فهرست مطالب

مکانیک سیالات و آیرودینامیک - سال چهارم شماره 1 (بهار و تابستان 1394)
  • سال چهارم شماره 1 (بهار و تابستان 1394)
  • تاریخ انتشار: 1394/03/25
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پژوهشی
  • محمد اخلاقی*، علی مباشرامینی، شاداب جزایری مقدس، یحیی عزیزی صفحه 1
    هدف از مقاله حاضر، طراحی جزء دوار یک میکروکمپرسور گریز از مرکز به منظور تامین فشار برای یک میکروتوربین گاز 65 کیلوواتی می باشد. در ابتدا، تحلیل ترمودینامیکی مقدماتی از سیکل مورد نظر با استفاده از کد نوشته شده صورت گرفته است. با استفاده از تحلیل ترمودینامیکی انجام-شده، نسبت فشار 4 برای کمپرسور در نظر گرفته شده است. بازده گرمایی به دست آمده میکروتوربین 64/25 درصد می باشد. کار طراحی میکروکمپرسور مورد نظر در دور 000و90 دور در دقیقه انجام پذیرفته و ابعاد مطلوب آن استخراج شده است. میکروکمپرسور طراحی شده دارای 9 تیغه اصلی و 9 تیغه جداکننده بوده،. قطر خارجی جزء دوار این کمپرسور 5/95 میلی متر می باشد. در گام بعد از فرآیند طراحی، هندسه سه بعدی کمپرسور استخراج شده است. در نهایت به منظور صحه گذاری بر طراحی انجام شده، از نرم افزار CCD برای طراحی کمپرسور گریز از مرکز استفاده شده و حل عددی جریان با استفاده از نرم افزار CFX روی هندسه تولیدشده به دست آمده است.
    کلیدواژگان: میکروتوربین، میکروکمپرسور، کمپرسور گریز از مرکز، نسبت پخش، ضریب لغزش
  • حجت قاسمی*، سید داود موسویان صفحه 17
    اتمیزاسیون فرآیندی است که از طریق آن حجم مایع به اسپری تبدیل میشود. این فرآیند شامل شکست جت مایع یا صفحه مایع است که از انژکتور خارج میشود. در این مقاله بهصورت تجربی مدلها و مکانیزمهای شکست جت و صفحه مایع شکل گرفته بهوسیله برخورد جت در سرعتهای مختلف در محیط ساکن و در جریانهای موافق، عرضی و مخالف هوا مورد بررسی قرار گرفتهاند. همچنین، اثر زاویه برخورد، قطر انژکتور و طول قبل برخورد جتها در شکلگیری صفحه مایع مطالعه شده است. برای بررسی الگوهای مختلف تشکیلشده در این اندرکنش، از عکسبرداری استفاده شده است. برای تولید جت، انژکتورهایی با قطرهای 9/0 و 4/0 میلیمتر با محدوده سرعت 1 تا 33 متر بر ثانیه، منطبق بر محدوده عدد رینولدز 000و3 تا 000و30 بهکار گرفته شدهاند. در این مطالعه، جتهای آب با مدل شکست رایلی در سرعتهای پایین و شکست ناشی از باد اولیه در سرعت-های بالای جت دچار شکست شدند. طول شکست اندازه گرفتهشده همخوانی بسیار خوبی با رابطه سلام دارد. در بررسی شکست جت در جریان عرضی، شش مدل شکست شبهرایلی، آشفته، ستونی، متورم، چندحالته، و برشی مشاهده میشود. در این مقاله، همچنین رابطهای برای عمق نفوذ جت آب در جریان هوای مخالف ارائه شده است. با مقایسه کیفی عکسهای گرفتهشده از برخورد جتها، محدوده سرعت و عدد رینولدز مدلهای حاشیه بسته، قطره متناوب، حاشیه باز و کاملا توسعهیافته تعیین شد. همچنین، مشاهده شد که با افزایش طول قبل برخورد جتها ناپایداری ها روی صفحه افزایش مییابند.
    کلیدواژگان: اتمیزاسیون جت، جریان هم جهت جت و هوا، جریان مخالف جت و هوا، جریان متقاطع جت و هوا، شکست تجربی جت، مدل، های اتمیزاسیون جتهای برخوردی
  • فرزاد بازدیدی طهرانی*، علیرضا شمسی، سعید مقدم، مسعود آقاامینی صفحه 37
    در مقاله حاضر اثر خواص ترموفیزیکی متغیر با دما بر انتقال حرارت ترکیبی (جابجایی مختلط- تشعشع گرمایی) آشفته در یک کانال قائم متشکل از دو صفحه موازی عمودی مورد مطالعه و تحلیل قرار می گیرد. عدد رینولدز بر مبنای نصف عرض کانال و سرعت اصطکاکی برابر با 150 و عدد گراشف بر مبنای عرض کانال و اختلاف دمای دیواره ها 106×6/1 میباشد. شبیه سازی عددی با استفاده از حل گر توسعه دادهشده در کد منبع باز اپنفوم (OpenFOAM) بر مبنای روش حجم محدود صورت گرفته است. بهمنظور مدل سازی آشفتگی، از مدل رینولدز پایین لاندر- شارما مبتنی بر رهیافتRANS استفاده شده است. خواص ترموفیزیکی سیال (لزجت دینامیکی و ضریب هدایت حرارتی) براساس قوانین معتبر سادرلند و توانی وارد معادلات حرارت و جریان شده است. سیال عامل خاکستری، با قابلیت جذب، صدور و پراکنش در نظر گرفته شده و همچنین معادله انتقال تشعشعی با استفاده از روش جهات مجزا (DOM) حل شده است. نتایج نشان می دهند که در شرایط خواص ترموفیزیکی متغیر با دما، عدد ناسلت در هر دو سمت دیواره گرم و سرد کاهش می یابد. همچنین، مشاهده شده که دمای بالک و ضریب اصطکاک در سمت دیواره گرم افزایش و در سمت دیواره سرد کاهش می یابند. علاوهبر آن، سرعت در عرض کانال و در خط مرکزی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت ترکیبی، جریان آشفته، رهیافت RANS، خواص ترموفیزیکی متغیر با دما، جریانهای همسو و ناهمسو
  • محمد جواد ایزدی یزدی، عبدالامیر بک خوشنویس* صفحه 51
    در این پژوهش، به بررسی ویژگی های دنباله یک سیلندر دایره ای چرخان بهصورت تجربی پرداخته شده است. بدین منظور، یک استوانه با سطح مقطع دایره ای از جنس پلکسی گلاس دارای طول 400 میلیمتر و قطر 20 میلیمتر در تونل باد تحت اعداد رینولدز و نسبت سرعت های مختلف مورد آزمایش قرارگرفته است. با استفاده از روش های موجود، به بررسی مشخصه های دنباله جریان و ضرایب پسای این مدل در حالات مختلف پرداخته شده است. به منظور اندازه گیری سرعت متوسط و شدت اغتشاشها، از دستگاه جریان سنج سیم داغ استفاده شده است. آزمایش های انجامگرفته روی دنباله سیلندر چرخان نشان می دهند که دوران سیلندر باعث تغییرات اساسی و مهمی در پروفیل سرعت متوسط می شود. دوران سیلندر باعث افزایش سرعت در داخل گردابه و کاهش سرعت در خارج دنباله میگردد که با افزایش سرعت دورانی سیلندر این تغییرات بیشتر و مشهودتر می شوند. همچنین، نتایج به دست آمده نشان می دهند که با افزایش سرعت دوران سیلندر، شدت اغتشاشهای دنباله افزایش می یابد. مشخص شد که با افزایش سرعت دورانی سیلندر، پارامترهای ضریب پسا و نقصان سرعت کاهش می یابند.
    کلیدواژگان: تونل باد، جریان سنج سیم داغ، ضریب پسا، سیلندر دایره ای چرخان
  • محمد مزیدی شرف آبادی، سید محمد واعظی*، ابراهیم نوروزی صفحه 65
    تحلیل عملکرد موتورهای جت در شرایط محیطی متنوع حائز اهمیت است و گام نخست در طراحی این موتورها محسوب می شود. در این پژوهش، مشخصات و پارامترهای یک نمونه موتور توربوپراپ در نرم افزار تجاری گسترب10 مدل سازی و نتایج عملکردی به دستآمده در سه رژیم پروازی برخاستن، نظامی و %100 نرمال با استفاده از نتایج آزمون موتور صحه گذاری شده است. تحلیل عملکرد محفظه احتراق برای تخمین دمای گاز خروجی از آن که بر روی طول عمر و دوام اجزای بخش داغ موتور تاثیر دارد، امری ضروریست. در این مطالعه، تحلیل یکبعدی عملکرد محفظه احتراق یک موتور توربوپراپ نمونه با استفاده از روابط نیمه تجربی انجام شده است. بههمین منظور، نرم افزاری تخصصی در محیط متلب با نام کلاد1 توسعه داده شده است. نتایج بهدستآمده از این نرم افزار برای رژیم های مختلف کاری موتور با نتایج تجربی حاصل از آزمون موتور مقایسه شده اند که هم خوانی خوبی را نشان می دهند. حداکثر خطای نسبی مربوط به رژیم نظامی است که %92/3 گزارش شده است. در پایان توزیع دمای گاز بههمراه میزان نشر آلاینده ها در رژیم های مختلف کاری موتور محاسبه و مقایسه شده اند. میزان نشر آلاینده NOX در رژیم پروازی برخاستن حداکثر است، درحالیکه میزان نشر آلاینده های CO و UHC در رژیم %100 نرمال بیشترین مقدار را داراست.
    کلیدواژگان: موتور توربوپراپ، محفظه احتراق، مدلسازی عملکرد، توزیع دمای گاز، نشر آلاینده ها
  • مجید طهماسبی کهیانی، بهزاد قاسمی*، افراسیاب رئیسی صفحه 77
    در این مقاله انتقال حرارت غیردائم جابجایی آزاد در یک محفظه متخلخل مربعی اشباءشده با نانوسیال آب- مس در حضور میدان مغناطیسی، به-صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. دیواره های افقی این محفظه عایق و دمای اولیه آن میباشد. دمای دیواره های عمودی چپ و راست در ابتدا برابر با است. در شروع دمای دیوار عمودی سمت راست به تغییر می یابد. در معادلات بیبعدشده سه پارامتر موثر وجود خواهد داشت که عبارتند از: Ra ، Ha و . Ra عدد رایلی بوده و تابعی از اختلاف دما در مرزهای گرم و سرد میباشد، Ha عدد هارتمن بوده و نشاندهنده شدت میدان مغناطیسی است و بیانگر نسبت حجمی نانوذرات به حجم کل نانوسیال میباشد. معادلات بیبعد حاکم بر اساس مدل دارسی بهدست آمدهاند و برای حل این معادلات از روش حجم کنترل استفاده شده است. اثر تغییر پارامترهای فرق بر میدان جریان و دما، نرخ انتقال حرارت و مدت زمان لازم جهت حصول حالت دائم در شرایط مختلف بررسی شده است. نتایج نشاندهنده تاثیرگذاری پارامترهای اشارهشده بر کاهش یا افزایش نرخ انتقال حرارت، مدتزمان رسیدن به حالت پایا و تغییر مکانیزم غالب انتقال حرارت در مسئله میباشد. جوابها بیانگر کاهش زمان دستیابی به حالت دائم با افزایش Ra است، درحالیکه افزایش موجب افزایش زمان پایایی مسئله میشود. در خصوصHa ، افزایش آن در Ra بزرگ، تاثیر متفاوتی بر مدت زمان دائم دارد.
    کلیدواژگان: نانوسیال، محیط متخلخل، جابجایی آزاد، غیردائم، میدان مغناطیسی
|
  • M. Akhlaghi*, A. Mobasher Amini, Sh. Jazayeri Moghaddas, Y. Azizi Page 1
    The aim of this study is designing the impeller of a centrifugal compressor in order to supply pressure ratio for a 65 kW micro gas turbine. First, the primary thermodynamic analysis has been conducted for the considered cycle using a home made code. Herein, the compressor pressure ratio was considered to be 4. The obtained thermal efficiency was 25.64%. Then, the design of micro compressor in 90,000 rpm rotational speed was conducted and its dimensions were extracted. The designed micro compressor has 9 main blades and 9 splitter blades. The outer diameter of the compressor impeller was 95.5 mm. Then, the three-dimensional geometry of the compressor impeller was extracted. Finally, to validate the designed impeller, CCD software was used and CFD analysis has been conducted on generated geometry, using CFX.
    Keywords: Micro Turbine, Micro Compressor, Centrifugal Compressor, Diffusion Ratio, Slip Factor
  • H. Ghassemi *, S.D. Moosavian Page 17
    Atomization is a process by which a volume of liquid is converted spray. This process includes the breakup of the liquid jet or the liquid sheet exiting the injector. This paper has experimentally investigated the models and mechanisms for the breakup of the liquid jet and the liquid sheet formed by the jets impingement in a still environment and in an environment with counter flow, coflow, and cross flow. Also, the effects of the impingement angle, injector diameter, and jet length before impingement on the formation of the liquid sheet have been explored. Imaging has been employed to investigate different patterns formed by these interactions. To produce water jets, injectors with 0.4 and 0.9 mm diameters at a velocity range of 1-33 m/s and in accordance with Reynolds numbers between 3,000 and 30,000 have been used. It was found that in the low flow speed range, the water jet breaks up by the Riley's breakup model. While in high speed range, the breakup model is the firstwind - induced breakup model. The measured breakup length has a very good agreement with the result of Sallam’s equation. In investigating the breakup of liquid jets in cross flow, six breakup models were observed, including Rayleigh-like, turbulent, column, bag, multimode and shear breakup models. Also, in paper, an equation has been presented for the penetration of water jet into an air counter flow. Through a qualitative comparison of the images taken from the impingement of two water jets, velocity and Reynolds number ranges of the closed rim, alternating drops, open rim, and fully-developed models were determined. It was observed that, by increasing pre- impingement length of a jet, the instabilities on the liquid sheet increase.
    Keywords: Jet Atomization, Jet, Air Coflow, Jet, Counter Flow, Jet, Cross Flow, Experimental Jet Breakup, Atomization of Jets Impingement
  • F. Bazdidi Tehrani *, A. Shamsi, S. Moghaddam, M. Aghaamini Page 37
    The present paper investigates turbulent mixed convection - radiation flow between two vertical parallel plates kept at different temperatures with variable thermophysical properties. The Reynolds number, based on channel half-width and friction velocity and the Grashof number, based on channel width and wall temperature difference, were assumed to be 150 and 1.6×106, respectively. numerical simulations were carried out by developing a solver in OpenFOAM software, applying finite volume method. Launder-Sharma low-Reynolds RANS based turbulence model was employed. Thermophysical properties approximation (dynamic viscosity and Thermal conductivity coefficient) were based on Sutherland Law and Power Law. The working fluid was assumed to be gray, absorbing, emitting, and scattering. The radiative transfer equation was solved using the discrete ordinates method (DOM). Results show that the variable thermophysical properties condition results in higher Nusselt number on both hot and cold wall sides. Also, the bulk temperature and friction factor increase on hot wall side and decrease on cold wall side. Moreover, the velocity across the channel width and the centerline velocity increase.
    Keywords: Mixed, Convection, Turbulence, RANS Approach, Variable Thermophysical Properties, Aiding, Opposing Flows
  • M.J. Izadi Yazdi, A.A. Bak Khoshnevis* Page 51
    In this study, the characteristics of the wake around a rotating circular cylinder have been investigated experimentally. To this end, a cylinder with a circular cross-section of Plexiglas with the length of 400 mm and a diameter of 20 mm have been tested in the wind tunnel. Using existing methods, the characteristics of the wake and the drag coefficients of the model in different cases have been investigated. In order to measure mean velocity profile and turbulence intensity, hot-wire anemometry has been used. The experiments carried out on the rotating cylinder indicates that the rotation of the cylinder causes significant changes in mean velocity profile. The rotation of the cylinder causes increase in the velocity in the vortex and decrease in the velocity of the wake. The variations become more and more by increase in rotational speed. Also, the results show that by increasing the rotation speed, the turbulence intensity in the wake increases. It is found that by increasing the rotational speed, the parameters of drag coefficient and velocity defect reduce.
    Keywords: Wind Tunnel, Hot Wire Anemometry, Drag Coefficient, Rotating Circular Cylinder
  • M. Mazidi Sharafabadi, S. M. Vaezi *, E. Norouzi Page 65
    Performance analysis of jet engines in various environmental conditions is important and is the first step in the design of such engines. In this paper, the performance of a typical turboprop engine was modeled in the commercial software GasTurb10 and the obtained results are validated at three flight regimes take off, military and 100% normal using engine test results. Performance analysis of combustion chamber was essential for estimating its exhaust gas temperature, which has influence on the lifetime and durability of engine hot section. In this study, one-dimensional performance analysis of a turboprop engine combustion chamber was carried out applying semi-experimental correlations. For this, a computer program called CLAD1 was developed in MATLAB. The results obtained for various engine operation regimes were compared with reliable experimental results. showing good agreements. The maximum relative error was 3.92% for military regime. Finally, the gas temperature distribution and emission of pollutants in different operation regimes were calculated and compared. The amount of NOx emission was maximum at take off flight regime, whereas the emission of pollutants CO and UHC have their highest values at 100% normal regime.
    Keywords: Turboprop Engine, Combustion Chamber, Performance Modeling, Gas Temperature Distribution, Emission
  • M. Tahmasebi Kohyani, B. Ghasemi*, A. Raisi Page 77
    Magnetic field effect on unsteady natural convection heat transfer of Cu–Water nanofluid in a square porous cavity was studied numerically in here. At first, initial temprature of the cavity was i T and vertical walls were at temprature c i T T  . Suddenly the right wall's tamprature was changed to hT and the horizontal walls were adiabatic. The effective parameters in this study were Ra , Ha, and  . which appear in the non-dimensionalized equations. Ra is a function of temperature difference between hot and cold walls, Ha is a parameter that depends on the magnetic field, and  is the volume fraction of nano particles. The non-dimensionalized governing equations were obtained based on darcy model. A control volume approach was used for solving these equations. The effect of the variation of parameters, Ra , Ha and , on heat transfer rate, fluid flow, isotherms, and the steady time of solution were investigated. The solutions show that steady time decreases, as Ra increases or  decrease. While, variation of Ha for high Ra has different effects on steady time.
    Keywords: Nano Fluid, Porous Medium, Natural Convection, Un Steady, Magnetic Field