فهرست مطالب

مکانیک سیالات و آیرودینامیک - سال چهارم شماره 2 (پاییز و زمستان 1394)
  • سال چهارم شماره 2 (پاییز و زمستان 1394)
  • تاریخ انتشار: 1394/10/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پژوهشی
  • محمد تشکری بافقی، محمدرضا الهامی، علیرضا ربیعی صفحه 1
    در این مقاله، ابتدا به بیان پدیده تعامل سیال- سازه و تاریخچه ای از آن پرداخته شده و سپس با توجه به شرایط کاری پیچیده و خاصی که یک پره توربین دارد به بررسی این پدیده بر روی آن پرداخته شده است. تعامل سیال- سازه یک مدل پره توربین با استفاده با نرم افزار ANSYS شبیه سازی شده است و در این تحلیل قسمت سازه ای و سیالاتی نرم افزار استفاده می گردد. یک مدل پره توربین با مقطع ایرفویل و جنس آلومینیوم در سه سرعت ورودی مختلف مورد تحلیل قرار گرفته و میزان انحراف نوک پره توربین و تاثیر این انحراف بر روی فشار جریان سیال وارده بر پره توربین بررسی گردیده است. نتایج این بررسی نشان می دهد که با افزایش سرعت جریان ورودی، میزان انحراف نوک پره افزایش یافته و تاثیر آن بر فشارهای سیالاتی وارد بر روتور نیز افزایش می یابد. همچنین، نتایج بررسی میزان جابجایی در راستای طول پره نشان می دهد که این تغییر شکل در طول پره خطی می باشد.
    کلیدواژگان: تعامل سیال، سازه، کوپل دوطرفه سیال و سازه، پره توربین، تحلیل عددی پره توربین
  • سمیرا پایان، فائزه ایمانی صفحه 11
    در این مقاله، تحلیل جریان و حرارت از روی دسته لوله های دایروی استفاده شده در مبدل های حرارتی مورد مطالعه قرار گرفته است. از نرم-افزار انسیس 15 برای شبیه سازی استفاده شده است. مدل k-Ω SST، به منظور شبیه سازی جریان متلاطم استفاده شده است. در این مقاله جایگزین کردن یک شکل متفاوتی از لوله ها در یک ردیف خاص برای افزایش عملکرد آن ها مورد بررسی قرار گرفته است. رژیم جریان متلاطم بوده و همان طورکه می دانید اصطکاک تاثیر مهمی در این نوع از رژیم جریان دارد. به این ترتیب تعویض لوله دایروی با لوله بیضوی مورد نظر قرار گرفته است. ضمن اینکه، تنش های حرارتی به علت تقارن سطح مقاطع دایروی در آن ها نسبت به اشکال دیگر کم تر است. نتایج حاصل حاکی از افزایش 24% کارایی دسته لوله دایروی با تغییر شکل ردیف پنجم لوله های دایروی با لوله های بیضوی با همان قطر هیدرولیکی و مساحت است.
    کلیدواژگان: جریان از روی دسته لوله ها، تغییر شکل یک ردیف از لوله ها، افزایش کارایی
  • عبدالامیر بک خوشنویس، محمد جواد ایزدی یزدی صفحه 19
    ویژگی های جریان در اطراف یک استوانه بیضوی با نسبت محور 2=AR قرار گرفته در نزدیکی یک صفحه تخت به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. استوانه بیضوی در داخل و خارج از یک لایه مرزی آشفته که ضخامتش 38/0 برابر ارتفاع سطح مقطع استوانه می باشد (B38/0=δ)، قرار گرفته است. اعداد رینولدز بر اساس ارتفاع سطح مقطع استوانه، 000و15 و 000و30 می باشند. اندازه گیری سرعت متوسط و شدت اغتشاش ها زمانی که دنباله استوانه بیضوی با لایه مرزی ایجاد شده بر روی یک صفحه تخت تداخل می کند، با استفاده از جریان سنج سیم داغ دما ثابت انجام شده است. در ناحیه نزدیک دنباله، پروفیل های سرعت متوسط و شدت اغتشاش ها وابسته به نسبت فاصله (G/B) و عدد رینولدز (Re) می باشند. مشخص شد که تداخل دنباله و لایه مرزی به جز در 1/0G/B=، در عدد رینولدز 000و30 نسبت به 000و15 سریع تر رخ می دهد. تداخل دنباله با لایه مرزی در مولفه نوسانی سرعت نسبت به سرعت متوسط سریع تر می باشد. با افزایش نسبت فاصله، ضریب پسای استوانه کاهش می یابد که مقدار کاهش ضریب پسا در عدد رینولدز 000و30 نسبت به 000و15 بیش تر است. نتایج نشان می-دهند که عدد استروهال با افزایش نسبت فاصله، افزایش می یابد و تقریبا مستقل از /Bδ است. ناحیه دنباله پشت استوانه بیضوی نسبتا کوچک است و پروفیل های سرعت تمایل دارند که به سرعت به لایه مرزی صفحه تخت برسند.
    کلیدواژگان: تداخل دنباله و لایه مرزی، استوانه بیضوی، عدد استروهال، ضریب پسا، جریان سنج سیم داغ
  • مرتضی مردانی، محمد مهدی دوستدار صفحه 37
    دقیق ترین روش جهت محاسبه گرمایش آیرودینامیکی ، حل عددی جریان است. استفاده از روش حجم محدود جهت حل کامل معادلات ناویراستوکس در گذر زمان بسیار وقت گیر است. بنابراین با استفاده از الگوریتم اختلاف محدود و انتقال معادلات به فضای رویه ای از طریق توابع نگاشت و روش ترکیبی لایه شوک لزج و لایه مرزی خودمتشابه، کد CTCA تدوین گردید. مشخص نمودن غلظت جرمی گونه ها در مرز دیواره، ناشی از فعل و انفعالات شیمیایی فناشوندگی سطح و تجزیه/ یونیزاسیون هوا از ورودی های اصلی حل میدان جریان دماغه های ماوراءصوت است. غلظت جرمی گونه ها در مرز دیواره ناشی از فعل و انفعالات شیمیایی، نیز به نوع کاتالیتکی دیواره یا مدت زمان توقف جریان در نقطه خاصی از دیواره، وابسته است. در دیواره های کاملا کاتالیتیک، میزان توقف جریان از زمان لازم جهت تعادل فعل و انفعالات شیمیایی بیش تر بوده و شرایط مرزی دیواره با فرض حالت تعادل شیمیایی مشخص می گردد. همچنین، در دیواره های غیرکاتالیتیک، میزان توقف جریان بسیار کم تر از زمان لازم جهت تعادل فعل و انفعالات شیمیایی است و شرایط مرزی دیواره با فرض حالت انجمادی مشخص می گردد. میزان کاتالیتیکی دیواره به متوسط نرخ ترکیب مجدد گونه ها وابسته است و این پارامتر یکی از ورودی های مسئله است. بنابراین در این تحقیق، اثرات کاتالیتیکی دیواره روی گرمایش آیرودینامیکی دماغه های فناشونده به روش گام به گام مکانی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق و تحقیقات مشابه نشان داد که فرض کاتالیتکی دیواره در نقطه سکون و غیرکاتالیتکی در بدنه دماغه ها فرض معقولی است.
    کلیدواژگان: لایه شوک لزج و لایه مرزی خودمتشابه، کد CTCA، زمان توقف جریان، زمان فعل و انفعالات، تعادل شیمیایی، انجماد شیمیایی، نرخ ترکیب مجدد، توابع نگاشت
  • سید مهدی شیخ الاسلام نوری، سید آرش شمس طالقانی، محمد طیبی رهنی صفحه 47
    مدل دوبعدی تفاضل محدود شبکه بولتزمن برای بررسی مسائل تک فاز ارائه می شود. جمله زمان با استفاده از روش رانگ کوتای با خطای پراکندگی- پخش کم و جمله مکان با استفاده از روش بالادست مرتبه 3 گسسته می شوند. معادلات حاکم و روش عددی ارائه خواهد شد. نحوه اعمال شرایط مرزی در روش FDLBM مطرح می شود. سپس جهت ارزیابی روش عددی، دو مسئله پایه گردابه های تیلور و جریان کوئت حل می شود. هدف از این نوشتار، معرفی روش یادشده و نشان دادن توانایی آن در حل مسائل پایا و ناپایا است.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن تک فاز، تفاضل محدود، رانگ کوتای با خطای پراکندگی، پخش کم، گسسته سازی مکانی مرتبه سوم بالادست
  • محمد فراهانی، محمد بدر گل تپه صفحه 57
    در این پژوهش، ساختار موج ضربه ای ناشی از احتراق، درون محفظه ای با هندسه حلقوی به قطر 76 میلی متر و طول 101 میلی متر، مورد بررسی گرفته است. انتظار می رود در آینده موتورهای دتونیشنی در دسته پیشرانه های هوافضایی قرار گیرند. انواع مختلفی از موتورهای دتونیشنی در حال حاضر تحت بررسی هستند، از جمله موتور دتونیشن چرخشی، که در این پژوهش طراحی یک نمونه آزمایشگاهی آن امکان سنجی شد. روش عددی استفاده شده توسط نرم افزار فلوئنت، با حل میدان جریان یک هندسه مشابه و مقایسه با نتایج تجربی، صحت سنجی شده است. با توجه به تغییرات ناچیز پارامترهای ترمودینامیکی در راستای شعاعی میدان جریان محفظه و کاهش هزینه های محاسباتی، از مدل دوبعدی هندسه طراحی شده، جهت شبیه سازی عددی استفاده شده است. پس از شناخت و تحلیل ساختار موج دتونیشن چرخشی، به مطالعه پارامتریک از نظر هندسی پرداخته شد. با توجه به نتایج به دست آمده، وقتی یک موج ضربه ای دتونیشن به داخل یک مخلوط واکنش دهنده محصور با گاز بی اثر (محصولات سیکل قبلی)، منتشر می شود، یک موج ضربه ای مایل در بالای موج دتونیشن جهت هماهنگ کردن فشار پشت جبهه دتونیشن و منطقه گاز بی اثر، تشکیل می شود و ساختار دتونیشن- موج ضربه ای را ایجاد می کند. در ادامه به بررسی اثر تغییرات نسبت هم ارزی و طول محفظه پرداخته شد. مشاهده شد که سرعت، فشار و دمای موج دتونیشن در حالت استوکیومتریک بیشینه می باشد. همچنین، افزایش طول محفظه، در فشار تزریق پایین، موجب افزایش ارتفاع جبهه دتونیشن و در فشار تزریق بالا، موجب کاهش ارتفاع جبهه دتونیشن می شود.
    کلیدواژگان: موج احتراق دتونیشن، مدل سازی احتراق دتونیشن، ساختار موج دتونیشن، شبیه سازی دوبعدی موج دتونیشن
|
  • M. Tashakori Bafghi, M.R. Elhami, A.R. Rabiee Page 1
    In this paper, the fluid-structure interaction phenomenon and the research history are described. Then due to the complex and specific working conditions of a turbine blade, we have investigated the phenomenon on this subject. The fluid-structure interaction on a turbine blade model has been simulated by using structural and fluid flow section of ANSYS software. A model of turbine blade with airfoil cross section made of aluminum has been analyzed in three different inlet speed of the fluid. For analysis results the amount of turbine blade tip deviation and its impact on the fluid flow pressure exerted on the turbine blade has been considered. The results show that by increasing the speed of inlet flow, the amount of blade tip deviation increases and also its impact increases on fluid pressure exerted on the rotor. The results also show that the transverse displacement of the blade is linear across of its axis.
    Keywords: Fluid, Structure Interaction, Two, Way Coupled Fluid, Structural, Turbine Bladei, %Numerical Analysis
  • S. Payan, F. Imani Page 11
    In this paper, analysis of fluid flow and heat transfer over the bank of tubes is considered. k-Ω SST model is applied for simulation of turbulent flow. In this paper, the improvement of efficiency of a bundle of circular tubes by changing the shape of the cross section of one row of the pipes to the elliptical cross section as an innovative plan is considered. As know, friction factor in turbulent flow is very important on efficiency of bank of tubes. Therefore, replacement of elliptic cross section shape in a special row in the bank of circular tubes is considered. Obtained results showed change of tubes in fifth row of the bank of circular tubes with elliptic cross section has been caused 24% increase of efficiency in bank of circular tubes.
    Keywords: Flow on Tube Banks, Change of Cross Section of Tubes in a Special Row, Enhancement of Efficiency
  • M.J. Ezadi Yazdi, A.A. Bak Khoshnevis Page 19
    The flow characteristics around an elliptic cylinder with an axis ratio of AR=2 located near a flat plate were investigated experimentally. The elliptic cylinder was located on the inside and outside a turbulent boundary layer region whose thickness (δ) is 0.38B. The Reynolds numbers based on the height of the cylinder cross-section were 15000 and 30000. Measurements of mean velocity and turbulence intensities have been made using the hot-wire anemometry when the wake of elliptic cylinder interact with the boundary layer on a flat plate. In the near-wake region, streamwise mean velocity profiles and turbulence intensities were strongly dependent on gap ratio (G/B) and Reynolds number (Re). It is found that, wake and boundary layer interaction except in G/B=0.1, at Reynolds number of 30000 is faster than the 15000. The wake-boundary layer interaction at fluctuating velocity quantities begins earlier than the mean velocity. As the gap ratio increases, the drag coefficient of the cylinder itself decreases, which the decrease value of the drag coefficient at Reynolds number of 30000 is more than the 15000. The results show that the Strouhal number by increasing the gap ratio increases and nearly independent of δ/B. The wake region behind the elliptic cylinder is relatively small and the velocity profiles tend to approach rapidly to those of a flat plate boundary layer.
    Keywords: Wake, Boundary Layer Interaction, Elliptic Cylinder, Strouhal Number, Drag Coefficient, Hot, Wire Anemometry
  • M. Mardani, M.M. Dostdar Page 37
    The most accurate method for calculating the aeroheating is numerical solution method. Using finite volume method to solve the Navier-Stokes equations in time is very time consuming. So by using the finite difference algorithm, transfer equations to curvature coordinate by the mapping function, and combination of the viscous shock layer and similarity of boundary layer, the CTCA Code was developed. Determine the species mass concentration at the wall boundary due to chemical reactions of surface ablation and air dissociation/ionization, is one of the main inputs to solve the flow field around the hypersonic noses. Species mass concentration at the wall boundary due to chemical reactions is dependent on the catalytic wall type or time duration of flow stop at the specified point of wall. For fully catalytic walls, the time duration of flow stop is greater than the time required to equivalence chemical reactions and the wall boundary conditions are determined by using the chemical equilibrium assumption. Also in the non-catalytic walls, the time duration of flow stop is less than the time required to equivalence chemical reactions and they are determined by using the chemical frozen assumption. The severity of wall catalyst is dependent on the recombination average rate of species and this parameter is one of the inputs to solve the problem. Therefore in this study, the wall catalytic effects on the aeroheating of ablative noses were investigated by the space marching method. The result of current research and other similar researches showed that, the fully catalytic at stagnation points and the non-catalytic at body are reasonable assumptions.
    Keywords: Viscous Shock Layer, Similarity Boundary Layer, CTCA Code, Time Duration of Flow Stop, Time Duration of Chemical Reactions, Chemical Equilibrium, Chemical Frozen, Recombination Rate, Mapping Function
  • S.M. Sheikholeslam, M. Taeibi, Rahni, S.A. Shams Page 47
    A two dimensional finite difference lattice Boltzmann method (FDLBM) for computing single phase flow problems is developed here. Temporal term is discretized with low dissipation-low dispersion. Discretization of convective term is implemented with third order upwind method. It will be explained governing equations and numerical method. Methodology of imposing boundary conditions in FDLBM is described. Then for evaluation, two basic problems will be solved: Taylor's vortices and unsteady Couette flow. The purpose of this paper is the presentation of a robust method to solve unsteady and steady problems.
    Keywords: Single Phase LBM, Finite Difference, Low, Dissipation Low, Dispersion Runge, Kutta, Third, Order Upwind Method
  • M. Farahani, M. Badrgoltapeh Page 57
    In this work, the feasibility study for design of a laboratory sample RDE which has an annular geometry with diameter of 76 mm and length of 101 mm has been performed. Detonation engines are expected to be used as propulsion system in aerospace applications in the future. Several types of detonation engines are currently under examination, including the rotating detonation engine (RDE). First, numerical studies are validated comparing the FLUENT results with the experimental ones. Then, the geometry and equivalence ratio of injection mixture are investigated parametrically. Considering the negligible variations of thermodynamics parameters in the radial direction of flow field to reduce the computational costs, also a 2D model is used for numerical simulations. Results show for the case with the equivalence ratio of 1.2, detonation speed, pressure, and temperature behind detonation front is more than the equivalence ratio of 0.8. Also, maximum detonation speed and pressure behind detonation take place in stoichiometric conditions. The parametric study of the chamber length effects was also conducted using a length 0.5 and 2 times of the main chamber. Because the chamber outflow is subsonic at some regions, chamber length change has a significant effect on the engine performance and flow field. The results point out that increasing the chamber length in low injection pressure and high injection pressure leads to increasing and decreasing the height of detonation front, respectively.
    Keywords: Detonation Combustion Wave, Detonation Combustion Modeling, Detonation Wave Structure, 2D Simulation of Detonation