فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال چهل و نهم شماره 1 (بهار 1396)
  • سال چهل و نهم شماره 1 (بهار 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/03/30
  • تعداد عناوین: 20
|
  • مقاله پژوهشی
  • رضا افتخاری*، رضا تقوی زنوز، سید محمد نیما شجاعی صفحات 3-10
    در کار تحقیقاتی حاضر کسکید یک کمپرسور محوری مورد تحلیل عددی و آزمایشگاهی قرار گرفته است. مدل شامل 3 پره روتور یک کمپرسور محوری است که دارای هندسه و پروفیل یکسان NGTE 10C4/30C5 بوده و به صورت موازی با نسبت طول وتر به گام پره یا مقدار صلبیت 2/1 و 8/0 مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات در یک تونل باد مادون صوت دمشی صورت گرفته است و قبل از انجام آن، اصلاحات در قسمت خروجی تونل باد جهت نصب قسمت محفظه آزمون جدید، مناسب برای تست کسکید، طراحی و سپس ساخته شده است. تدابیر لازم نیز برای امکان عبور پراب سیم داغ از جداره تونل باد و حرکت آن بر روی سطح پره اتخاذ شده است. سطوح مکش و فشار پره مورد تست به تپینگ های فشار مناسب مجهز شده است تا از طریق شیلنگ های رابط به ترنسدیوسرهای فشار متصل گردند. آزمایشات در موقعیت فاصله های مختلف بین پره ها انجام پذیرفته و در هر مرحله از تست، پروفیل سرعت روی سطوح مکش و فشار در موقعیت های طولی مختلف و توزیع فشار سطحی اندازه گیری شده است. به موازات انجام آزمایشات، تحلیل عددی جریان نیز برای حالت های مختلف انجام شده و نتایج حاصل با هم مقایسه شده است. ترکیب نتایج حاصل از دینامیک سیالات عددی و اندازه گیری های آزمایشگاهی ابزار قدرتمندی برای شبیه سازی، طراحی و بهینه سازی را در اختیار قرار داده است.
    کلیدواژگان: کسکید، کمپرسور محوری، صلبیت، سیم داغ، تونل باد
  • سید مصطفی حسینعلی پور*، نوید حاجی غفوری بوکانی صفحات 11-18
    در این تحقیق، جریان گذرنده از یک استوانه ی دایره ای دوبعدی ثابت، نزدیک یک سطح آزاد در عدد رینولدز 180 و عدد فرود 0.2 در نسبت فاصله های گوناگون از سطح آزاد سیال، بطور عددی بررسی شده است. برای شبیه سازی سطح آزاد از روش حجم سیال استفاده شده است. معادلات پیوستگی، مومنتم و کسر حجمی با روش حجم محدود توسط کد تجاری فلوئنت حل شده اند. برای اعداد فرود پایین که نشان دهنده ی تاثیر غالب گرانش و تغییر شکل ناچیز سطح آزاد هستند، نتایج دارای شباهت های بسیاری با مسئله ی جریان حول استوانه نزدیک یک دیواره ی بدون لغزش است، بگونه ای که مکانیزم رهایش گردابه ی یکسانی برای آنها می توان پیش بینی نمود. زمانیکه فاصله ی بین استوانه و سطح آزاد کاهش می یابد، عدد استروهال در نسبت فاصله ی 0.7 به حداکثر مقدار خود می رسد، کاهش بیشتر نسبت فاصله، موجب کاهش عدد استروهال شده، در نسبت فاصله ی 0.16 اساسا پدیده ی رهایش گردابه به حداقل مقدار ممکن می رسد. در این تحقیق به بررسی کانتورهای سرعت، فشار و ضرایب آیرودینامیکی در نسبت فاصله های مختلف پرداخته شده، تاثیر سطح آزاد سیال بر هیدرودینامیک جریان در اعداد فرود پائین مطالعه شده است.
    کلیدواژگان: جریان سطح آزاد، روش حجم سیال، رهایش گردابه، حل عددی، عدد استروهال
  • سهیلا عبدالهی پور *، محمود مانی صفحات 19-28
    این مقاله عملکرد آیرودینامیکی بال یک پهپاد را که توسط برخورد یک جسم مانند گلوله جنگی دچار صدمه شده است، با دو روش شبیه سازی عددی و تجربی مورد مطالعه قرار می دهد. به منظور شبیه سازی اثر برخورد گلوله و ایجاد گوشه های تیز در صدمه واقعی، از یک حفره ستاره ای شکل برای شبیه سازی صدمه استفاده شده است. مقطع بال مورد مطالعه، ایرفویل نامتقارن با شماره NACA 641-412 در نظر گرفته شده است. در این تحقیق، اثر موقعیت صدمه در راستای دهانه بال در سه مکان مختلف سر، میانه و ریشه بال بر روی عملکرد آیرودینامیکی بال تحت زوایای حمله مختلف مطالعه شده است. در بخش تجربی این مقاله مشخصات جریان عبوری از روی بال و صدمه، با تکنیک رنگ استاندارد آشکارسازی شده و اثرات آن بر ضرایب آیرودینامیکی ارائه شده است. به منظور بررسی قابلیت حل عددی در پیش بینی عملکرد آیرودینامیکی بال صدمه دیده، جریان اطراف بال به صورت عددی تحلیل شده و نتایج حاصل با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی و مقایسه شده است. در نتایج آشکارسازی جریان، یک جریان جت قوی و دو گردابه با چرخش خلاف جهت، متصل به صدمه ستاره ای شکل، در سطح مکش بال مشاهده می شود. نتایج نشان می دهد صدمه ستاره ای که مساحت آن حدود 1 درصد مساحت کل بال است می تواند ضریب برآی بال را حدود 6 درصد در مقایسه با بال سالم کاهش و ضریب پسا را حدود 7/15 درصد نسبت به بال سالم، افزایش دهد. همچنین صدمه باعث می شود بال ضریب ممان پیچشی منفی تری را تجربه کند. نتایج صدمه در مکان های مختلف نشان داد که صدمه در نزدیک نوک بال تاثیر کمتری بر کاهش کارایی آیرودینامیکی بال دارد.
    ضریب پسا را حدود 7/15 درصد نسبت به بال سالم، افزایش دهد. همچنین صدمه باعث می شود بال ضریب ممان پیچشی منفی تری را تجربه کند. نتایج صدمه در مکان های مختلف نشان داد که صدمه در نزدیک نوک بال تاثیر کمتری بر کاهش کارایی آیرودینامیکی بال دارد.
    کلیدواژگان: بال صدمه دیده، مشخصات آیرودینامیکی، صدمه ستاره ای شکل، آزمایش تونل باد، تکنیک آشکارسازی جریان حل عددی
  • علی نصیری طوسی*، اردلان حیدری، علیرضا حاج علی محمدی صفحات 29-42
    از آنجا که در موتورهای تزریق مستقیم گازسوز، در حالت احتراق همگن، شکل گیری مخلوط در اثر برخورد فواره با سطح پیستون متحرک انجام می شود، مطالعه شکل گیری مخلوط در اثر برخورد با دیواره متحرک اهمیت زیادی در توسعه اینگونه موتورها دارد. در تحقیق حاضر با استفاده از نرم افزار Ansys Fluent رفتار فواره ی گاز برخوردی با صفحه ی تخت در هوای اتمسفر شبیه سازی شده و با استفاده از نتایج تجربی موجود، نتایج شبیه سازی عددی انجام گرفته صحه گذاری گردید. در ادامه با توجه به شبیه سازی های انجام گرفته تاثیر پارامترهایی چون نسبت فشار، دور موتور و زمان شروع تزریق روی شکل گیری مخلوط سوخت و هوا در محفظه ی بسته و شرایطی مشابه کورس تراکم موتور ملی EF7 مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان دادند که مدل آشفتگی SST k-ω نسبت به مدل k-ε در پیش بینی عمق نفوذ گاز بعد از برخورد به دیواره به طور قابل توجهی بهتر عمل می کند. همچنین افزایش نسبت فشار باعث افزایش عمق نفوذ سوخت تزریق می شود، اما افزایش دور موتور برخلاف تزریق در محیط باز، در محیط بسته و کورس تراکم سبب کاهش عمق نفوذ گاز می شود. همچنین زمان انجام تزریق در یک موتور، بسته به شرایط دیگر از جمله دور موتور، فشار پاشش و مدت زمانی که پاشش صورت می گیرد می تواند سبب کاهش یا افزایش عمق نفوذ شود.
    کلیدواژگان: افشانه، فواره، عمق نفوذ، تزریق سوخت
  • ایمان لاریبی*، فائزه راثی مرزآبادی، فخری اعتمادی صفحات 43-50
    معیار اصلی طراحی چتر مقدار نیروی پسا تولیدی است. از فرضیات متداول در مدل سازی چترها ساده سازی هندسی چتر پرباد شده و فرض نفوذناپذیری برای کانوپی چتر است. در این پژوهش تاثیر این فرض در کاهش صحت مدل سازی عددی بررسی شد و با اعمال ضرایب معادله اصلاح شده دارسی از نتایج آزمایش انجام گرفته بر روی پارچه کانوپی، شبیه سازی عددی یک نمونه کانوپی ساده سازی شده انجام شد. با در نظر گرفتن نفوذپذیری و اثرات آن بر حوزه جریان، صحت شبیه سازی عددی بالاتر رفت. در نظر گرفتن فرض نفوذپذیری موجب کاهش 24 درصدی ضریب پسا نسبت به کانوپی نفوذناپذیر شد.
    با آزمایش یک کانوپی نیم کروی نفوذپذیر و نفوذناپذیر درون تونل باد سرعت پایین، پسای تجربی چتر اندازه گیری شد. با استخراج هندسه کانوپی پرباد شده از آزمایش تونل باد، مدل سازی عددی با در نظر گرفتن نفوذپذیری کانوپی انجام گرفت و نتایج با آزمایش تجربی صحت سنجی شده است.
    در مقایسه نتایج مدل سازی کانوپی نفوذناپذیر و نفوذپذیر، مقدار نیروی پسا، تفاوت توزیع فشار و خطوط جریان پیرامون کانوپی ها بیانگر میزان اهمیت در نظر گرفتن نفوذپذیری در شبیه سازی عددی کانوپی چتر است.
    کلیدواژگان: چتر، پسا، شبیه سازی عددی، تونل باد، نفوذپذیری
  • احسان یاری، حسن قاسمی* صفحات 51-66
    با توجه به اینکه الگوریتم طراحی پروانه نیمه مغروق تحت تاثیر پارامترهای هندسی و فیزیکی زیادی مرتبط است؛ لذا نیاز به ارائه روش مناسب و ابزار محاسباتی است که با در نظر گرفتن اثر تغییر کلیه پارامترها، به تحلیل جریان بر روی پروانه بپردازد. هدف اصلی از مطالعه حاضر توسعه روش المان مرزی بر پایه پتانسیل جهت تحلیل پروانه نیمه مغروق در حالت ناپایا، تحت شرایط آب آزاد می باشد. به کمک مفهوم مشتق مادی و با استفاده از شرط مرزی سینماتیکی؛ قابلیت بررسی رشد، توسعه و تغییرات ضخامت ناحیه هوادهی-کاویتاسیونی در هر دو راستای کورد و شعاعی پره بصورت ناپایا در محدوده گسترده ای از ضرایب پیشروی سرعت ایجاد شده است. بر اساس نتایج استخراج شده، در ضرایب پیشروی سرعت بالا انطباق بسیار خوبی بین مقادیر بدست آمده از شبیه سازی عددی در مقایسه با داده های تجربی و مشاهدات هوادهی وجود دارد. با کاهش ضریب پیشروی سرعت از میزان این انطباق کاسته می شود. در ضرایب پیشروی پایین (J<0.4) به علت ریزش شدید گردابه ای (طبق نتایج تجربی) نوسان لبه فرار سطح هوادهی بر روی سطح دنباله پروانه تاثیرگذار بوده و سبب ایجاد ناپایداری می گردد. اما در ضرایب پیشروی بالا(J>0.4) انطباق ضرایب هیدرودینامیکی نیرو-ممان و بازدهی پروانه در مقایسه با نتایج تجربی مطلوب بوده و در محدوده دقت مناسبی می-باشد.
    کلیدواژگان: پروانه نیمه مغروق، روش المان مرزی، شکل هوادهی
  • سعید فتحی، علی اکبر دهقان *، مجتبی دهقان منشادی، علیرضا موحدی صفحات 67-82
    در این مطالعه، ساختار جریان پشت سیلندر مربعی سه بعدی به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت استخراج مشخصات فیزیکی ساختار جریان در عدد رینولدز 104 از یک کاوشگر پنج حفره استفاده شده و توزیع سرعت متوسط، فشار کل، فشار استاتیک، خطوط جریان و ورتیسیته ارائه شده اند. برای کالیبراسیون کاوشگر پنج حفره به جای استفاده از روش های مرسوم کالیبراسیون، سیستم های شبکه عصبی و به طور مشخص تابع اساسی شعاعی به کار گرفته شده اند. با معرفی تعدادی از معیار های آماری و با مقایسه روش مطالعه حاضر با روش درون یابی خطی و روش انطباق منحنی چند جمله ای از مرتبه پنج، مشخص گردید تابع اساسی شعاعی دارای دقت مناسب و خطای کم تری در کالیبراسیون کاوشگر پنج حفره است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که گردابه های نوک و پایه سیلندر با افزایش فاصله از سیلندر ضعیف تر می گردند. افزایش اندازه ناحیه دنباله در صفحات عرضی در نزدیکی انتهای آزاد سیلندر کمترین مقدار خود و در قسمت میانی بیشترین مقدار خود را داراست. هم چنین به اثر تغییر شکل انتهای آزاد سیلندر مربعی بر میدان فشار کل پشت سیلندر و بردار های سرعت در صفحات مختلف پرداخته شده است. ملاحظه شده است که در سیلندر مربعی با انتهای آزاد نیم بیضوی، ارتفاع و پهنای ناحیه دنباله به طور قابل توجهی نسبت به سیلندر سه بعدی با انتهای تخت کاهش می یابد. نتایج به خوبی اثر لایه برشی جدا شده از انتهای آزاد سیلندر را بر مشخصات فیزیکی جریان نشان می دهند.
    کلیدواژگان: سیلندر، کاوشگر پنج حفره، گردابه، شبکه عصبی، انتهای آزاد
  • وحید برزنونی*، امیر بک خوشنویس صفحات 83-92
    در این پژوهش به بررسی تجربی دینامیک جریان و پارامتر های مرتبه بالای سرعت نظیر صافی (Flatness) و چولگی (Skewness) در دنباله یک مدل خودرو سواری به طور مستقل و حالتی که در دنباله یک مدل تریلر قرار دارد، پرداخته شده است. همچنین روند تغییر طول مقیاس اختلاطی، عدد استروهال، اثرات لایه های اختلاطی و گردابه ها در ایجاد ناهمسانی ها، در دنباله بررسی شده است. کلیه آزمایشات در آزمایشگاه آیرودینامیک دانشگاه حکیم سبزواری انجام شده است . به منظور شبیه سازی و اندازه گیری مشخصه های جریان جریان سیال از تونل باد مدار باز و دمشی استفاده شده است که حداکثر اغتشاشات اسمی و سرعت برای این دستگاه به ترتیب 0.1 % و m/s 30 می باشد.نتایج نشان داد: مقادیر چولگی در ارتفاعات پایین و نزدیک به زمین کمتر از مقادیر آن در ارتفاعات بالاتر است که این موضوع با افزایش فاصله از انتهای خودرو روند عکس دارد. مقادیر صافی نیز با افزایش فاصله طولی از انتهای خودرو به تدریج کاهش میابد. دنباله تریلر برای موقعیت های نزدیک قرارگیری خودرو به تریلر تاثیری در محل شکل گیری قله های ماکزیمم طول مقیاس اختلاطی ندارد. فرکانس در ماکزیمم دامنه و همچنین عدد استروهال در موقعیت قرار گیری X/L=1 به دلیل اغتشاش زیاد جریان کمترین مقدار را دارد.
    کلیدواژگان: مدل خودرو، دنباله جریان، چولگی و صافی، جریان سنج سیم داغ، طول مقیاس اختلاطی
  • رضوان عالمیان، روزبه شفقت*، امیرمحمد خزایی، عبدالرضا یوسفی صفحات 93-100
    انرژی نهفته در دریا، یکی از انواع تجدیدپذیر انرژی است که استفاده از آن، امکان تامین انرژی مورد نیاز بخشی از جهان و کاهش میزان وابستگی به سوخت های فسیلی و سایر منابع تجدیدناپذیر را فراهم خواهد آورد. مبدل های انرژی موج، امکان استحصال انرژی را از امواج دائم دریا، فراهم می نمایند. در مسیر رسیدن به این فناوری، مدل سازی تجربی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در شبیه سازی تجربی، عملکرد سامانه در شرایط گوناگون دریا مورد ارزیابی قرار می گیرد که برای اعمال این شرایط به طور معمول از یکاستخر موج بهره گرفته می شود. در این پژوهش، مدل آزمایشگاهی مبدل انرژی موج ساخته شده در آزمایشگاه هیدرودینامیک، آکوستیک و پیش رانش دریایی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، دراستخر موج این دانشگاه و برای بازه ی وسیعی از شرایط امواج دریا، مورد مطالعه و ارزیابی تجربی قرار گرفته است. هدف نهایی بررسی حرکت پیچ سامانه می باشد که در این راستا با ثبت مشخصات امواجی که در آن سامانه با حرکت پیچ مناسب انرژی الکتریکی قابل قبولی تولید نموده است، در نهایت مقیاس مناسب برای ساخت مدل واقعی جهت به کارگیری در دریای مازندران و میزان توان قابل استحصال از آن، شناسایی و معرفی شده است.
    کلیدواژگان: مبدل انرژی امواج دریا، دریای مازندران، آزمون تجربی، استخر موج، کالیبراسون موج
  • محمد کاظم مویدی* صفحات 101-112
    در این پژوهش از روش تجزیه متعامد بهینه جهت بازسازی میدان جریان تراکم ناپذیر ناپایای لزج حول سیلندر با داده های مفقودشده یا تنک و محاسبه نیروهای وارد بر آن استفاده شده است. الگوی موردنظر ترکیبی از روش تجزیه متعامد بهینه همراه با حل یک مساله بهینه سازی به منظور دستیابی به مدلی رتبه کاسته است که می تواند با دقت مناسب و سرعت بالا، نقاط مفقودشده یا پایه های ناقص را بازسازی نماید. دو نوع کاربرد برای این روش در نظر گرفته شده، در نوع اول روش برای بازسازی یک پایه از دسته نمایه مورد نظر با بهره گیری از یک روش تکراری بکار گرفته شده است. نوع دوم روشی است بر مبنای نوع اول و در این مقاله پیشنهادشده است. در این روش با استفاده از تجزیه میدان جریان در راستای زمان و با بهره گیری از یک فرآیند پیشروی زمانی پایه های ناقص دسته نمایه مورد نظر بازسازی می شوند. ویژگی این روش بهره گیری از بهینه سازی و بازسازی گام به گام دسته نمایه اصلی به منظور کاهش تعداد مجهولات و دستیابی به الگویی با دقت بالاتر در بازیابی داده های مفقود شده می باشد. نتایج حاصل از هر دو مدل با داده های حاصل از شبیه سازی های عددی مستقیم مقایسه شده که دقت بالا و توانایی های مناسب هر دو روش را نشان می دهد
    کلیدواژگان: داده های مفقودشده، روش تجزیه متعامد بهینه، مدل رتبه کاسته، جریان ناپایا
  • حسن پارسا *، امین ضیایی شهرکی، نادر منتظرین صفحات 113-126
    در این مقاله مدلسازی عملکرد توربوکمپرسورهای یک ایستگاه تقویت فشار گاز در نقطه طرح و خارج از نقطه طرح انجام شده است، بدین صورت که ابتدا خواص عملکردی ایستگاه در نقطه ی طراحی تعیین شده، سپس با تغییر خواص فیزیکی گاز ورودی و همچنین تغییر خواص عملکردی دستگاه های به کار رفته، با استفاده از منحنی های مشخصه، عملکرد خارج از نقطه ی طرح ایستگاه بررسی و مدلسازی شده است. برای انجام این مدلسازی از دو نرم افزار متلب و اسپن هایسیس به طور موازی استفاده شده است تا بتوان مقایسه ای میان کدهای نوشته شده در نرم افزار متلب و نتایج حاصله از نرم افزار اسپن هایسیس انجام داد. پس از انجام مدلسازی نقاط کاری ایستگاه مشخص شده اند. با مشخص کردن محل قرارگیری این نقاط بر روی منحنی مشخصه اجزای ایستگاه، محدودهی تعادل کاری ایستگاه ترسیم می شود، بدین صورت که اگر ایستگاه در شرایطی کار کند که به این محدوده کاری نزدیک باشد، راندمان بهتری خواهد داشت و دچار مشکلاتی از قبیل سرج نیز نمی شود.
    کلیدواژگان: ایستگاه تقویت فشار گاز، نقطه ی طرح، خارج از نقطه ی طرح، توربوکمپرسور گاز، نرم افزار هایسیس
  • عطاالله ربیعی *، امیر حسین کمالی نیا، کمال حداد صفحات 127-136
    یکی از چالش های مهم در راکتورهای گداخت هسته ای برداشت حرارت به کمک کانال های انتقال حرارت تعبیه شده می باشد. این موضوع سبب گردیده تا از روش های مختلفی جهت بهبود خنک سازی راکتور استفاده شود. یکی از روش های مورد مطالعه در این بخش، استفاده از مغشوش کردن هر چه بیشتر میدان جریان به کمک کانال پر شده از گوی می باشد. در کار حاضر شبیه سازی و تحلیل عددی انتقال حرارت در کانال های پر شده از گوی، به عنوان راه حلی برای بالا بردن میزان ضریب انتقال حرارت، با استفاده از کد عددی در دسترس مورد بررسی قرار گرفته است. گوی های موجود در کانال به صورت یک جسم پیوسته ی متخلخل فرض شده و ضرایب مربوط به جسم متخلخل با استفاده از معادلات ارگون و معادلات بقای مومنتوم حاکم بر جسم متخلخل برای آرایش های مختلف گوی ها در کانال، بدست آمده است. اثر دیواره در شبیه سازی جسم متخلخل بکمک مدلی اصلاحی برای مدل آشفتگی εk- در نظر گرفته شده است. مشاهده گردید که شبیه سازی عددی به کمک جسم متخلخل در مقایسه با کارهای عددی مرسوم که نیاز به تولید شبکه نامنظم و در عین حال تعداد سلول محاسباتی بالا دارند، می تواند با دقت مناسبی پارامترهای مختلف میدان جریان، اعم از افت فشار و ضریب انتقال حرارت را برای آرایش های مختلف گوی در داخل کانال محاسبه نماید. همچنین مشاهده گردید با کاهش میزان تخلخل گوی های موجود در لوله مقدار افت فشار و ضریب انتقال حرارت افزایش پیدا خواهد کرد.
    کلیدواژگان: کانال های پرشده از گوی، جسم متخلخل، دینامیک سیالات محاسباتی، جریان آشفته
  • محمد انصاری، مجید بازارگان * صفحات 137-146
    به منظور بهبود انتقال حرارت در پره توربین های پیشرفته و گرم کن هوای خورشیدی از دندانه های تکرار شونده استفاده می شود. کاربرد این دندانه ها در سطوح داخل کانال تاثیر قابل توجهی بر مشخصه های جریان سیال و انتقال حرارت دارد. وجود دندانه ها انتقال حرارت را به طور چشم گیر بهبود می دهد، اما در عین حال بر افت فشار نیز موثر است. به همین علت نیاز است تا مقایسه ای بین میزان بهبود انتقال حرارت و مقدار توان لازم برای به جریان درآوردن سیال در افت فشار متناظر انجام گیرد. در پژوهش کنونی تلاش شده است تا در یک گرم کن هوای خورشیدی از نوع صفحه ای، مشخصات هندسی دندانه ها برای رسیدن به بهترین بازده حرارتی بهینه سازی شود. برای بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک استفاده شد. بهینه سازی با دو هدف صورت پذیرفت. اول بازده حرارتی بالاتر که تاثیر هم زمان انتقال حرارت و افت فشار را در نظر می گیرد. دیگر اینکه اختلاف دمای جریان هوای ورودی و خروجی مناسب کاربردهای عملی باشد. مدل ریاضی بر مبنای روابط انتقال حرارت توسعه داده شد. ضریب انتقال حرارت جابه جایی در کانال دندانه دار از روابط تجربی محاسبه شد. جریان در رینولدز بین 2300 تا 25000 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده با نتایج تجربی موجود در شرایط مشابه مورد مقایسه و اعتبارسنجی قرار گرفت. مشاهده شد که بازده حرارتی گرم کن هوای خورشیدی در دبی جرمی پایین در حدود 10% بهبود می یافت. البته در دبی جرمی بالاتر به دلیل افزایش توان مورد نیاز جهت غلبه بر افت فشار، اثر دندانه ها کاهش می یافت و حتی می توانست باعث کاهش بازده نیز بشود.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، گرم کن هوای خورشیدی، دندانه، بهبود انتقال حرارت
  • زهرا پولایی موزیرجی، عزیز عظیمی*، سیامک کاظم زاده حنانی، محمد نجفی صفحات 147-160
    در این مقاله، خواص ترموفیزیکی و ضرایب انتقال حرارت جابجایی یک اتاق نمونه در تهران، در یک مساله محاسبه بار حرارتی-برودتی معکوس بطور جداگانه و همزمان تخمین زده شده اند. در این راستا، ابتدا مدل سازی حرارتی اتاق جهت محاسبه بار حرارتی-برودتی آن بعنوان مساله مستقیم با فرض اینکه خواص ترموفیزیکی و شرایط مرزی معلوم هستند، انجام گرفته است. معادلات حاکم بر این مساله، معادلات هدایت حرارتی گذرا در دیوارها به همراه شرایط مرزی ترکیبی جابجایی و تشعشع با در نظر گرفتن تشعشع بین سطوح داخلی دیوارهای اتاق و همچنین مدل توده ای برای بقای انرژی فضای اتاق هستند. برای حل عددی این معادلات از روش حجم محدود و همچنین برای حل عددی معادلات مربوط به مدل توده ای فضا و ضرایب حساسیت از روش گسسته سازی تفاضل محدود پسرو استفاده شده است. سپس از روش تخمین پارامتر گرادیان مزدوج برای تعیین پارامترهای مجهول ضریب انتقال حرارت هدایت، ظرفیت حرارت کلی، و ضرایب انتقال حرارت جابجایی داخلی و خارجی با استفاده از مقادیر تجربی شبیه سازی شده با/بدون اغتشاش انجام پذیرفته است. نتایج نشان می دهند که تخمین جداگانه و همزمان پارامترهای موثر بر بار حرارتی-برودتی و مصرف انرژی ساختمان با استفاده از روش تخمین پارامتر گرادیان مزدوج قابل حصول می باشد.
    کلیدواژگان: تخمین همزمان، روش گرادیان مزدوج، آنالیز معکوس، تخمین شرایط مرزی، بار حرارتی ساختمان
  • هادی جهانی یامی، عباس عباسی، محمد کلته *، میلاد عظیمی فر صفحات 161-170
    در مقاله حاضر اثر نانوذرات بر میزان انتقال حرارت جابجایی آزاد غیر دارسی، روی سطح دیوار متخلخل عمودی تحت میدان مغناطیسی مطالعه شده است. دیوار بادمای سطح ثابت در مجاورت محیط با دمای ثابت قرار دارد. سیال پایه آب است که شامل نانوذرات مختلفی مانند 〖Al〗_2 O_(3 ) ، CuO و Cu می باشد. جریان آرام و آب و نانوذرات در تعادل گرمایی فرض می شوند که شرط عدم لغزش بین آنها حاکم است. معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم بر مسئله به معادلات دیفرانسیلی معمولی تبدیل وسپس این معادلات به روش تبدیل دیفرانسیلی حل می گردند. این روش حل نیمه تحلیلی با روش عددی رانگ کوتا مرتبه چهارم مقایسه شده و مطابقت های خوبی بدست آمده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزودن نانوذرات به سیال پایه آب باعث افزایش انتقال حرارت جابجایی طبیعی می شود و با افزایش درصد حجمی نانوسیال این مقدار بیشترمی شود. از طرف دیگر افزایش میدان مغناطیسی باعث کاهش ضریب انتقال حرارت بی بعد می شود.
    کلیدواژگان: نانوسیال، انتقال حرارت جابجایی آزاد، محیط متخلخل، مگنتوهیدرودینامیک، روش تبدیل دیفرانسیلی
  • محسن نظری* صفحات 171-184
    بررسی اثرات لایه متخلخل در یک محفظه بر انتقال حرارت جابجائی و دستیابی به مقدار بهینه انتقال انرژی در عایق های حرارتی از جمله مباحث پژوهشی به روز در انتقال حرارت است و طرح جامعی نیز در ادبیات مساله وجود ندارد. با توجه به اینکه در یک محفظه بسته با دیواره های قائم دماثابت، انتقال حرارت با وجود لایه های متخلخل عمودی بیشتر از لایه افقی می باشد، در این مقاله به بررسی اثر ضخامت لایه متخلخل عمودی بر انتقال حرارت جابجایی آزاد در یک محفظه جهت طراحی بهینه عایق های حرارتی به روش شبکه بولتزمن پرداخته شده است. بر همین اساس، پس از بررسی اجمالی اثر موقعیت لایه متخلخل عمودی بر مقادیر عدد ناسلت متوسط، به بررسی اثر تغییر ضخامت لایه متخلخل پرداخته می شود. در ابتدا، با تغییر موقعیت لایه متخلخل عمودی در محفظه مشاهده گردید که میزان حرارت منتقل شده در حالتی که لایه متخلخل در وسط محفظه قرار می گیرد بیشتر از سایر حالات می باشد. در ادامه با بررسی اثر ضخامت لایه متخلخل در این موقعیت نشان داده شد که در مقادیر مشخصی از عدد رایلی و دارسی عدد ناسلت روند کاهشی از خود نشان می دهد که این روند بر اساس عدد رایلی اصلاح شده قابل تفسیر است. همچنین، ضخامت بحرانی لایه متخلخل، (S/L)Crit. در مقادیر متوسط اعداد رایلی اصلاح شده برای اولین بار گزارش شده است.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، لایه متخلخل، ضخامت بحرانی، عایق حرارتی، روش شبکه بولتزمن
  • جاماسب پیرکندی*، مصطفی محمودی، شهرام خداپرست صفحات 185-202
    هدف از ارائه این مقاله مدل سازی ترمودینامیکی یک سیستم تولید توان سه گانه جهت تامین توان الکتریکی می باشد. سیستم هیبریدی جدید شامل یک سیکل توربین گاز مجهز به پیل سوختی اکسید جامد می باشد که با یک موتور استرلینگ ترکیب شده است. برای تمام اجزای سیکل مورد نظر یک تحلیل ترمودینامیکی و برای پیل سوختی به کار رفته در آن یک تحلیل الکتروشیمیایی و حرارتی مجزا نیز انجام شده است. در ادامه با مطالعه پارامتری سیستم هیبریدی اشاره شده تاثیر نسبت فشار کمپرسور، دمای گازهای ورودی به توربین، نوع سیال مورد استفاده در موتور استرلینگ و تعداد سل های به کار رفته در پیل سوختی بر روی بازده و توان تولیدی سیستم هیبریدی بررسی شده است. نتایج نشانگر افزایش بازده الکتریکی سیستم هیبریدی جدید با افزایش نسبت فشار کمپرسور و دمای گازهای ورودی به توربین تا حدود 81 درصد می باشد. همچنین در صورت استفاده ار هلیوم در موتور استرلینگ وزن سیستم کاهش و بازده آن 15 درصد افزایش می یابد. از طرف دیگر نتایج نشان می دهد که افزایش تعداد سل های توده پیل سوختی سبب افزایش توان الکتریکی و راندمان کلی سیستم هیبریدی خواهد شد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، توربین گاز، موتور استرلینگ، تحلیل ترمودینامیکی
  • غلامرضا مولایی منش *، محمد هادی اکبری صفحات 203-218
    پیل های سوختی پلیمری به دلیل مزایای متعدد و کاربردهای متنوعشان در صنعت خودرو و... امروزه مورد توجه اغلب محققان می-باشند. با این وجود، شبیه سازی آنها به دلیل فیزیک و مایکروساختار نسبتا پیچیده ی آنها با دشواری هایی همراه بوده است. در مقاله ی حاضر، جریان واکنش پذیر هوا در الکترود کاتد یک پیل سوختی پلیمری توسط یک رویکرد چندمقیاسی شبکه-بولتزمن شبیه سازی گردیده است. بدین منظور، یک مدل توده ای دو بعدی تکفازی مبتنی بر روش شبکه-بولتزمن ارائه و صحت آزمایی گردیده و جهت مدلسازی لایه ی کاتالیست استفاده شده است.
    میدان سرعت و توزیع گونه های شیمیایی در ناحیه ی حفره، توزیع میزان آب و پتانسیل الکتریکی در لایه ی نازک الکترولیت اطراف توده ها، و توزیع چگالی جریان الکتریکی در مرز غشاء و لایه ی کاتالیست برای هر دو آرایش منظم و نامنظم توده ها ارائه و تحلیل گشته-اند. نتایج این پژوهش حاکی از آن است که پارامترهای بررسی شده به شدت از آرایش توده ها در لایه ی کاتالیست اثر می پذیرند. همچنین نتایج مذکور حاکی از آن اند که در شبیه سازی پیل های سوختی می بایست از روش هایی که قادر به در نظر گرفتن مایکروساختارهای پیچیده می باشند، نظیر روش مقیاس-حفره ی شبکه-بولتزمن استفاده نمود. نتایج این پژوهش می تواند راهنمایی های مهمی جهت طراحی بهتر لایه کاتالیست این گونه پیل ها در اختیار قرار دهد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی پلیمری، روش شبکه، بولتزمن، مدل توده ای، لایه ی کاتالیست، آرایش توده ها
  • مهدی برجی بداغی *، صبا قربانی، کاظم آتشکاری، آرمین اعتمادی صفحات 219-230
    در پژوهش حاضر، عملکرد پایای سیستم یکپارچه ی متشکل از فرایند گازی سازی زیست توده و پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای به ازای مقادیر مختلف رطوبت زیست توده و مقدار هوای ورودی عامل گازی سازی در راکتور مولد گاز به صورت عددی مورد مطالعه قرار می گیرد. فرآیند تولید گاز در قالب یک راکتور تک مرحله ای با استفاده از روش ترمودینامیکی تعادلی اصلاح شده مدل می شود. مدل ارائه شده در بخش پیل سوختی، مدلی یک بعدی با امکان کنترل دما در راستای محور پیل سوختی می باشد. مدل کامل الکتروشیمیایی در کنار معادلات بقای جرم اجزای گازی و انرژی شاکله اصلی مدل پیل سوختی را تشکیل می دهند. همچنین دو واکنش اصلاح متان به کمک بخارآب و تبدیل آب- گاز منابع تولید و مصرف اجزای گازی را در کانال سوخت تشکیل خواهندداد. مدل دو بخش اصلی سیستم به کمک نتایج آزمایشگاهی و عددی در دسترس ارزیابی شده و سپس اثر پارامترهای یادشده بر عملکرد سیستم یکپارچه تحلیل و تشریح می شوند. نتایج نشان می دهند که ارزش حرارتی پایینی بیوگاز تولیدی از هر کیلومول چوب با محتوی رطوبت 3/0، با کاهش نسبت هوای معادل و افزایش محتوی رطوبت از 1/0 تا 5/0 کاهش می یابد. طبق نتایج، افزایش محتوی رطوبت زیست توده، توان تولیدی تک سلول پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای را کاهش خواهدداد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، گازی سازی، زیست توده، بیوگاز
  • لیلا خانی، سید محمد سید محمودی* صفحات 231-237
    در این مقاله امکان استفاده از چرخه ترکیبی جدیدی برای تولید همزمان توان الکتریکی و سرمایش مورد بررسی قرار می گیرد. چرخه پیشنهادی، ترکیبی از سیستم پیل سوختی اکسید جامد - توربین گازی به عنوان چرخه مولد توان و چرخه تبرید جذبی گکس به عنوان چرخه تولید برودت است. مدل سازی این چرخه از طریق حل همزمان معادلات بقای جرم و انرژی اجزای چرخه و محاسبه ولتاژ و توان الکتریکی تولیدی پیل سوختی در محیط نرم افزار ای ای اس صورت می گیرد. نتایج به دست آمده از تحلیل ترمودینامیکی این چرخه بیانگر آن است که بازده انرژی چرخه ترکیبی پیشنهادی 72/78% بیشتر از چرخه پیل سوختی - توربین گازی در شرایط مشابه است. هم چنین افزایش چگالی جریان موجب افزایش همزمان توان الکتریکی خالص و برودت تولیدی و نیز دبی سوخت ورودی می گردد، به طوری که بازده انرژی افزایش می یابد. در حالی که افزایش دمای عملکردی پیل سوختی باعث می شود که بازده انرژی ابتدا کاهش و سپس افزایش یابد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، تبرید جذبی، تولید همزمان
|
  • R. Eftekhari *, R. Taghavi, S. M. Nima Shojaee Pages 3-10
    In the present research, axial compressor blade cascade was analyzed by using numerical and experimental methods. The model includes three rotor blades of an axial compressor having the same geometry and profile of NGTE 10C4/30C5 aligned parallel with a ratio of chord length to the blade pitch (rigidity) 0f 0.8-1.2. The experiments were done in a subsonic wind tunnel. Before the tests, some reforms in the output of the wind tunnel were designed to install a new test section, suitable for cascade testing. The necessary considerations are made to let a hot-wire probe to go through the wind tunnel’s wall move on the surface of the blades. The suction surfaces and pressure of the test blade have been equipped to the suitable tapping of the pressure to be connected through the connector hoses to the pressure transducers. Different situations between the blades were performed and at any stage of testing, the suction surface velocity and pressure profiles were measured in different longitudinal situations and distribution of surface pressure. Parallel with the experiments, the numerical analysis for different modes has been performed and the results were compared to experimental data. Combining the results of CFD and experimental measurements gives us a powerful tool for simulation, design and improvement.
    Keywords: Cascade, Axial compressor, Solidity, Hotwire, Wind tunnel
  • S. M. Hosseinalipoor*, N. Haji Ghafoori Boukani Pages 11-18
    In this paper, flow through a fixed two-dimensional circular cylinder beneath of a free surface at various gap ratios at Reynolds number of 180 and Froude number of 0.2 is numerically investigated. Continuity and momentum equations is resolved with control volume method by commercial software Ansys Fluent 14.00. For the low Froude number case (i.e., gravity-dominated), the results obtained are similar to those for flow past a cylinder close to a no-slip boundary, so that similar vortex shedding mechanism can be observed. As the distance between the surface and the cylinder is reduced, the Strouhal number, as measured from the time varying lift, increases to a maximum at a gap ratio of 0.70. Further gap reduction leads to a rapid decrease in the Strouhal number, with shedding finally ceasing altogether at gap ratios below 0.16. The agreement between the results for a free surface and a no-slip boundary suggests that the mechanism behind the suppression of vortex shedding is common to an adjacent no-slip boundary. In this research, Lift coefficients and velocity contours for various gap ratios has been investigated, also the effect of free surface on flow hydrodynamic for low Froude number s is considered.
    Keywords: Free Surface Flow, Volume of Fluid Method, Vortex Shedding, Numerical Solution, Strouhal Number
  • S. Abdolahi *, M. Mani Pages 19-28
    In this paper the flow on a finite wing with star damage is numerically and experimentally investigated to understand the influences of damage on the aerodynamic characteristics of wing. To study the effects of different span positions, the damage was considered in tip, middle and root position of the wing span. The wing model of studies is a section of NACA 641-412 asymmetric airfoil with 200mm chord and 800mm span. The aerodynamic coefficients and their increments due to damage were extracted and the results were compared to each other and also to the experimental results. The flow visualization of flow over the damaged wing has been done with pain technique to make evident the flow structure on the model and to understand the influences of damage on the flow. For better understanding of the ability of numerical modeling prediction of aerodynamic performance of a damaged wing, the flow around the wing was numerically analyzed and was validated with the experimental results. A star damage with area about 1% of the wing, can decrease the lift coefficient about 6% and increase the drag coefficient about 15.7% compared with undamaged wing. The star damaged wing also experiences more negative pitching moment coefficient. The results of damage in different locations showed that the damage near to wing tip has less impact on decrement of aerodynamic efficiency.
    For better understanding of the ability of numerical modeling prediction of aerodynamic performance of a damaged wing, the flow around the wing was numerically analyzed and was validated with the experimental results. A star damage with area about 1% of the wing, can decrease the lift coefficient about 6% and increase the drag coefficient about 15.7% compared with undamaged wing. The star damaged wing also experiences more negative pitching moment coefficient. The results of damage in different locations showed that the damage near to wing tip has less impact on decrement of aerodynamic efficiency.
    Keywords: Star-shaped damaged wing, Aerodynamic characteristics, Wind tunnel tests, Flow visualization, Numerical Modeling
  • Ali Nassiri Toosi * Pages 29-42
    In direct injection gaseous fueled engines and during their homogeneous combustion mode, mixture formation is controlled by impinging of fuel jet on piston crown, hence, study of impinging jets can improve development of this type of engines. In the present work, a numerical model for simulating helium impinging jet behavior, injecting in an open environment was conducted by using Ansys Fluent software and validated using existing experimental results. The validated numerical model then was used to study the effects of Pressure ratio, engine rpm and injection timing on methane-air mixture formation in EF7 direct injection engine. Results showed that SST k-ω turbulence model predicts the impinging jet penetration depth much better than k-ε model. Also jet tip penetration would increase with increasing the pressure ratio, but decreases with increasing engine rpm unlike the injection in atmospheric condition. Our study showed that the injection timing can affect the jet penetration, depending on the other engine conditions such as pressure ratio or engine rpm.
    In direct injection gaseous fueled engines and during their homogeneous combustion mode, mixture formation is controlled by impinging of fuel jet on piston crown, hence, study of impinging jets can improve development of this type of engines. In the present work, a numerical model for simulating helium impinging jet behavior, injecting in an open environment was conducted by using Ansys Fluent software a
    Keywords: Nozzle, Jet, Penetration depth, Fuel Injection
  • Iman Laraibi *, Faezeh Rasi Marz Abadi, Fakhri Eatemadi Pages 43-50
    Drag is the principle criteria for parachute design. One of prevalent assumption in simulation of parachutes is simplifying the inflated parachutes by assuming that parachute's canopy is impermeable. In this research, the impact of this assumption in reducing the numerical simulation's accuracy was verified. Via applying the coefficients of Darcy's modified equation, resulted from the experiments carried out on canopy's fabric, the numerical simulation of a simplified canopy was performed. Regarding permeability and its effects on flow regime, accuracy in simulation increased and drag coefficient sank to 24% reduction in comparison with impermeable canopy.
    In experimental test on both permeable and impermeable semi-spherical canopies in low-speed wind tunnel, drags in both cases were measured. Considering the geometry of inflated canopy in the wind tunnel test, numerical simulation was accomplished while regarding the canopy's permeability and results were compared to experimental test.
    Comparison of the results of permeable and impermeable canopies including drag, pressure profiles and flow lines indicates the significance of observing permeability in parachute's numerical simulation.
    Keywords: Parachute, Drag, numerical simulation, Wind tunnel, Permeability
  • Hassan Ghasemi * Pages 51-66
    Since the design algorithm of partially submerged propeller (PSP) is under the influence of the various geometrical and physical parameters; so a new convenient method and numerical tools is required to flow analysis on propeller and consider the effect of all parameters simultaneously. The aim of this study is the development of boundary element method (BEM) based on potential for PSP analysis under open water condition. Using the concept of material derivative and kinematic boundary condition, a BEM algorithm has been developed to analyze the growth, development and change in thickness of ventilation-cavitation regimes in both chord and radial directions on wide range of advance velocity coefficients. Based on the obtained results, in the high advance coefficients there are very good conformity between the values obtained from the numerical simulation compared with experimental data and observations. This adaptation is reduced by reducing the value of advance coefficient. For the low advance coefficients ((J0.4), hydrodynamic coefficients obtained from numerical results and efficiency of propeller compared with experimental measurements are desirable.
    Keywords: Partially submerged propeller, Boundary element method, Ventilation pattern
  • Saeed Fathi, Mojtaba Dehghan Manshadi, Alireza Movahedi, Aliakbar Dehghan * Pages 67-82
    In the present study, wake structure downstream a 3D square cylinder is experimentally investigated. The contours of mean velocity, total pressure, static pressure and vorticity are presented for the wake region. Five-hole probe is used for extracting the required wake properties and determining the flow structure. A novel neural network method is used for calibrating the five hole prob. The calibration map obtained by this method is compared with the conventional linear and 5th order polynomial surface fit algorithms. Based on the statistical parameters of calibration data, it is shown the neural network algorithm is more accurate and works faster than the other methods. Experimental results showed that with increasing the distance from the cylinder, tip and base vortices are weakened, the height of wake region decreases while its width increases simultaneously. The effects of free end shear layer on the flow structure are clarified in the results. Downwash flow from free end of cylinder and upwash flow from the bottom wall decrease the width of the wake region near top and bottom of cylinder in comparison with the mid-height region. The effect of free end shape of a finite square cylinder is also investigated. The shear layer separated from the free end plays an important role.
    Keywords: Square cylinder, Five-hole probe, neural network, Vortex, free end
  • Vahid Barzanooni * Pages 83-92
    Abstract: In spite of the fact that turbulence is one of the very old issues in the domain of fluid mechanics, it has been remained unresolved. In this paper is done the experimental investigated on the flow dynamics and the high-order parameters such as Flatness and skewness of wake of vehicle model also is shown The Frequency variations vortex formation at the maximum amplitude, strohal Number and Length scale Incorporation. All testing was performed aerodynamic Hakim Sabzevari University To measure the flow characteristics, the wind tunnel and a hot wire flow meter Made by Saba Frasnjsh is used. The maximum disturbances and nominal maximum speed of the device, respectively are, 0. 1% and 30 m / s. The results showed: Skewness values at lower altitudes are less than its values at higher altitudes that it has a reverse trend with increasing distance from the vehicle. Flatness values gradually decreased with increasing distance from the vehicle. The strohal number is often reduced by increasing the distance between car and trailer. And mixing length scale within the wake often has one or two maximum peaks. The wake of Trailer for near car locations to the trailer dosent have any Effect on the formation of the maximum peak is mixing length scale.
    Keywords: strohal number, mixing length scale, Plain Wake, Skewness, Flatness
  • Rezvan Alamian, Rouzbeh Shafaghat * Pages 93-100
    Ocean wave is one of the renewable energy sources that can supply part of the world's energy needs and thus reduce the rate of consumption of fossil fuels and other non-renewable resources. Wave energy converters (WEC) are systems that extract electrical energy from sea waves. For achieving this technology, experimental modelling is of great importance. For hydrodynamically modelling this system and analysing its performance in different conditions, a wave tank is needed to apply sea circumstances to the system. In this study, we investigated experimentally a WEC which was made in Hydrodynamics, Acoustics and Marine propulsion Laboratory at Babol Noshirvani University of Technology. We evaluated the WEC for a wide range of waves in the wave tank. We presented wave characteristics by which the system had appropriate pitch motion and acceptable extracted electrical energy. Moreover, according to data obtained for WEC performance and annual energy diagram of the Caspian Sea, scales 1:5 and 1:6 are selected for making the WEC prototype. Selecting the scales of 1:5 and 1:6, extracted power from the prototypes are about 28 and 53 kilowatts, respectively.
    Keywords: Sea wave energy converter, Experimental tests, Wave tank, Wave calibration
  • M. K. Moayyedi * Pages 101-112
    In this paper, the proper orthogonal decomposition method has been used for gappy data reconstruction of the unsteady incompressible viscous flow and calculation of related forces (such as aerodynamics coefficients). The present approach is based on combination of POD method and solution of an optimization problem to get a reduced order model. This model reconstructs missed data or incomplete snapshots with relevant accuracy and fast speed. Two kinds of model have used in this manner. In the first approach, a simple iterative approach is used to reconstruct of the relative missed or incomplete basis functions of snapshots ensemble. The Second method, which is proposed recently by the author, used a time advancing and domain decomposition method along time direction, for reconstruction of incomplete ensemble members with high missing percentage. Essential trait of this method is about application of step by step reconstruction of primary ensemble to reduce number of unknown variables and obtaining an accurate model to recover the missed data. The outcome results of two approaches have compared with direct simulation CFD data which are shown appropriate ability and good agreement
    Keywords: Gappy Data, Proper Orthogonal Decomposition, Reduced Order Model, Unsteady Flow
  • Hasan Parsa *, Amin Ziaee Shahraki, Nader Montazerin Pages 113-126
    In this paper modeling of the turbocompressors of a gas pressure increasing station has been done at the design point and out of the design point. First the performance characteristics of the station have to be determined, after that with changing the physical properties of the inlet gas and changing the performance characteristics of the used setups with usage of their characteristic curves, the out of the design point modeling and analyses is done. To do this modeling, MATLAB and Aspen HYSYS softwares have been used parallelly. Thus the results of the codes that have been written in MATLAB software can be compared with the Aspen HYSYS software results. After the modeling is done working points of the station are determined. By determining the position of working points on the characteristic curves of the station setups, the equilibrium working range of the station is achieved. Thus in practice if the station's working point is near to this range, the efficiency of the station will be higher and problems like surge will not occur.
    Keywords: Gas pressure increasing station, design point, out of the design point, gas turbocompressor, Aspen HYSYS software
  • A. Rabiee, A. H. Kamalinia*, K. Hadad Pages 127-136
    A vital challenge in fusion nuclear reactors is the heat removal through the embedded channels. Various methods have been employed to improve the reactor core cooling systems. One of the methods in this context is creating turbulence in the flow field by using the sphere packed beds. In the present study, the heat transfers in channels filled with spheres, as a technique to enhance the heat transfer coefficient, is investigated through numerical modelling. The spheres in the channel are assumed as a continuous porous media and domain coefficients are obtained by using the Ergun and the momentum conservation equations. Wall effect in porous media modelling is considered by employing the modified k-ϵ turbulent model. In comparison with the conventional numerical methods that requires high number of unstructured grid generation, the porous media numerical simulation demonstrates acceptable accuracy in obtaining flow field parameters including pressure drop and heat transfer coefficient. Meanwhile, it is concluded that a reduction of porosity results in an increase in pressure drop and heat transfer coefficient.
    Keywords: Spherical Packed Bed Pipe, Porous Media, CFD, Turbulent Flow
  • M. Ansari, M. Bazargan* Pages 137-146
    Repeated ribs are used to enhance heat transfer in turbine blades and solar air heaters. The ribs have significant effect on the characteristics of heat transfer and fluid flow. Application of ribs enhances the heat transfer significantly, however simultaneously the pressure drop increases. As a result a balance must be made between the improvement in heat transfer and additional power to overcome the elevated pressure drop. In this study, the effect of ribs on the thermal performance of a flat plate solar air heater is investigated to find the optimum set of parameters in a flat plate solar air heater with ribbed surfaces. Genetic algorithm used to perform the optimization. The optimization carried out to meet two objectives, to attain higher thermal efficiency and to guarantee a practical temperature difference in the inlet and outlet of air flow. In a relatively large range of Reynolds numbers from 2300 to 25000, the fluid flow and heat transfer were evaluated. In order to validate the results, comparison has been made with available data in literature. It was found that the application of ribs improve the thermal efficiency about 10% in low air mass flows, however at higher air flow the additional power due to the pressure drop diminish the effect and even might decrease the efficiency.
    Keywords: Optimization, Genetic Algorithm, Solar air heater, Ribs, Heat transfer augmentation
  • Zahra Poulaie, Aziz Azimi * Pages 147-160
    In this paper, the thermophysical properties and convective heat transfer coefficients of a sample room in Tehran have been estimated separately and simultaneously in an inverse heating-cooling calculation problem. So at first the thermal modeling of the room has been performed as a direct problem. In the direct problem, it is assumed that the thermophysical properties and boundary conditions are known. The governing equations for this problem are transient heat conduction equations in the walls with the combined convection and radiation boundary conditions and the consideration of radiation among the room internal walls’ surface, and also bulk model for energy conservation in the room. To solve numerically these equations, finite volume method has been employed. In addition, to discretize the equation of bulk model and sensitivity coefficients, a backward finite difference method has been used. Then, the parameter estimation technique based on conjugate gradient method has been used for the estimation of the unknown parameters including conductive heat transfer coefficient, volumetric heat capacity, and internal and external convective heat transfer coefficients by with/without noise in measured values. The results show that separate and simultaneous estimations of the parameters that affect the building energy and thermal load of the room are available using the parameter version of conjugate gradient method.
    Keywords: Simultaneous Estimation, Conjugate Gradient Method, Inverse Analysis, Boundary Conditions Estimation, Building Thermal Load
  • Mohammad Kalteh * Pages 161-170
    The present paper studies the effect of nanofluids on natural convection in an assumed Non-Darcy, porous medium on vertical wall embedded with MHD field. The wall temperature and free stream temperature are assumed constant. The base fluid is water that contains 〖Al〗_2 O_(3 )¡CuO_and Cu as nanoparticles. We assumed that the flow is laminar and in no slip and thermal equilibrium condition. Partial differential equations are transformed to ordinary differential equations that are solved by Differential Transform Method (DTM). The current semi-analytic solution is compared with 4th order Runge-Kutta results and a good agreement is achieved. The obtained results show that adding nanoparticles to water, increases the heat transfer amount that is also increased with nanoparticle concentration. On the other hand, increasing the magnetic field decreases the nondimensional heat transfer coefficient.
    Keywords: nanofluid, natural convection, porous media, magneto hydrodynamic
  • Mohsen Nazari * Pages 171-184
    Investigation of the thermal effects of a porous layer in an enclosure has not been studied completely in the literature and this challenge is generally considered to be an open research topic that may require more study. As the heat transfer rate in a vertical porous layer is higher than a horizontal layer, in this paper the effect of thickness of the vertical porous layer on natural convection in an enclosure is completely investigated using the lattice Boltzmann method. Therefore, after studying the effect of position of a porous layer on the Nusselt number, the effects of thickness of the porous medium on heat transfer rate are investigated. The obtained results show that a considerable amount of convective heat rate is transferred using the middle-vertical porous layer; and by increasing the thickness of the layer, the values of Nusselt number decrease which can be described by definition of the modified Rayleigh number. In addition, the critical thickness of the porous layer inside the cavity, (S/L)Crit. are reported in the moderate Rayleigh numbers for the first time.
    Keywords: Heat Transfer, Porous Layer, Critical Thickness, Insulation, Lattice Boltzmann Method
  • Jamasb Pirkandi * Pages 185-202
    The purpose of this paper is thermodynamic modeling of a new hybrid system to provide electrical power. The new hybrid system consists of a solid oxide fuel cell and gas turbine cycle equipped with a Stirling engine. For all components of the cycle, a thermodynamic analysis and for utilized fuel cell, electrochemical and thermal analyses have been done. Then, with the parametric study of hybrid system, the effect of compressor pressure ratio, turbine inlet gas temperature, type of fluid used in the Stirling engine and the number of cells in fuel cell on the efficiency and net power output of the hybrid system is studied. The results show that the electrical efficiency of the new hybrid system will increase by increasing the compressor pressure ratio and turbine inlet gas temperatures up to about 81 percent. Also, in the case of using helium in Stirling engine, its weight will reduce and efficiency will increase about 15 percent. The results also show that increasing the number of cells in fuel cell causes increase in electrical power and overall efficiency of the hybrid system.
    Keywords: Solid oxide fuel cell, Gas Turbine, Stirling Engine, Thermodynamic Analysis
  • Gholam Reza Molaeimanesh *, Mohammad Hadi Akbari Pages 203-218
    Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) as efficient and advantageous power sources are currently near the stage of full commercialization in the vehicle industry. However, the simulation of their cathode electrode faces with some challenges due to the complicated physics and microstructure. In the present study, the reactive air flow in a cathode electrode of a PEMFC is simulated through a multi-scale lattice Boltzmann approach. In this regard, a two-dimensional single-phase lattice Boltzmann agglomerate model is presented and validated; then it is applied to model cathode electrode consisting of catalyst layer (CL), gas diffusion layer (GDL) and gas flow channel. To investigate the effects of agglomerate arrangement on the CL performance, species distributions in the pore region, electrical potential distribution in the electrolyte film, and current density distribution at the interface of membrane and CL are presented and analyzed for both uniform and non-uniform agglomerate arrangements. The results establish the fact that the distribution of species, water content, electric potential and current density in the CL, i.e. the CL performance, are strongly affected by agglomerate arrangement in the CL. The results of this study can be helpful to improve catalyst layer microstructure, and subsequently its performance. Besides, the presented model can be extended to three dimensions for further investigation of CL microstructure impact.
    Keywords: Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), lattice Boltzmann method (LBM), agglomerate model, catalyst layer (CL), agglomerate arrangement
  • Mehdi Borji Bodaghi *, Saba Ghorbani, Kazem Atashkari, Armin Etemadi Pages 219-230
    Current study aims to numerically investigate the steady state performance of integrated cycle consisting of biomass gasification process and planar type solid oxide fuel cell for different biomass moisture content and amount of air as gasification agent in the gasifier. Single stage lumped gasifier is analyzed by use of a modified thermodynamic equilibrium model, while the steady-state intermediate temperature solid oxide fuel cell model developed hear is one-dimensional which allows for monitoring of the temperature gradients along the cell length under different operating conditions. Complete electrochemical model, species mass balances and energy conservation equation beside the kinetics describing internal methane steam reforming and water-gas shift reactions organize the structure of fuel cell model. Developed model for two main parts of the integrated cycle are validated against the available experimental and numerical dates. Results indicated that the low heating value of the product syngas with 30% moisture content decreases with decreasing of the modified equivalence ratio and increasing of the biomass moisture content from 10 to 50%. Based on the obtained results, the cell electric power mitigates by increasing of the biomass moisture content.
    Keywords: Solid oxide fuel cell, Gasification, Biomass, Biogas
  • L. Khani, S. Mahmoudi * Pages 231-237
    A new solid oxide fuel cell based electrical power and cooling cogeneration cycle is proposed and analyzed. The proposed system is the combination of a solid oxide fuel cell (SOFC)-gas turbine for electrical power production and a generator-absorber-heat exchange (GAX) absorption refrigeration cycle for producing cooling. The system is modeled by means of solving mass and energy balance equations for each system component and electrochemical equations for the SOFC, using the engineering equations solver (EES) software. The obtained results show that the thermal efficiency of the combined system is 78.72% higher than that of the stand-alone SOFC-gas turbine system. It is also concluded that an increase in the current density leads to an increase in the net electrical output power, produced cooling and inlet fuel flow rate so that the thermal efficiency increases. However, an increase in the fuel cell operating temperature causes the thermal efficiency first to decrease and then increase.
    Keywords: Solid oxide fuel cell, Absorption refrigeration cycle, Combined cooling, power production