فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال چهل و ششم شماره 1 (تابستان 1393)
  • سال چهل و ششم شماره 1 (تابستان 1393)
  • تاریخ انتشار: 1393/05/19
  • تعداد عناوین: 9
|
  • مقاله پژوهشی
  • حسین خراسانی زاده، نجمه حاجی علی گل، معصومه ابراهیم قمی صفحات 1-12
    دراین مقاله اثر زاویه قرارگیری محفظه مربعی شکل و جهت حرکت دیواره ها روی جابجایی ترکیبی نانوسیال در دو حالت متفاوت بررسی شده است. در حالت اول جابجایی اجباری و طبیعی یکدیگر را تقویت می نمایند ولی در حالت دوم اثر مخالف روی یکدیگر دارند. زاویه قرارگیری محفظه از صفر تا 90 درجه تغییر داده شده است. مدلسازی ها برای شرایطی که رسانایی و ویسکوزیته نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم با دما و غلظت نانوذره متغیر فرض شده و نیز برای شرایط ثابت بودن آنها با دما انجام شده و کسر حجمی نانوذرات بین صفر تا %8 تغییر داده شده است. برای حل معادلات حاکم از الگوریتم سیمپل و روش حجم کنترل استفاده شده است. بر مبنای نتایج، افزایش زاویه محفظه که باعث افزایش نقش جابجایی اجباری می شود، باعث می شود سه عدد سلول جابجایی کننده در زوایای کم تبدیل به یک سلول در زوایای زیاد شود. در هر زاویه روند تغییرات ناسلت متوسط با کسرحجمی برای وضعیت با خواص ثابت با دما، مشابه با وضعیت خواص متغیر با دما نیست. بنابراین، اگر نتایج دقیق مورد نظر است، باید وابستگی خواص به دما همواره در مدلسازی ها مورد توجه قرار گیرد.
    کلیدواژگان: محفظه مربعی شکل، نانوسیال، تغییر زاویه، خواص متغیر، کسر حجمی نانوذرات
  • علی سعیدی نژاد، احمد سوهانکار، علی اکبر دهقان صفحات 13-23
    نیرو های اعمالی به سازه های مختلف به طبیعت و ویژگی های جریان در اطراف این سازه ها بستگی دارد. همچنین بررسی رفتار جریان در اطراف سازه هایی با مقاطع دایره ای و مربعی در کاربرد های مهندسی اهمیت دارد. در تحقیق حاضر، جریان هوا در پایین دست سه مدل دو بعدی با مقاطع مربعی با زاویه حمله صفر و 45 درجه و دایره ای به صورت تجربی در تونل باد دانشگاه یزد و با استفاده از جریان سنج سیم داغ مطالعه شده است. ضریب انسداد بر اساس اندازه تصویر مدل عمود بر جریان و طول ضلع مقطع تونل باد، برای دو مدل با مقطع دایره ای و مربعی با زاویه حمله صفر، 2/2 درصد و مدل با مقطع مربعی با زاویه حمله 45 درجه، 14/3 درصد است. در این بررسی تاثیر عدد رینولدز و شکل مدل بر روی ویژگی های جریان پایین دست سیلندر با استفاده از پروفیل سرعت و اغتشاش های بی بعد و عدد استروهال مطالعه شده است. مقدار عدد استروهال و ویژگی های دیگر جریان پایین دست سیلندر ها در تحقیق حاضر با نتایج دیگر محققین مطابقت خوبی دارد. مقایسه نتایج سه مدل با یکدیگر نشان داد که سرعت جریان پشت مدل، از فاصله 4 > X/D سیلندر مربعی با زاویه حمله 45 درجه نسبت به دو سیلندر دیگر بیشتر کاهش داشته است. همچنین این مطالعه نشان داده که اغتشاش های سیلندر مربعی با زاویه حمله صفر در فاصله 2 > X/D بیشتر از دو سیلندر دیگر است.
    کلیدواژگان: تونل باد، جریان سنج سیم داغ، دنباله، عدد رینولدز، سیلندر مربعی و دایره ای
  • سید عبدالمهدی هاشمی، مجید دستمالچی، مجید نیکفر صفحات 25-35
    در این مقاله چگونگی حرکت شعله در یک سرامیک متخلخل با سوخت گاز طبیعی به طور تجربی بررسی شده است. برای ردیابی شعله از ترموکوپل هایی در دیواره ی مشعل که در راستای محور مشعل قرارگرفته اند، استفاده شده است. نتایج به صورت توزیع دمای دیواره در زمان های مختلف ارائه شده است. در این آزمون ها دو حالت در روند حرکتی شعله مشاهده می شود. حالت اول، حرکت سریع شعله به سطح زیرین محیط متخلخل است ( با عنوان پرش شعله از محیط) و در حالت دوم پس از گذشت زمانی مشخص، شعله به تدریج در درون سرامیک نفوذ نموده و پس از طی مسیر کوتاهی در درون آن، به حالت زیر سطح در می آید (با عنوان عبور شعله از محیط). با انجام آزمایش های متعدد وقوع هر یک از حالات فوق با تغییر عواملی همچون نسبت هم ارزی، نرخ آتش، چگای حفره و ضخامت محیط متخلخل بررسی شده است.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل، احتراق، برگشت شعله، حرکت موج احتراق
  • بشیر موحدیان عطار، بیژن برومند صفحات 37-46
    در این مقاله یک روش حل جدید بر مبنای استفاده از توابع پایه نمایی برای معادله انتقال حرارت گذرا در مواد لایه ای محوری ارائه شده است. در این روش ابتدا هر لایه از ماده به صورت یک المان مجزا در نظر گرفته می شود. در مرحله بعدی توزیع دما درون هر لایه به صورت سری متشکل از توابع پایه نمایی صدق کننده در معادله دیفرانسیل انتقال حرارت گذرا بیان می شود. سپس ضرایب ثابت سری جواب با استفاده از یک تبدیل گسسته به مقادیر شرایط اولیه و شرط مرزی دریشله هر لایه، مرتبط می شوند. در نهایت شرایط پیوستگی دما و شار گرمایی بین لایه ای در روندی مشابه با روش اجزاء محدود معمولی ارضاء می گردد. در این روش دوگانه شرایط اولیه و شرایط مرزی انتهایی حاکم بر مساله به صورت همزمان بر روی مجموعه ای از نقاط مرزی ارضاء می گردد. با حل چند مساله نمونه، قابلیت روش پیشنهادی در برآورد دقیق جواب معادله در مقایسه با سایر روش های موجود، نمایش داده شده است.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت گذرا، مواد لایه ای، روش بدون شبکه، توابع پایه نمایی، تبدیل گسسته
  • مهدی معرفت، آرش اسماعیلی صفحات 47-56
    در تحقیق حاضر مدل سازی انتقال حرارت ترکیبی هدایت-تابش در عایق چندلایه انجام شده است. معادلات حاکم حل دقیق ندارند. بنابراین از حل عددی به همراه حل های تقریبی استفاده شدهاست. معادلات حاکم اصلی شامل معادله ی انرژی و معادلات دوشار می باشند، که به ترتیب با استفاده از روش های حجم محدود و اختلاف محدود گسسته سازی شده اند. حل عددی ابتدا با حل اوزیسیک و سپس با داده های منتشرشده ی تجربی صحت سنجی شدهاست. با استفاده از حل پایا، شار حرارتی و رسانش حرارتی معادل و با استفاده از حل بی بعد توزیع دمای بی بعد درحالت پایا و نسبت شار های بی بعد تابشی و هدایتی در طول نمونه به دست آمدهاست. در مجاورت مرز گرم شار تابشی غالب است، بنابراین پیشنهاد شدهاست، بازتاباننده ها نزدیک به مرز گرم قرار گیرند. برای اختلاف دماهای کم، هدایت غالب است، بنابراین وجود بازتاباننده ها در عایق، در رسانش معادل تاثیرگذار نیست.
    کلیدواژگان: عایق چندلایه، رسانش حرارتی، سیستم حفاظت حرارتی، انتقال حرارت ترکیبی
  • سهیل بابازاده شایان، سید مرتضی سیدپور، فتح الله امی صفحات 57-65
    افزودنی های اکسیژن دار برای مقاصدی نظیر افزایش عدد اکتان، بهبود پارامترهای عملکردی موتور و کاهش آلاینده های خروجی، به بنزین پایه افزوده می شوند . در ایران از متیل ترشیاری بوتیل اتر به عنوان افزودنی بنزین پایه استفاده می شود که بدلیل آثار مخرب زیست محیطی، کشور ما نیز همانند دیگر کشورهای پیشرفته، باید به دنبال جایگزینی برای این افزودنی باشد . ترکیب بنزین پایه و افزودنی های سوختی عموما شامل محدودیت هایی از قبیل افزایش میزان فراریت، فشار بخار بنزین و کاهش ارزش حرارتی سوخت حاصله می باشد . در این تحقیق اتانول ، ترشیاری بوتیل الکل و متیل ترشیاری بوتیل اتر در نسبتهای حجمی 2.5، 5، 7.5، 10، 15و 20 با بنزین پایه پالایشگاه تهران ترکیب گردیده و رفتار فراریت سوخت حاصله بر اساس استانداردهای ASTM مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصله بیانگر آن است که در صورت استفاده از اتانول به عنوان افزودنی سوختی باید تغییراتی در فرمول بنزین پایه حاصل گردد که خود تاثیر نامطلوبی بر مشخصه های دیگر سوخت از جمله عدد اکتان برجای می گذارد، حال آنکه افزودن ترشیاری بوتیل الکل به بنزین ، فشار بخار بنزین را به میزان ناچیزی افزایش داده و نیازی به جایگزینی ترکیبات سبک بنزین پایه با ترکیبات سنگین تر به منظور کاهش فشار بخار بنزین ندارد .
    کلیدواژگان: بنزین، افزودنی اکسیژن دار، متیل ترشیاری بوتیل اتر، اتانول، ترشیاری بوتیل الکل، فشار بخار
  • محمدرضا انصاری، عبدالحسین دارمی زاده صفحات 67-77
    مدل سازی عددی جریانهای دوفازی تراکم پذیر یکی از موضوعات چالش برانگیز و مهم در مسائل کاربردی و تحقیقاتی به شمار می رود. در این مسائل اثرات متقابل شاک که به عنوان یک ناپیوستگی در خواص سیال به حساب می آید با فصل مشترک دو فاز به عنوان یک ناپیوستگی دیگر، سبب بروز مشکلاتی در حل عددی و تسخیر دقیق ناپایداری های فصل مشترک می شود. هدف از این پژوهش تسخیر دقیق فصل مشترک و مطالعه تاثیرات متقابل شاک و فصل مشترک در جریانهای دوفازی گاز-گاز و گاز – مایع است. بدین منظور از حلگر ریمان HLLC و روش حل عددی گودونوف برای مدل دوسیالی هیپربولیک دوفشاری استفاده به عمل آمد و کد نویسی به صورت دوبعدی و با دقت مرتبه دو انجام شد. مسائل یک و دوبعدی متنوع دوفازی مانند شاک تیوبهای تراکمی و انبساطی، برخورد شاک و حباب R22 در هوا، مسئله انفجار زیر آب و اثرات متقابل برخورد شاک هیپرسونیک با ماخ 6 با یک ستون استوانه ای آب شبیه سازی شد. نتایج عددی بدست آمده تطابق عالی با نتایج تجربی و نتایج قبلی بدست آمده توسط محققین با روش های عددی زمان بر و مدلهای پیچیده دیگر دارد.
    کلیدواژگان: جریانهای دوفازی، مدل دوسیالی هیپربولیک، تراکم پذیر، موج شاک، روش عددی گودونوف، فصل مشترک
  • جعفر امانی، علی اکبر عباسیان آرانی صفحات 79-88
    در این مقاله، انتقال حرارت و افت فشار نانوسیال آب- اکسید تیتانیوم در جریان مغشوش درون مبدل دو لوله ای هم مرکز به صورت تجربی بررسی شده است. نانوسیال با کسرهای حجمی 002/0، 01/0 و 02/0 تهیه شد و در اعداد رینولدز تقریبی 8000 تا 49000 مورد آزمایش قرار گرفت. برای این منظور یک مبدل دو لوله ای جریان مخالف طراحی و ساخته شده است. نتایج نشان داد که عدد ناسلت متوسط و افت فشار نانوسیال با افزایش کسر حجمی و یا عدد رینولدز افزایش می یابند. عدد ناسلت متوسط و افت فشار نانوسیال بیشتر از آب هستند. هر چند افت فشار نانوسیال با کسر حجمی 002/0 نزدیک به افت فشار آب است. درصد افزایش افت فشار نانوسیال نسبت به آب نشان داد که در تمامی آزمایش ها، افت فشار نانوسیال در عددهای بزرگ رینولدز افزایش کمتری نسبت به عددهای کوچک رینولدز دارد. برای کسر حجمی 002/0 با افزایش عدد رینولدز از افزایش عدد ناسلت متوسط کاسته می شود. برای دو کسر حجمی 01/0 و 02/0 عدد ناسلت متوسط افزایش (تقریبا) یکسانی در تمامی اعداد رینولدز دارد. بنابراین نانوسیال با کسر حجمی 002/0 برای عددهای رینولدز کوچک و نانوسیال با کسر حجمی 01/0 یا 02/0 در عددهای بزرگ رینولدز کارایی بهتری خواهند داشت.
    کلیدواژگان: مطالعه تجربی، نانوسیال آب، اکسید تیتانیوم، عدد ناسلت، انتقال حرارت، افت فشار، جریان مغشوش
  • مهدی مهدوی خواه، حمید نیازمند صفحات 89-101
    یکی از روش هایی که امروزه برای تولید برودت در صنعت و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد؛ چیلرهای جذب سطحی اند که دارای مزایای زیادی نسبت به روش های مشابه هستند. با توجه به اهمیت بستر های جاذب در عملکرد چیلرهای جذب سطحی، در این مقاله به مدل سازی بستر ماده جاذب با مبدل حرارتی صفحه ای پرداخته شده که بین فین ها با ذرات سیلیکاژل SWS-1L پر شده است. برای مدل سازی بستر ماده جاذب معادلات پیوستگی، مومنتوم و انتقال حرارت سه بعدی در دستگاه مختصات عمومی حل شده است. برای حل همزمان معادلات وابسته به زمان در چهار حوزه سیال ناقل حرارت، لوله فلزی، فین ها و بستر ماده جاذب از روش حجم کنترل استفاده شده است. با استفاده از نتایج بدست آمده دیده شد که مقدار ضریب عملکرد با تغییر در قطر ذرات جاذب تغییر ناچیزی دارد اما مقدار ظرفیت سرمایش مخصوص دارای یک مقدار بهینه در قطر ذرات جاذب 37/0 میلیمتر است.
    کلیدواژگان: چیلر جذب سطحی، بهینه سازی، مدل سازی عددی، سیلیکاژل
|
  • Pages 1-12
    In this paper the effects of inclination angle and the direction of movement of moving walls of an enclosure on nanofluid mixed convection have been investigated for two different cases. In the first case natural and forced convection effects are in agreement, whereas in the second case they are opposed. Simulations have been performed for temperature dependent as well as temperature independent thermal conductivity and viscosity of water-Al2O3 nanofluid. The volume fractions of nanoparticles between 0 and 0.08 have been considered and the inclination angle of the cavity has been changed between 0 and 90°. To solve the governing equations the SIMPLE algorithm and a finite volume based method have been used. The results show by increasing the inclination angle, which enhances the forced convection, the three convective cells at low inclination angles change to one cell. The trend for change of average Nusselt number with increasing volume fraction is different for temperature independent cases compared to temperature dependent cases. Therefore, in order to obtain accurate results in numerical simulations, the temperature dependency of properties should be considered.
    Keywords: Square enclosure, Nanofluid, Inclination angle, Variable properties, Nanoparticles volume fraction
  • Pages 13-23
    Drag and lift forces imposed on various bodies employed in engineering applications such as square and circular cylinders are highly dependent on the nature and characteristics of flow field around these structures. Therefore, the detailed investigation of the flow behavior around such bluff bodies has important engineering applications. In the present work, the characteristics of flow in the downstream of three different models with the circle and square cross sections is investigated in the wind tunnel using the hot wire anemometry. The blockage ratio for the circular and square cylinders at zero angle of attack is 2.2 percent, while it is 3.14 percent for the square cylinder with 45-degree angle of attack. For the model with a square cross section, the experiments were performed for both zero and 45-degree angle of attack. In this study, the effects of different Reynolds number and the cross-section of the cylinders are studied with the use of measured velocities and their fluctuation components. The Strouhal number and other flow characteristics in the downstream of the cylinder are compared with the published results in the literature. A good agreement is observed between the present results and the reported results. Comparing the result of three models showed that the reduced flow velocity behind 45 degrees orientated square cylinder in the interval X/D
    Keywords: Wind tunnel, Hot wire anemometry, Wake flow, Reynolds number, Square, circle cylinders
  • Pages 25-35
    Moving of flame in a ceramic porous burner with natural gas fuel is studied experimentally. Six thermocouples are mounted on the wall of the burner to track the flame. The results are presented via temperature profiles in different times. Two cases were observed in flame moving. At the first case, flame moves rapidly to the beneath of the medium; while in the second one flame gradually penetrates the medium and thereafter moves beneath of it. The effects of equivalence ratio, firing rate, pore density and thickness of porous medium on the flame movement is studied.
    Keywords: Porous media, Combustion, flashback, Combustion wave motion
  • Pages 37-46
    In this paper we present a novel method based on using Exponential Basis Functions (EBFs) to solve heat conduction problem in axially layered materials. In the first step, we have considered each layer of material as a separate element. Then the solution in each element was approximated by a summation of EBFs satisfying the differential equation of transient heat conduction problem. The unknown coefficients of the series solution were related to initial condition and Dirichlet side conditions of each layer employing a discrete transformation technique. Finally, the general solution of material was completed by satisfying the continuity conditions between adjacent layers in a manner similar to conventional finite element method. In this hybrid method, a collocation scheme was used for satisfying the time dependent boundary conditions as well as the initial conditions. The capability of the presented technique was investigated in the solution of some benchmark problems.
    Keywords: Transient Heat Conduction, Layered Materials, Meshless Method, Exponential Basis Functions, Discrete Transformation
  • Pages 47-56
    Modeling of the combined conduction-radiation heat transfer in multilayer insulation has been done. Governing equations of the problem are integro-differential and there is no exact solution for them. So numerical procedure with approximate solutions have been used. Main governing equations were energy equation and two-flux equations that respectively, using the finite volume and finite differences have been discretized. Numerical solution is validated with Ozisik’s solution and published experimental results. Total heat flux and effective thermal conductivity obtained via steady state results. Dimensionless temperature distribution and dimensionless radiative and conductive heat fluxes along sample thickness obtained. Near the hot boundary, dominating mode is radiation, so it is suggested that reflective screens to be located near hot boundary. For lower temperature differences, the dominating mode is conduction, so number of reflective screens does not influence effective thermal conductivity so much. In all steps of validation, the numerical results have good agreements with published data in references. Finally, as for radiation behavior along insulation thickness, it is suggested that just the foils near the hot boundary, to be coated with gold for sake of cost cutting. In addition, it is understood that layer density has an optimum value and this value does not changes if the boundary conditions and the material remain unchanged.
    Keywords: Multilayer Insulation, Thermal Conductivity, Thermal Protection System, Combined, mode Heat Transfer
  • Pages 57-65
    Oxygenated additives are added to base gasoline for such purposes as increase of Octane Number, improvement of engine performance and decease of exhaust emissions. In Iran, Methyl Tertiary Butyl Ether (MTBE) is used as an additive to the base gasoline. Due to destructive environmental effects of the said material, our country, the same as other developed countries, should seek to use a replacement for the said additive. The combination of the base gasoline and fuel additives has such limitations as increase of the quantity of volatility, the reid vapor pressure (RVP) and decrease of calorific value of the fuel obtained. In this research, Ethanol, Tertiary Butyl Alcohol (TBA) and Metyl Tertiary Butyl Ether in the volumetric ratios of 2.5, 5, 7.5, 10, 15 and 20 are blended with the base gasoline of Tehran Oil Refinery Company (TORC). The behavior of volatility of the obtained fuel has been investigated based on ASTM standards. The results obtained from the said investigation reveal that in case of use of Ethanol as a fuel additive, certain changes should be made in the formulation of base gasoline. The said combination has an undesirable effect on other characteristics of fuel such as Octane Number. Addition of Tertiary Butyl Alcohol to gasoline shall result in trivial increase of the reid vapor pressure. Consequently, there will be no need for replacement of light straight run gasoline (LSRG) compounds with heavier compounds in order to decrease the reid vapor pressure.
    Keywords: Gasoline, Oxygenated Additive, MTBE, Ethanol, TBA, Reid Vapor Pressure
  • Pages 67-77
    Numerical modeling of compressible two-phase flow is a challenging and important subject in practical cases and research problems. In these problems, mutual effect of shock wave interaction creates a discontinuity in fluid properties and interface of two fluids as a second discontinuity lead to some difficulties in numerical approximations and estimating an accurate interface during hydro-dynamical capturing process. The main objective of this research is accurate capturing of the interface and numerical study of shock wave during gas-gas and gas-liquid interface of two-phase flows. For this purposes HLLC Riemann solver and Godunov numerical method was used for a hyperbolic two-pressure two-fluid model where programming was conducted in two-space dimensional with second order accuracy. Various one and two-dimensional problems were simulated such as compression and expansion shock tubes, shock wave interaction with R22/air bubble, underwater explosion and hypersonic shock with M=6 interaction with a cylindrical water column. The numerical results obtained in this attempt exhibit very good agreement with experimental results, as well as previous numerical results presented by other researchers based on other numerical methods.
    Keywords: Two phase flow, hyperbolic two, fluid model, compressible, shock wave, Godunov numerical scheme, interface
  • Pages 79-88
    At current paper, heat transfer and pressure drop of TiO2-water nanofluid are investigated at nanoparticles volume fraction between 0.002 and 0.2, and Reynolds number between 8000 and 49000 experimetally in a double tube counter-flow heat exchanger. The results show that the Nusselt number and pressure drop of nanofluid increase by increasing nanoparticles volume fraction or Reynolds number, and the pressure drop of nanofluid is higher than the base fluid. The increament percentage in pressure drop of nanofluid compared with the base fluid is higher at lower Reynolds number. The enhancement value in the Nusselt number decreased with increasing the Reynolds number at 0.002 volume fraction. The Nusselt number increment value for nanoparticles volume fractions of 0.01 and 0.02 are identical for all Reynolds number. Therefore, more efficiency obtained at low Reynolds number by using nanofuid with 0.002-volume fraction, and at high Reynolds number for 0.01 and 0.02 volume fractions.
    Keywords: Experimental study, TiO2, water nanofluid, Nusselt number, Heat Transfer, Pressure drop, Forced convection
  • Pages 89-101
    Adsorption chillers are considered for the industrial and air conditioning applications due to their advantages over the conventional refrigeration systems. The performance of an adsorption chiller is mainly influenced by the adsorbent bed, therefore, this paper investigates a tube heat exchanger with plate fins as the adsorbent bed and silica gel(SWS-1L)-water as working pairs. In order to model the adsorbent bed, the continuity, momentum and energy equations are solved in a body fitted coordinate system and both the inter particle and intra particle mass transfer resistances are considered. The control volume method is used to solve the time dependent equations in four basic domains of thermal fluid, metal tube, fins and adsorbent bed, simultaneously. Flow patterns and pressure distributions though out the bed are examined in detail for all cycle. The results indicate that the particles diameter has a negligible effect on the coefficient of performance, while the specific cooling power and the cycle time have an optimum value for particles diameter of 0.37mm.
    Keywords: Adsorption Chiller, Optimization, Numerical Modeling, Silica Gel