at the critical distance led to more reduction in the ultimate bearing capacity by 43%. The results were compared with analytical methods and the differences were 2 to 9.5%. Also, the numerical simulation of the physical data shows that the results can be developed to large-scale models as a prediction.Keywords: Eccentricity, Inclined Multi-Layer Soil, Physical Model Weak Thin Layer, Ultimate Bearing Capacity, Numerical Simulation
-
در میان انرژی های تجدیدپذیر، انرژی باد یکی از جذاب ترین روش های تولید انرژی مکانیکی هست و روش های متفاوت کنترل جریان اعم از فعال، شبه فعال و غیرفعال توسط محققان مختلفی بررسی شده است. برای کنترل جریان سیال به روش فعال روی پره ی توربین بادی، عملگر تخلیه کرونا بر اساس پلاسما مناسب ترین روش برای کاهش جدایش جریان سیال بر روی پره توربین بادی محسوب می شود. در این مقاله، یک شبیه سازی عددی برای ادغام کنترل بار فعال با استفاده از تخلیه ی کرونا بر اساس محرک پلاسما بر روی تیغه با زبری معین ارایه شده است. اثرات زبری، ولتاژ و فرکانس محرک بر پارامترهای آیرودینامیکی مانند نقطه جدایی جریان سیال، ضرایب لیفت و درگ نشان داده شده است. نتایج کارفعلی نشان داد که با افزایش ولتاژ و فرکانس محرک های پلاسما، ضریب لیفت افزایش می یابد. به طور کلی، در نظر گرفتن زبری برای سطح بیرونی پره، ضریب فشار بحرانی را تا حدود 50 درصد در مقایسه با سطح کاملا صاف کاهش می دهد.کلید واژگان: سطح زبر، توربین بادی محوری، تخلیه کرونا، پلاسما، شبیه سازی عددیThe use of renewable energy has recently become very common in most countries of today's society. Among these renewable energies, wind energy is one of the most attractive methods of mechanical energy production, and different methods of flow control, including active, semi-active and passive, have been investigated by various researchers. To control the fluid flow in an active way on the wind turbine blade, the corona discharge actuator based on plasma is considered the most appropriate method to reduce the fluid flow separation on the wind turbine blade. In this paper, we present a numerical simulation to integrate active load control using a corona discharge based on plasma actuators over the roughness blade. Effects of roughness, actuators voltage and frequency on aerodynamics parameters such as separation point, lift and drag coefficients have been showed. Present results showed that, the lift coefficient increase with increase in the voltage and frequency of plasma actuators. Overall, using the roughness for outer surface of blade would decrease the critical pressure coefficient by approximately 50% compared to that for the smooth surface.Keywords: Roughness surface, horizontal axis wind turbine, corona discharge, Plasma, Numerical simulation
-
در این مقاله به تحلیل میدان جریان و انتقال حرارت جابجایی اجباری سیالات غیرنیوتنی درون کانال با موانع دوکی شکل پرداخته شده است. در ابتدا پس از بررسی معادلات حاکم و شرایط مرزی حاکم بر مسیله، استقلال حل از تعداد شبکه صورت گرفته است. سپس نتایج تحقیق حاضر در دو حالت برای سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی با مطالعات مشابه پیشین صحت سنجی شده است. اثرات پارامترهای مختلفی مانند اثر آرایش موانع دوکی، اثر قطر موانع و اثر دنباله موانع مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین اثر شاخص های توانی مختلف سیال غیرنیوتنی و تاثیر آن بر ضریب درگ و عدد ناسلت مورد بررسی قرار داده شده است. با بررسی نتایج مشخص شد که به ازای کلیه پارامترهای مورد بررسی، آرایش جابجا شده موانع دوکی نسبت به حالت آرایش منظم، میزان انتقال حرارت بیشتری داشته است. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش قطر و دنباله موانع، میزان انتقال حرارت از موانع کاهش می یابد. همچنین با افزایش قطر پیشانی موانع، ضریب درگ فشاری و اصطکاکی افزایش پیدا می کند. در انتها با بررسی رفتار سیال غیرنیوتنی مدل توانی مشخص شد که با افزایش شاخص توانی عدد ناسلت کاهش پیدا یافته و برای سیالات غیرنیوتنی باریک شونده (n<1) میزان افت های اصطکاکی و فشاری کمتری به دست آمده است.کلید واژگان: سیال غیر نیوتنی، مانع دوکی شکل، حل عددی، شاخص توانیIn this article, the analysis of the flow field and forced convection heat transfer of non-Newtonian fluids inside the channel with spindle-shaped obstacles is discussed. At first, after checking the governing equations and the boundary conditions of the problem, the grid independency has been evaluated. Then, the results of the present study have been validated for two cases of the Newtonian and non-Newtonian fluids with previous similar works. The effects of various parameters such as the effect of the arrangement of spindle obstacles, the effect of the obstacles diameter and the effect of the obstacles length have been investigated. Also, the effect of different power indexes of non-Newtonian fluid and its effect on drag coefficient and Nusselt number have been investigated. By examining the results, it was found that for all the mentioned parameters, the staggered arrangement of the spindle obstacles had a higher heat transfer rate than the ordered arrangement. The results of this research revealed that with the increase in the diameter and length of the obstacles, the amount of heat transfer from the obstacles decreases. Also, by increasing the diameter of obstacles, the pressure and friction drag coefficients increases. Finally, by examining the behavior of the non-Newtonian fluid of the power-law model, it was found that with the increase of the power index, the Nusselt number decreased and for shear thinning non-Newtonian fluids (n<1) less friction and pressure drops were obtained.Keywords: Numerical simulation, Spindle barrier, Dimensions of the spindle obstacle, Non-Newtonian fluid, power index
-
واقعیت افزوده یکی از فناوری های نوین در دهه های اخیر است که به ویژه در دستگاه های سیار نمود پیدا کرده است. در واقعیت افزوده، اشیاء مجازی در یک محیط واقعی و در کنار سایر اشیاء واقعی قرار می گیرند. از دلایل دیگر اهمیت واقعیت افزوده، قابل اجرا بودن برنامه های مبتنی بر واقعیت افزوده بر روی دستگاه های همراه و شخصی مانند گوشی های هوشمند و تبلت ها است. ادغام واقعیت افزوده با یک روش شبیه سازی عددی مانند دینامیک سیالات محاسباتی، ابزاری شناختی، علمی و کارآمد برای کاربران متخصص و غیرحرفه ای جهت تحلیل مسایل کاربردی فراهم می کند. علاوه بر این با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی و یک سیستم مبتنی بر واقعیت افزوده، تحلیل های مهندسی و نتایج شبیه سازی به صورت مستقیم بر روی اشیاء دنیای واقعی حاصل می شود که سبب درک بهتر و ارتباط بین نتایج شبیه سازی و دنیای واقعی می گردد. در این پژوهش از ترکیب واقعیت افزوده و روش دینامیک سیالات محاسباتی جهت پیاده سازی یک نرم افزار اندرویدی برای شبیه سازی تغییرات دمای اجسام جامد با جنس های مختلف در گذر زمان استفاده شده است.
کلید واژگان: واقعیت افزوده، دینامیک سیالات محاسباتی، گوشی های هوشمند، شبیه سازی عددی، تغییرات دماAugmented reality is one of the new technologies in recent decade that has appeared especially in mobile devices. In augmented reality, virtual objects are placed in a real environment, next to other real objects. Another reason for the importance of augmented reality is the implementation of augmented reality applications on mobile and personal devices such as smartphones and tablets. The integration of augmented reality with a numerical simulation method such as computational fluid dynamics provides a cognitive, scientific and efficient tool for expert and non-professional users to analyze practical problems. In addition, using computational fluid dynamics techniques and an augmented reality-based system, engineering analysis and simulation results are obtained directly on real-world objects, resulting in a better understanding and relationship between the simulation results and the world. It becomes real. In this research, the combination of augmented reality and computational fluid dynamics method has been used to implement an Android software to simulate the thermal changes of solids with different materials over time.
Keywords: Temperature Distribution, Augmented reality, Computational fluid dynamics, Smartphones, Numerical simulation -
در این مطالعه، انتقال حرارت جابه جایی نانوسیال به صورت تک فاز، تراکم ناپذیر، آرام و دایم در یک کانال دوبعدی سینوسی تحت تاثیر میدان مغناطیسی دارای محیط متخلخل بررسی شده است. شار حرارتی متناوب در دیوارهای کانال اعمال شده است. معادلات حاکم بر مسیله از طریق نرم افزار فلوینت و با رویکرد حجم محدود گسسته-سازی شده و کوپلینگ سرعت و فشار با استفاده از الگوریتم سیمپل انجام شده است. محدوده عدد رینولدز جریان 500 ≤ Re ≤ 200 است. آب به عنوان سیال پایه در نظر گرفته است و نانوذره اکسید منیزیم به آن افزوده شده است. درصد حجمی نانوسیال 04/0 است. جریان نانوسیال در 4 عدد دارسی مختلف (00001/0، 0001/0، 001/0، و 01/0) و اعمال میدان مغناطیسی در 4 عدد هارتمن (0، 4، 7 و10) مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در همه موارد با افزایش عدد هارتمن، حرارت منتقل شده بهبود و افت فشار افزایش می یابد. با افزایش عدد دارسی از 00001/0 به 01/0 در شرایط یکسان (رینولدز 500 و هارتمن 10) عدد ناسلت 392/4 برابر می شود. همچنین با افزایش عدد دارسی مقاومت ویسکوز کاهش یافت و همواره افت فشار کمتر شد به نحوی که نسبت افت فشار عددی کوچک تر از 1 به دست آمد.
کلید واژگان: انتقال حرارت جابه جایی، شبیه سازی عددی، روش حجم محدود، محیط متخلخل، میدان مغناطیسیIn this study, the heat transfer of nanofluids as single-phase, incompressible, laminar, permanent in a two-dimensional sinusoidal channel under the influence of a magnetic field with a porous medium is investigated. Alternating heat flux is applied to the channel walls. The governing equations are discretized using Fluent software with finite volume method (FVM) and velocity and pressure coupling is performed using SIMPLE algorithm. The Reynolds number range is 500 ≤ Re ≤ 200. Water is considered as the base fluid and magnesium oxide nanoparticles have been added to it. The volume percentage of nanofluid is 0.04. Nanofluid flow in 4 different Darcys (0.00001, 0.0001, 0.001, and 0.01) and magnetic field application in 4 Hartmann numbers (0, 4, 7 and 10) have been investigated. The results show that in all cases, with increasing Hartmann number, the heat transferred improves and the pressure drop increases. By increasing the Darcy number from 0.00001 to 0.01 under the same conditions (Reynolds 500 and Hartmann 10), the Nusselt number equals 4.392. Also, with increasing the Darcy number, the viscous resistance decreased and the pressure drop was always lower, so that the numerical pressure drop ratio was less than 1.
Keywords: convection heat Transfer, Numerical simulation, Limited volume method, Porous environment, Magnetic field -
The purpose of this paper is to investigate the effect of the location of heat sources on the heat transfer of natural displacement inside a rectangular chamber with fixed dimensions, the walls of which are well insulated. Inside the chamber, two high-temperature heat sources are located on the lower surface and a coolingsource near the roof with a gentle slope. The coolingsource temperature is considered to be zero degrees Celsius and the hot source temperature is assumed to be equal to 60 degrees Celsius. This geometry has been selected for the purpose of modeling long cooling tunnels in cooling-moving refrigerators. The coolingsource is considered as an evaporator and the hot source is equivalent to pallets containing hot materials (which are intendedfor cooling). Based on this goal, the dimensions of the problem are assumed to be about one room, the values of which are listed below. The parameters studied in this study are: distance of hot sources from each other, distance and angle of coolingsource which is modeled for several different values in Ensys Fluent software and the effect of changes in each parameter on the pattern of flow lines, temperature and heat transfer rate. The general result obtained for different modeling conditions of this problem shows that the total flow consists of six zones inside the chamber and each zonehas its own characteristics in terms of flow that if this system is used in systems Combined, the overall efficiency of the system will be greatly increased.
Keywords: Natural Heat Transfer, Long Cooling Tunnels, Numerical Simulation -
بعد از گذشت چند سال از بهره برداری سیکل ترکیبی در یکی از نیروگاه های حرارتی کشور مشاهده شد که لوله های فوق گرمکن بخش دما بالای دیگ بخار دچار آسیب و گسیختگی از محل اتصال به سرلوله های فوقانی شده است. بر اساس بررسی ها مشخص شد این پدیده برای چندین لوله در یک زمان و به صورت ناگهانی اتفاق افتاده که موجب خسارت سنگین به تجهیزات ابزار دقیق دیگ بخار و آسیب به سازه های داخلی در زمان حادثه شده است. بررسی آزمایشگاهی لوله های آسیب دیده با آزمون های مختلفی همچون آنالیز سوخت ورودی به محفظه احتراق، سختی سنجی لوله های سالم و گسیخته شده، ساختارشناسی از محل گسیختگی و آنالیز ترکیب رسوب داخل لوله فوق گرمکن صورت گرفت. نتایج نشان داد که افزایش دمای فلز در محل اتصال و تنش های ثابت اعمال شده به مدت طولانی عامل تخریب آن هستند. برخورد مستقیم گاز ورودی به دیگ بخار به لوله های فوق گرمکن دما بالا و همچنین تنش های ناشی از انبساط طولی لوله های مذکور باعث آسیب دیدگی و متعاقبا خروج اضطراری واحد از چرخه تولید توان شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، مواردی از قبیل استفاده از سیستم دوده روب، بهبود کیفیت سوخت مورد استفاده، اصلاح سیستم احتراقی برای استفاده از سوخت های خارج طراحی و تنظیم پذیر کردن مشعل ها برای جلوگیری از نقص های ایجادشده پیشنهاد شده است.
کلید واژگان: دیگ بخار، فوق گرمکن دما بالا، انبساط طولی لوله، تنش حرارتی، گسیختگی مکانیکیAfter years from the first day of operating a power plant, it has been seen that the pipes of the high-temperature super heater suffer from damage and failure. In-depth investigations have revealed that the damage has occurred suddenly and remained heavy ruining instrumentations and buildings. Experiments and finite-element numerical simulations are conducted to understand the risk factors. The experiments such as gas flue analysis, hardness test for both intact and damaged tubes, the morphology of the failure part, and the analysis of the sediment inside the tubs are done. The main reasons for the failure of the super heater unit are found to be: striking hot flue gases with temperature of 530° Celsius and the stress of thermal elongation of the tubes .With the obtained results, some remedies such as using soot removal systems, using high-quality fuels, modifying combustion systems for applying fuels out of design, and using adjustable burners can be presented to solve the aforementioned problems. The current results can be valuable for other researchers to prohibit similar phenomena.
Keywords: Boiler, High temperature super heater, Longitudinal expansion, Numerical simulation, Mechanical failure -
Combined bearing, which consists of spherical roller bearing and thrust spherical roller bearing, is an important support in various low-speed and heavy load institutions and the stability of its running state is a strong guarantee for the normal operation of the supporting mechanism. Basing on the wellbore trajectory control tool, the loading distribution of combined bearing under pure radial and axial forces is studied theoretically. Two kinds of limit state of rolling elements movement named "Odd press" state and "Even press" state is considered and the Hertzian line elastic contact model is used to deal with the contact between roller and raceway. The calculation results of contact stress and radial displacement are very close to the analysis results, and the accuracy of the analysis results is verified by the radial displacement experiment. The results show that the radial load will lead to the radial displacement of the combined bearing axis, which is about 5.81×10-3 mm. The radial displacement can affect the guiding accuracy of the tool to a certain extent. The radial displacement can be reduced by adjusting the bearing structure design parameters .This research can be used to design SRB and TSRB combined Bearing in actual engineering problem.
Keywords: Combined bearing, Bearing washer, Loading distribution, Numerical simulation, Finite elementanalysis -
یکی از مهمترین مسایلی که در جاذب های انرژی به عنوان سازه های جدارنازک مورد توجه طراحان قرار گرفته است، میزان جذب انرژی و نیروی پیک اولیه فروریزش می باشد. در این مطالعه ، ضربه پذیری لوله های آلومینیمی درپوش دار استوانه ای جدار نازک تحت بار محوری و مورب بررسی می شود. در این طراحی، به منظور کاهش ماکزیمم نیروی پیک اولیه فروریزش، حفره هایی بر روی جاذب با فاصله های مشخص در طول لوله ایجاد شده اند. وجود حفره های حلقوی به عنوان نقص در جاذب، باعث کاهش نیروی وارد به سازه اصلی و سرنشینان می شود. در این مقاله، با استفاده از شبیه سازی عددی توسط نرم افزار آباکوس، اثر وجود حفره، زاویه و راستای اعمال بار مورب بر روی تغییرات نمودار نیرو-جابجایی لوله های درپوش دار مطالعه می شود. همچنین، به منظور بررسی صحت شبیه سازی عددی، تعدادی تست تجربی انجام گردید که نتایج قابل قبولی حاصل شده است. نتایج نشان می دهد که اعمال بار مورب با زاویه 10 درجه و در خلاف راستای حفره ها بر نحوه فروریزش، میزان جذب انرژی و کاهش نیروی پیک اولیه موثر بوده و زوایای بارگذاری 20، 30 و 40 درجه تغییرات زیادی در نیروی پیک اولیه و جذب انرژی ندارند.
کلید واژگان: نیروی پیک اولیه فروریزش، لوله درپوش دار استوانه، سوراخ، شبیه سازی عددی، بارگذاری موربOne of the most important problems that energy absorbers as thin-walled structures have been considered by designers, is the amount of energy absorption and the initial peak crushing load. In this paper, the crashworthiness of end capped circular aluminum tubes under axial compression is investigated. In this design, in order to reduce the initial maximum crushing load, holes were created in the outer surface of the adsorbent with specified distances along the tube. The presence of annular holes as a imperfection in the absorber prevents the sudden load applied to the main structure and the occupants. In this study, using numerical simulation by ABAQUS software, the effect of the presence of holes, angle and direction of applied oblique load has been studied on the crashworthiness of end capped tubes. Also, in order to validate the numerical simulation results, a number of experimental tests were performed which showed good agreement. The results showed that the applied oblique load with an angle of 10 degree and the opposite direction of the holes is effective on the state of collapse, energy absorption and reduction of initial peak load, and the angles of 20, 30 and 40 degree do not have significant changes in initial peak force and energy absorption.
Keywords: Initial peak load, End capped tube, Hole, Numerical simulation, Oblique load -
Scientia Iranica, Volume:28 Issue: 6, Nov-Dec 2021, PP 3156 -3167Casing treatment is an efficient technique that is used to increase the compressor stall margin with a minor reduction in efficiency. The interaction between the blade passage and the groove is the main cause of the stall margin improvement by various researches. A numerical study is conducted on a single circumferential casing groove using NASA rotor 37 in the current study. The performance of the two circumferential groove models is studied by discretizing RANS 3D equations using a finite volume technique. The inception of the stall is predicted according to the criteria of convergence. Two models of the circumferential groove have been suggested and numerically tested. A single passage simulation is selected for the two models. The performance of the smooth casing and the two models are analyzed. Moreover, the stall margin, total pressure ratio, and peak adiabatic efficiency of the normal casing, and the two models are analyzed to determine the influence of the groove on the axial compressor performance and stability. Models 1 and 2 stall margins are enhanced by 6.62 % and 4.45% respectively. The adiabatic efficiency of model 1 and model 2 are decreased by 0.79 % and 1.08 % respectively.Keywords: Axial compressor, adiabatic efficiency, Computational Fluid dynamics, casing groove, numerical simulation, stall margin
-
Scientia Iranica, Volume:28 Issue: 6, Nov-Dec 2021, PP 3141 -3155The purpose of the management of air distribution systems is to solve the problems in the cooling of data centers through minimizing the hot air recirculation and cold air bypass. In this paper, experimental and numerical analyses are conducted for the AUT data center. The data center performance indices have been compared between experimental and numerical solutions. According to temperature contours at a height of 1 m from the raised floor, recirculation of hot air to the cold aisle enclosure has occurred. For enhancement, the thermal management of the data center, cold aisle enclosure with decreasing supply airflow temperature to 18 , and hot aisle enclosure with return hot air from plenum ceiling to CRAC units were investigated. With the decrease in the total airflow supplied by CRAC units in the cold aisle enclosure and hot aisle enclosure models, the problem of Super-micro servers that experience about 50% more airflow than defined airflow for them in the base model, has been solved. The load on the cooling systems decreased from 13.2 kW up to 7.8 kW in hot aisle containment, the result is a hot aisle is a more suitable and appropriate configuration for the data centerKeywords: Data centers, numerical simulation, Thermal management, Raised floor, Aisle containment
-
فرایند تهویه اتاق برای بالا بردن شرایط آسایش حرارتی ساکنان و کاهش مصرف انرژی صورت می گیرد؛ هرچند که تاکنون بیشتر به نرخ جریان و دمای بهینه هوای ورودی و نوع سیستم تهویه پرداخته شده است. در این مقاله به کمک نرم افزار انسیس فلوینت، بیست حالت مختلف قرارگیری دریچه ورودی و خروجی هوا در اتاق شبیه سازی شده و مقادیر سرعت و دما در فضای داخل اتاق به دست آمده است. سپس با در نظر گرفتن سه معیار مقایسه شامل کارایی تهویه، دمای متوسط موثر و گرادیان عمودی دما، این بیست نمونه مقایسه و حالتی که در آن دریچه ورودی در دیوار روبه روی آدمک در وسط دیوار و دریچه خروجی در همان دیوار در پایین آن قرار دارد، به عنوان بهترین موقعیت استقرار دریچه ورودی و خروجی مشخص شده است. در این نمونه، دمای میانگین برابر °C68/23، کارایی تهویه 36/2 و دمای موثر متوسط 01/1- به دست آمده است. همچنین بررسی تغییر مساحت اتاق نمونه 3 برابر با مقادیر 12، 16 و 20 مترمربع نشان داد که با افزایش مساحت، کارایی تهویه به میزان 86/11% کاهش و با افزایش دبی هوا از 045/0 تا 134/0 مترمکعب بر ثانیه، دمای میانگین اتاق 54/12% کاهش پیدا می کند.
کلید واژگان: تهویه مطبوع، شبیه سازی عددی، بهینه سازی، فلوئنت، انرژیThe process of roomchr('39')s air-conditioning system is used to enhance thermal comfort and to reduce energy consumption. Although most of the researches have concentrated more on flow rate and optimum temperature of inlet air, the present study software was used to obtain the best possible locations for inlet and outlet channels for 20 samples of room using Ansys Fluent. Three factors including ventilation efficiency, effective average temperature, and vertical temperature gradient were considered to find the best location for inlet and outlet port locations. As a result, model 20, where inlet channel placed in the middle of opposite wall from manikin and the outlet channel located at the bottom of the same wall, was approved. In this sample, the average temperature was 23.68; the ventilation efficiency was 2.36; and the average effective temperature was -1.01. Moreover, the analysis of rooms with area of 12 𝑚2, 16 𝑚2, and 20 𝑚2 showed that by increasing the area, the ventilation efficiency decreased by 11.86%, and by increasing the air flow from 0.045 to 0.134 m3/s, the average temperature room decreases 12.54%.
Keywords: Air conditioning, Numerical simulation, Optimization, Fluent, Energy -
بویلرها به عنوان یکی از مصرف کننده های عمده انرژی در ساختمان می باشند. به همین دلیل، افزایش راندمان این دستگاه و بهبود عملکرد آن، گام موثری در رفع مشکلات موجود در مصرف انرژی ساختمان و کاهش اتلاف انرژی است. با توجه به محدودیت منابع انرژی های فسیلی و افزایش روزافزون هزینه حامل های انرژی در دنیا ، تولیدکنندگان این تجهیزات همواره در جهت بهبود کارکرد و بهره گیری از تجهیزات کنترلی مناسب کوشیده اند. هدف انجام مطالعه حاضر، افزایش راندمان بازیابی حرارتی انرژی بخار آب موجود درگازهای حاصل از احتراق در دیگ چگالشی پوسته و لوله مواج می باشد. دیگ چگالشی مورد نظر برای بازیابی حرارتی، مبدل حرارتی پوسته و لوله مواج می باشد که فرآیند بازیابی حرارتی توسط کد تجاری CFD، ANSYS FLUENT 18.2 به صورت عددی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. در این مطالعه، تاثیر آرایش قرارگیری متفاوت لوله ها در داخل پوسته دیگ چگالشی به صورت عددی مورد تحلیل قرار گرفته است. حل عددی با نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شده است و مطابق نتایج به دست آمده، ماکزیمم خطای مشاهده شده بین نتایج به دست آمده، 9/6 و %9/8 می باشد که نشان می دهد شبیه سازی عددی حاضر از دقت کافی برخوردار است. همچنین، تعداد 10 لوله با سه آرایش متفاوت در داخل پوسته قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مدل با آرایش قرارگیری نامنظم و غیرخطی لوله ها دارای انتقال حرارت گرمای نهان بهتری نسبت به دو مدل دیگر می باشد.
کلید واژگان: دیگ چگالشی، مبدل حرارتی، بازیابی حرارتی، لوله مواج، شبیه سازی عددیBoilers are one of the major energy consumers in the building. For this reason, increasing the efficiency of this device and improving its performance is an effective step in solving the problems in building energy and reducing waste energy. Due to the limited resources of fossil fuels and the increasing cost of energy in the world, manufacturers of these equipment are always working to improve the performance and use of appropriate control equipment. The purpose of this study is to increase the thermal recovery efficiency of steam energy in gases from shell and corrugated tubes condensing boilers. Numerical simulations are performed using commercial CFD code, ANSYS FLUENT 18.2. In this research, the effect of different arrangement of tubes in a shell and corrugated tubes condensing boiler are analyzed numerically. There are 10 tubes with three different arrangements inside the shell. The results show that the first model has clearly better heat recovery performance than the other two investigated models because of its irregular position of the tubes. The numerical model is validated by experimental results. According to the comparison of the results, the maximum difference is 6.9% and 8.9%. So simulation result shows good agreement and accuracy. Also, 10 pipes with 3 different configurations are used inside the tube. results reveal that nonlinear and irregular configuration is better than two other models.
Keywords: Condensing boiler, Heat Exchanger, Heat Recovery, Corrugated Tube, Numerical Simulation -
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW) یکی از روش های جوشکاری حالت جامد می باشد. یکی از عوامل تاثیرگذار در خواص مکانیکی و متالوژیکی اتصال نهایی، هندسه ابزار می باشد که با طراحی صحیح آن می توان در نهایت به اتصالی با کیفیت بهینه دست یافت. از جمله اصلاحات و موارد مناسب جهت بهبود خواص مکانیکی اتصال نهایی، خارج از مرکز نمودن پین ابزار نسبت به شانه ابزار است. خارج از مرکز نمودن پین موجب خواهد شد که حرارت ایجاد شده در ناحیه بزرگ تری توزیع یابد و حجم ماده تغییر شکل یافته توسط پین ابزار افزایش یابد. در پژوهش حاضر با استفاده از روابط تحلیلی به توسعه مدلی حرارتی برای ابزار با پین خارج از مرکز پرداخته شده است، مدل اصلاح شده تابعی از ضریب اصطکاک و تنش تسلیم وابسته به دما می باشد و در آن تاثیر پارامترهای هندسی ابزار بر میزان حرارت تولیدی در فرایند مورد نظر قرار گرفته است. پس از توسعه روابط، جهت صحه سنجی مدل از شبیه سازی سه بعدی به واسطه پکیج اجزاء محدود ABAQUS و کدنویسی شار حرارتی به زبان فرترن در قالب دو سابروتین USDFLD وDFLUX استفاده شده است و نتایج توزیع دما از مدل توسعه داده شده با نتایج تجربی و تحلیلی مدل های پیشین مورد مقایسه قرار گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده مدل حرارتی توسعه داده شده با دقت بالایی قادر به پیش بینی توزیع حرارت و دمای ماکزیمم در فرایند FSW با ابزار دارای پین خارج از مرکز می باشد.
کلید واژگان: مدل حرارتی، هندسه ابزار، پین خارج از مرکز، شبیه سازی عددیFriction stir welding (FSW) is one of the solid state bonding methods. One of the influential factors in the mechanical and metallurgical properties of the final joint is the tool shape, which, with its proper design, can ultimately achieve optimal joint quality. Among the improvements and modifications to improve the mechanical properties of the final joint is the out-centering of the tool pin against the tool shoulder. Off centering the pin will cause the heat generated in the larger area to be distributed and the volume of the deformed material will increase with the eccentric tool pin. In the present study, the development of a thermal model for tool with an out of center pin has been addressed. The modified model is a function of the temperature dependent friction coefficient and the temperature dependent yield stress, in which the effect of key parameters on the amount of heat generated in the FSW process is considered. In order to validate the developed model, three-dimensional simulation using ABAQUS package and two subroutines of USDFLD and DFLUX have been used. The results of the temperature distribution of the developed model have been compared with the experimental and analytical results of previous studies. Based on the results, the present thermal model with high precision is able to predict the maximum temperature and temperature distribution in the FSW process with an out of center tool pin.
Keywords: Friction stir welding, Thermal model, Tool shape, Eccentric pin, Numerical simulation
- 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.