فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال چهل و نهم شماره 3 (پاییز 1396)
  • سال چهل و نهم شماره 3 (پاییز 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/09/13
  • تعداد عناوین: 20
|
  • مقاله پژوهشی
  • الهه درری*، مجید صفار اول، زهره منصوری صفحات 435-442
    در این مقاله تاثیر ضریب لغزش بر جریان گاز رقیق در میکروکانال با سطوح زبر و حساسیت رفتار جریان نسبت به این ضریب، در رژیم لغزشی و در محدوده تراکم ناپذیر، به کمک روش شبکه بولتزمن مطالعه شده است. نتایج در قالب تغییرات سرعت لغزشی موضعی، نمایش خطوط جریان و عدد پوازی متوسط در ناحیه توسعه یافته هیدرودینامیکی بیان شده است. به منظور حساسیت سنجی نتایج تحت تاثیر پارامتر ضریب لغزش، مطالعه در نسبت ارتفاع و تراکم زبری های مختلف و همچنین در اعداد نادسن متفاوت انجام شده است. همچنین، در این تحقیق نشان داده شده است که با افزایش ارتفاع زبری حساسیت نتایج نسبت به پارامتر ضریب لغزش انتخابی افزایش می یابد و در تراکم زبری های مختلف حساسیت نتایج نسبت به این ضریب اختلاف ناچیزی دارد. در رژیم نزدیک به حالت پیوسته، روند تغییرات عدد پوازی نسبت به پارامتر ضریب لغزش در سطوح صاف و زبر اختلاف نسبتا زیادی دارد و با رقیق تر شدن گاز این اختلاف کاهش می یابد و روند تغییرات مشابهی مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: میکروکانال، رژیم لغزشی، زبری سطح، ضریب تصحیح مومنتوم مماسی، ضریب لغزش
  • امیر بک خوشنویس*، وحید برزنونی صفحات 443-452
    پسای آیرودینامیکی یکی ازمهمترین عوامل مصرف سوخت خودروها می باشد. ازطرفی، پسای فشاری به عنوان مولفه ی اصلی پسای کل درخودروها، ناشی ازجدایش لایه ی مرزی ازسطح خودرو است. در این پژوهش، احتمال رخداد جدایش در سطح فوقانی مدل و همچنین اثردمش به عنوان یک روش فعال کنترل جریان بر کاهش پسای آیرودینامیکی مدل احمد با زاویه ی شیب انتهایی 35 درجه به صورت تجربی مورد بررسی قرارگرفت و بهینه ترین موقعیت اعمال دمش روی سطح شیبدار و عمودی انتهایی مدل مشخص شد. دمش اعمال شده سبب افزایش فشار استاتیکی در ناحیه ی دنباله و به تبع آن کاهش پسا می گردد. علاوه بر این توزیع فشار در سرتاسر سطح مدل، توزیع سرعت و شدت اغتشاش نیز دراین مقاله مورد مطالعه قرارگرفته است. برای اندازه گیری مشخصه های جریان از دستگاه تونل باد و جریان سنج سیم داغ ساخت شرکت فراسنجش صبا استفاده شده است نتایج نشان داد، اعمال جت جریان در مناسب-ترین موقعیت سبب کاهش حدود 21% در ضریب پسا می گردد. چنانچه جت جریان در موقعیت های فوقانی روی سطح شیبدار اعمال شود، توجیه نداشته و سبب افزایش ضریب پسا می شود. کلیه آزمایش های در یک تونل باد مدار باز دمشی با حداکثر شدت اغتشاش های 0.1% و حداکثر سرعت30 متر بر ثانیه و اندازه گیری مولفه های سرعت نیز توسط جریان سنج سیم داغ صورت گرفته است.
    کلیدواژگان: مدل احمد، کاهش پسای آیرودینامیکی، کنترل فعال جریان، جدایش جریان، تونل باد
  • حسن ذاکردوست، حسن قاسمی*، احسان اسماعیلیان صفحات 453-464
    بهینه سازی سیستم پروانه-پروانه یک کشتی همواره یکی از جنبه های مهم طراحی به منظور کاهش هزینه ها، افت های مکانیکی و افزایش عمر قطعات سیستم بوده است. روش طراحی پیشنهادی رویکرد جدیدی برای بهینه سازی همزمان سیستم پروانه - بدنه ارائه می دهد. در اینکار دو تابع هدف در نظر گرفته می شود. تابع هدف اول مصرف سوخت و تابع هدف دوم با نام تابع هزینه شامل تراست، گشتاور و بازدهی های آب آزاد و اسکیو می باشد. جهت انجام بهینه سازی جامع، بدنه شناور و سیستم رانش بعنوان یک سیستم واحد و یکپارچه درنظر گرفته شده و از پروفیل ماموریت شناور برای مینیمم سازی هر دو تابع هدف در طول چرخه عمر شناور استفاده می گردد. پارامترهای کاویتاسیون و تنش پروانه نیز بعنوان قیود مسئله بکار گرفته شدند. الگوریتم تکاملی مشهور ان اس جی ای 2 جهت بهینه سازی چندهدفی مسئله که در آن ابعاد و نسبت های اصلی پروانه و بدنه بعنوان متغیرهای طراحی درنظر گرفته می شوند به کار می رود. نتایج برای یک کشتی سری-60 که با سیستم پیشرانش شامل یک پروانه سری-ب و موتور L51/60DF حرکت می کند ارائه می گردد. نتایج نشان داد که الگوریتم پیشنهادی یک روش مناسب و موثر برای طراحی همزمان پروانه - بدنه می باشد و منجر به کاهش قابل توجهی در هر دو تابع هدف گردیده است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، پروانه و بدنه، روش المان پره، مقاومت شناور، کاهش مصرف سوخت
  • مصطفی هادی دولابی*، ابولفضل یوسفی، مهدی هاشم آبادی صفحات 465-478
    در این پژوهش فرآیند طراحی دیفیوزری با هندسه ثابت ارایه شده است که علاوه بر کم ترین هزینه ساخت بتواند با کم ترین نسبت فشار برای تونل، جریان با ماخ 5، 6 و7 را در داخل محفظه آزمون پایدار نگه دارد. در این کار پس از جمع آوری اطلاعات آماری دیفیوزرهای مختلف و بی بعد سازی آن ها بر اساس قطر ورودی دیفیوزر که از الزامات درخواستی برای تونل باد در دست طراحی است، ابعاد اولیه دیفیوزر به دست آمده است. سپس میدان جریان به وسیله حل معادلات ناویر استوکس (معادلات متقارن محوری) مورد تحلیل دینامیک سیالات عددی قرار گرفته است. از بازدهی آیزنتروپیک دیفیوزر به عنوان معیار بررسی عملکرد دیفیوزر استفاده شد. با تغییر ابعاد اجزای دیفیوزر و مقایسه بازدهی در هر مرحله با دیفیوزر با ابعاد اولیه، بهترین هندسه با بالاترین بازدهی ممکن و دست یابی تونل به بالاترین زمان اجرا به دست آمده است. در انتها نیز اثر کاهش نسبت فشار کاری تونل، بر راندمان دیفیوزر مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: دیفیوزر، تونل باد ابرصوت، تحلیل عددی، بازده آیزنتروپیک، حل عددی
  • سید صالح طالبی، ابوالقاسم مسگرپور طوسی * صفحات 479-492
    توربین گاز به دلیل شرایط عملکردی دشوار در معرض آسیب ناشی از رسوب گذاری، سایش و دیگر عوامل آسیب زا قرار دارد. رسوب گذاری کمپرسور مهمترین عامل افت عملکرد توربین گاز بوده و پیامد اصلی آن افزایش زبری سطح تیغه ها می باشد. بروز رسوب گذاری کمپرسور باعث افت عملکرد توربین گاز شده و هزینه های عملیاتی آن را افزایش می دهد. یکی از روش هایی که برای تشخیص آسیب اجزای توربین گاز به کار می رود، تحلیل مسیر گاز است. در این روش با پایش متغیرهای حساس نسبت به هر آسیب می توان بروز آسیب متناظر را تشخیص داد. برتری این روش بر بازرسی اجزا این است که در آن نیازی به خاموش کردن توربین گاز نیست به همین دلیل هزینه ناشی از خاموشی توربین گاز و خروج آن از مدار نیز حذف می شود؛ بعلاوه پایش پیوسته وضعیت سلامتی موتور نیز امکان پذیر می شود. هدف این مقاله بررسی تاثیر افزایش زبری سطح تیغه کمپرسور بر عملکرد یک میکروتوربین در بارهای جزئی و کامل و تعیین متغیرهای حساس به رسوب گذاری است. برای این کار از مشخصه یک کمپرسور گریز از مرکز در حالت سالم و سه زبری سطح مختلف جهت شبیه سازی عملکرد خارج از نقطه طراحی یک میکروتوربین استفاده شده است. شبیه سازی عملکرد میکروتوربین در حالت سالم صحه گذاری شده است. تاثیر افزایش زبری بر عملکرد میکروتوربین محاسبه و حساسیت هر یک از متغیرهای عملکردی نسبت به افزایش زبری در بارهای مختلف، بررسی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که شرایط ناشی از افزایش زبری تیغه کمپرسور باعث بهبود عملکرد بازیاب گرما و افزایش بازده میکروتوربین در دور ثابت می شود؛ اما به دلیل افزایش دمای ورودی توربین و عبور آن از حد مجاز، توان بیشینه مجاز کاهش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهند که توان خالص، دمای ورودی محفظه احتراق و دمای خروجی توربین، بیشترین حساسیت را نسبت به افزایش زبری دارند. در حالی که دمای خروجی کمپرسور حساسیت کمی را نسبت به افزایش زبری نشان می دهد.
    کلیدواژگان: میکروتوربین گاز، افت عملکرد، آسیب کمپرسور، رسوب گذاری، زبری
  • ثارالله عباسی*، رضا تقوی زنوز صفحات 493-502
    وقوع ناپایایی در کمپرسور اثرات زیادی بر کارایی، راندمان و ساختار جریان دارد. جریان نشتی نوک یکی از عوامل بروز ناپایایی در کمپرسورها میباشد. همچنین این جریان میتواند به وقوع سلولهای استال منجر گردد. از این رو شناخت رفتار جریان در منطقه نوک پره از اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق از طریق شبیه سازی عددی سهبعدی گذرا، در دبی های مختلف اعم از شرایط طراحی و شرایط نزدیک استال، فرآیند تغییرات ساختار جریان در در رتور ایزولهشده یک کمپرسور محوری مورد مطالعه قرار میگیرد. طیف فرکانسی جریان نشتی نوک از طریق بررسی سیگنالهای فشار استاتیک در منطقه نوک پره مورد بررسی قرار میگیرد. نتایج نشان میدهند که در شرایط طراحی، میدان جریان کمپرسور بیشتر تحت تاثیر جریان اصلی میباشد تا جریان نشتی نوک. اما با نزدیک شدن به شرایط استال، در حوالی نوک پره و در دو سوی فصل مشترک جریانهای نشتی نوک و جریان اصلی، مناطقی با فشار کم و فشار زیاد ایجاد میگردند. اندرکنش دینامیکی این مناطق بر روی هم منجر به وقوع ناپایایی در منطقه درز نوک میگردد. بر این اساس، ورتکس نشتی نوک ناپایا دارای رفتاری پریودیک در منطقه درز نوک میباشد بهطوریکه ورتکس ایجاد شده در فرکانسی در حدود فرکانس عبوری پره حرکت کرده و مضمحل میگردد.
    کلیدواژگان: کمپرسور محوری، تحلیل عددی، جریان نشتی نوک، جریان ناپایا، استال
  • معین سیادتی، سعید خردمند* صفحات 503-514
    بر خلاف هندسه ی ساده ی سایکلون ها، جریان درون آن ها بسیار پیچیده است. یکی از عواملی که این پیچیدگی را چند برابر می کند، تغییر درافت فشار جریان و راندمان جمع آوری ذرات جامد (نسبت تعداد ذرات به دام افتاده به تعداد کل ذرات تزریق شده) بر اثر تغییر دمای کاری آن است. دمای سیال یکی از پارامترهای تاثیرگذار بر رفتار جریان است. تغییر دمای سیال موجب تغییر خواص ترموفیزیکی و درنتیجه تغییر در الگوهای جریانی آن می شود. در این مقاله، اثر دمای سیال ورودی بر دو مشخصه ی عملکردی مهم سایکلون استیرماند راندمان بالا، افت فشار و راندمان جداسازی، با استفاده از اصول دینامیک سیالات محاسباتی موردمطالعه قرار گرفته است. جریان دوفازی درون سایکلون با رویکرد اویلری – لاگرانژی مدل سازی شد. شبیه سازی در محدوده ی دمایی 700-293 کلوین و در چهار سرعت ورودی مختلف با استفاده از روش حجم محدود به کمک مدل تلاطمی تنش رینولدز در شرایط نا پایا انجام شد. بررسی نتایج نشان می دهد که با افزایش دما، میزان چرخش ذرات و جریان در بدنه ی سایکلون کاهش یافته و درنتیجه، راندمان و افت فشار کاهش می یابند. به ازای هر 100 کلوین افزایش دما، بین 14% تا 16% کاهش افت فشار در دبی های مختلف مشاهده می شود. همچنین راندمان جمع آوری ذرات هم بین بیشینه و کمینه ی دما، حداکثر 64/4% کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سایکلون استیرماند، دینامیک سیالات محاسباتی، دما، افت فشار، راندمان جمع آوری ذرات جامد
  • سید میثم خاتون آبادی، محمود اشرفی زاده* صفحات 515-528
    در این پژوهش، قابلیت و عملکرد مدل توسعه یافته ی شبه پتانسیل شان – چن برای شبیه سازی جریان های چندفازی در نسبت چگالی بالا مورد ارزیابی قرار گرفته است. این مدل در نرم افزار آزاد و متن باز پالابوس که جریان سیال را با استفاده از روش شبکه بولتزمن شبیه سازی می-کند پیاده سازی شده است. برای این منظور چندین مساله رایج از جمله آزمون لاپلاس، جدایی فازها، به هم آمیختگی دو حباب، برخورد قطره با سطح جامد و مایع مورد تحقیق قرار گرفته اند. بر اساس آزمون لاپلاس این مدل قابلیت تعیین مقادیر مختلف کشش سطحی در نسبت چگالی های مختلف را دارد. همچنین این مدل می تواند جدایی خودکار فازها و شکل سطح مشترک را بخوبی پیش بینی نماید. البته سرعت همگرایی حل با افزایش نسبت چگالی کاهش می یابد. شبیه سازی اختلاط دو حباب دو مورد از ضعف های عمده ی این مدل که جریان پارازیتی بزرگ و نوسانات سطح مشترک در نسبت چگالی بالا است را آشکار می سازد. در شبیه سازی برخورد قطره با سطح جامد، تاثیر نسبت چگالی که باعث تغییر در عدد وبر نیز می شود بررسی شده است. با افزایش عدد وبر (در اعداد رینولدز یکسان) مقدار بیشینه پخش قطره بر روی سطح بیشتر ولی حرکت نوسانی آن کاهش می یابد. در نهایت نتایج شبیه سازی فرایند پاشش نشان می دهند که عدد وبر اثرات قابل توجهی در جدایی بخشی از لایه ی تاجی شکل دارد.
    کلیدواژگان: مدل شان-چن، مدل شب هپتانسیل، جریانهای چندفازی، نسبت چگالی، نوسانات سطح مشترک
  • ابراهیم حاجی دولو *، سیدمحسن هاشم زاده صفحات 529-542
    در این مقاله از یک رویه عددی برای شبیه سازی رشد لایه فیلتر کیک استفاده شده که در آن ابتدا میدان جریان سه بعدی و غیرنیوتنی گل حفاری در فضای حلقوی چاه حفاری غیرهم مرکز و با در نظر گرفتن اثر چرخش رشته حفاری با استفاده از روش تفاضل محدود و با به کارگیری دستگاه مختصات دوقطبی محاسبه شده و پس از تعیین سرعت نفوذ صافاب به درون سازند با استفاده از معادله دارسی، معادله رشد لایه فیلتر کیک که بر اساس احتمال رسوب ذره به دست می آید با روش رانگ-کوتای مرتبه چهار حل شد هاست. در این پژوهش تاثیر چرخش، خروج از مرکزیت و شعاع رشت هحفاری، شاخص توانی سیال و شعاع ذرات بر ضخامت فیلتر کیک و سرعت نفوذ صافاب بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که در حالت غیر هم مرکز ضخامت کیک در سرعت های چرخش زیاد به علت گردابه به وجود آمده در جریان دالیز تقریبا ثابت می ماند. افزایش خروج از مرکزیت رشت هحفاری نه تنها باعث تغییر در پروفی لهای ضخامت فیلتر کیک و نفوذ صافاب میشود، بلکه اختلاف بین ضخی مترین و نازک ترین ناحیه کیک نیز افزایش می یابد. همچنین با افزایش شاخص توانی سیال حفاری و کاهش شعاع ذرات، ضخامت فیلتر کیک افزایش و سرعت نفوذ کاهش می یابد. در نهایت افزایش شعاع رشته حفاری در یک افت فشار محوری ثابت، ضخامت فیلتر کیک را افزایش و سرعت نفوذ صافاب را کاهش میدهد.
    کلیدواژگان: فیلتر کیک، سیال غیرنیوتنی، فیلتراسیون جریان متقاطع، رویه عددی، خروج از مرکزیت رشته حفاری
  • علیرضا فراهی نیا، جعفر جماعتی *، حمید نیازمند صفحات 543-556
    در این مقاله اختلاط الکتروکنتیکی درون ریزمجراهای ناهمگن مطالعه شده است و اثر ضریب لغزش، زتاپتانسیل، پارامتر دیبای هوکل و عدد رینولدز بر راندمان اختلاط بررسی شده است. ریزمجراهای مورد مطالعه دارای توزیع ناهمگن زتاپتانسیل روی دیواره هستند و سایر خواص سطحی آن یکنواخت است. برای بررسی اختلاط الکترواسموتیکی معادلات ناویر- استوکس، ارنست - پلانک، معادله پتانسیل الکتریکی و معادله غلظت به روش عددی حل شده اند. تایج نشان می دهد که رفتار ریزمخلو طگرهای الکترواسموتیکی به شدت وابسته به مقدار و توزیع زتاپتانسیل دیواره است و در اغلب موارد راندمان اختلاط با کاهش پارامترهای ضریب لغزش، دیبای- هوکل و عدد رینولدز، افزایش می یابد. مشاهده شد که ضریب لغزش نقش جدی بر راندمان اختلاط دارد به نحوی که در مقایسه با اختلاط کانال همگن می تواند در رینولدزهای کم باعث کاهش و در رینولدزهای بالا باعث افزایش راندمان اختلاط گردد. همچنین، دقت مدل تقریبی هلمهولتز - اسمولموکوفسکی نیز مورد بررسی قرار گرفت و معلوم شد که در مواردی که زتاپتانسیل دیواره زیاد باشد و یا مقدار پارامتر دیبای هوکلکم باشد، نتایج حاصل از این مدل دارای خطای قابل ملاحظه ای نسبت به مدل ارنست - پلانک خواهد بود. علاوه بر این نتیجه گردید که هرچه میزان عدم تقارن بار بیشتر باشد، عملکرد اختلاطی ریزمخلوط گر افزایش می یابد و لذا جهت رسیدن به میزان اختلاط مشخص، طول کمتری نیاز خواهد بود.
    کلیدواژگان: اختلاط زتاپتانسیل ناهمگن انتروپی اختلاط جریان الکترواسموتیک مدل هلمهولتز، اسمولوکوفسکی
  • محسن نظری*، نسیبه بایازاده، محمد محسن شاه مردان صفحات 557-566
    مطالعه انتقال حرارت گذرای سیال درون یک مخزن استوانه ای شکل که توسط جریان در لوله گذرانده شده از آن خنک می شود، در محدوده عدد رینولدز500 تا 5500 به شیوه آزمایشگاهی مورد توجه قرار گرفته است. لوله گذرانده شده از مخزن به دو صورت کویل مارپیچ و لوله مستقیم مورد استفاده قرار گرفته است. سیال داخل مخزن، آب با دمای اولیه 70 درجه سانتی گراد است که توسط آب به عنوان سیال گذرنده از لوله مرکزی با دمای ثابت ورودی 27 درجه سانتی گراد خنک می شود. پس از اندازه گیری دمای ورودی و خروجی لوله مرکزی و دمای مخزن در هر ثانیه، عدد ناسلت و رایلی متناظر محاسبه و همزمان افت فشار در لوله نیز اندازه گیری می شود. با تکرار آزمایش، نتایج بدست آمده بوسیله روابط آماری در بازه اطمینان نمایش داده می شوند. جهت صحت سنجی نتایج بدست آمده، از نتایج دیگر تحقیقات انجام شده در این زمینه استفاده شده است. نتایج حاکی از کاهش 42 درصدی دمای مخزن با استفاده از لوله مارپیچ در مقایسه با لوله مستقیم می باشد. اثرات همزمان انتقال حرارت و افت فشار نیز به عنوان یکی از پارامترهای مهم در بررسی نتایج مورد توجه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابه جایی، جریان گذرا، لوله مارپیچ، لوله مستقیم
  • مهدی حسینی آبادشاپوری، محمدحسن سعیدی * صفحات 567-580
    در پژوهش حاضر جابجایی آزاد نانوسیال آب و اکسید آلومینیم در یک محفظه مربعی با مرزهای منحنی در قسمت بالا و پایین محفظه، به روش شبکه ای بولتزمن مورد مطالعه قرار گرفته است. برای حل معادلات سرعت و دما از روش نه سرعته (D2Q9) استفاده شده است. همچنین برای بررسی تاثیر اندازه نانوذرات بر عدد ناسلت متوسط جریان، از روش دو جزیی استفاده شده است و برای هر جز (آب و نانوذرات) معادلات جداگانه ای حل شده است. دو نیروی بویانسی و پسا برای کوپل کردن معادلات دو جزء در نظر گرفته شده است. در این پژوهش، عدد رایلی از 103 تا 106 متغیر است در حالی که اندازه نانوذرات سه مقدار مختلف 20، 50 و 100 نانومتر را می پذیرد. کسر حجمی نانوذرات بین 0 تا 5 درصد متغیر می باشد. نتایج نشان می دهد که نقش نانوذرات در افزایش عدد ناسلت متوسط جریان به صورت افزایش عدد رایلی موثر جریان در کانتورهای دما و جریان قابل مشاهده می باشد. همچنین با استفاده از روش دو جزیی، امکان تحلیل عددی تاثیر اندازه نانوذرات بر روی عدد ناسلت متوسط جریان حاصل می گردد. نتایج حاکی از آن است که اندازه نانوذرات تاثیر معکوسی بر روی عدد ناسلت جریان دارد. در انتها، براساس نتایج به دست آمده از مدلسازی، رابطه ای برای پیش بینی عدد ناسلت متوسط نانوسیال وابسته به عدد رایلی، کسر حجمی نانوذرات و اندازه نانوذرات ارائه شده است.
    کلیدواژگان: جابجایی آزاد، نانوسیال، روش شبکه ای بولتزمن، عدد ناسلت متوسط، مرز منحنی
  • قنبرعلی شیخ زاده*، مهدی ملامهدی صفحات 581-594
    در این تحقیق میدان های جریان، انتقال حرارت و انتقال جرم نانوسیال آب-اکسیدآلومینیوم به عنوان مخلوطی دوجزئی در محفظه ای مربعی با لحاظ مکانیزم های حرکت براونی، ترموفرسیس و ته نشینی در بازه زمانی 30 روزه به صورت عددی بررسی شده است. دیواره سمت چپ محفظه گرم، دیواره سمت راست آن سرد و اختلاف دمای بین آنها K8 می باشد. دیواره های افقی نیز عایق درنظرگرفته شده اند. برای لحاظ تغییرات کسر حجمی نانوذرات با گذشت زمان از مدلی تجربی استفاده شده است. معادلات مومنتوم، انرژی و انتقال ذرات با استفاده از روش حجم محدود و به کمک الگوریتم سیمپلر حل شده اند. کسر حجمی اولیه نانوذرات برابر 0025/0، 0077/0 و 013/0، مدت زمان قرارگیری تحت امواج فراصوت 1، 2 و 3 ساعت و محدوده اعداد رایلی از 102 تا 105 می باشد. نتایج حاصل شده نشان می دهند که ضریب بهبود با گذشت زمان و ته نشینی نانوذرات در اعداد رایلی 102 و 103 کاهش می یابد. اما این ضریب با گذشت زمان در اعداد رایلی 104 و 105 و کسر حجمی 0025/0 کاهش، در کسر حجمی 013/0 افزایش و در کسر حجمی 0077/0 با توجه به افزایش همزمان ضریب هدایت حرارتی و لزجت دارای نقطه بحرانی می باشد، به طوری که ضریب بهبود تا قبل از نقطه بحرانی افزایش و بعد از آن کاهش می یابد. همچنین نتایج عددی نشان می دهند که با درنظرگرفتن سرعت ته نشینی نانوذرات، گرادیان غلظت در نزدیکی دیواره های سرد و گرم افزایش یافته و عدد ناسلت متوسط کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، نانوسیال، ترموفرسیس، حرکت براونی، ته نشینی
  • احمدرضا رحمتی*، امین نجار نظامی صفحات 595-604
    در این تحقیق، از مدل توابع توزیع دوتایی با ضریب تخفیف چندتایی روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی جریان جابجایی طبیعی نانوسیال در یک محفظه ی شیب دار تحت میدان مغناطیسی استفاده شده است. محفظه موردنظر دوبعدی بوده و حاوی نانوسیال آب-اکسید تیتانیوم می باشد. محفظه دارای زاویه  نسبت به سطح افقی بوده و تحت یک میدان مغناطیسی یکنواخت قرار گرفته است. روش عددی ارائه شده به ترتیب میدان جریان و میدان دما را با استفاده از مدل D2Q9 و D2Q5 که از مدل های رایج در روش شبکه بولتزمن هستند شبیه سازی می نماید. هدف اصلی این تحقیق شبیه سازی جریان جابجایی طبیعی نانوسیال در عدد رایلی 5 10 و بررسی اثر کمیت های مختلف مانند عدد هارتمن (60 0%) و زاویه شیب محفظه ( ̊90>> ̊0) بر میدان جریان، میدان دما و نرخ انتقال حرارت در محفظه است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزایش قدرت میدان مغناطیسی باعث تضعیف جریان جابجایی طبیعی در محفظه شده و تغییرات شیب محفظه و کسر حجمی نانوذرات نیز تاثیرات متفاوتی بر میدان جریان، میدان دما و نرخ انتقال حرارت د ارد.
    در این تحقیق، از مدل توابع توزیع دوتایی با ضریب تخفیف چندتایی روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی جریان جابجایی طبیعی نانوسیال در یک محفظه ی شیب دار تحت میدان مغناطیسی استفاده شده است. محفظه موردنظر دوبعدی بوده و حاوی نانوسیال آب-اکسید تیتانیوم می باشد. محفظه دارای زاویه  نسبت به سطح افقی بوده و تحت یک میدان مغناطیسی یکنواخت قرار گرفته است. روش عددی ارائه شده به ترتیب میدان جریان و میدان دما را با استفاده از مدل D2Q9 و D2Q5 که از مدل های رایج در روش شبکه بولتزمن هستند شبیه سازی می نماید. هدف اصلی این تحقیق شبیه سازی جریان جابجایی طبیعی نانوسیال در عدد رایلی 5 10 و بررسی اثر کمیت های مختلف مانند عدد هارتمن (60 0%) و زاویه شیب محفظه ( ̊90>> ̊0) بر میدان جریان، میدان دما و نرخ انتقال حرارت در محفظه است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزایش قدرت میدان مغناطیسی باعث تضعیف جریان جابجایی طبیعی در محفظه شده و تغییرات شیب محفظه و کسر حجمی نانوذرات نیز تاثیرات متفاوتی بر میدان جریان، میدان دما و نرخ انتقال حرارت در محفظه د ارد.
    کلیدواژگان: جابجایی طبیعی، میدان مغناطیسی، توابع توزیع دوتایی، ضریب تخفیف چندتایی، روش شبکه بولتزمن
  • سامرا دولتی، نیما امانی فرد، حامد محدث دیلمی* صفحات 605-616
    در مقاله حاضر، تاثیر محرک پلاسما بر میدان جریان و دما در خنک کاری لایه ای بر روی مدل صفحه تخت به صورت عددی و با روش حجم محدود بررسی شده است. در این مطالعه جریان به صورت دو بعدی، آشفته، تراکم ناپذیر و پایدار در نظر گرفته شده و شبیه سازی های عددی با استفاده از یک شبکه سازمان یافته و غیریکنواخت، با بکارگیری مدل آشفتگی کی - اپسیلون رینولدز پایین انجام شده است. مسئله حاضر در زاویه تزریق 35 درجه، به ازای نسبت طول به قطر سوراخ تزریق 5 و نسبت چگالی 2/1 تحلیل شده است. میدان جریان و دما در نسبت دمش ها و ولتاژهای ورودی مختلف موردبررسی قرارگرفته و تاثیر پارامترهای هندسی محرک پلاسما و موقعیت قرارگیری محرک بر کارایی آدیاباتیک خنک کاری لایه ای مطالعه شده است. ابتدا به منظور راستی آزمایی، نتایج عددی حاضر با نتایج عددی نیروی تولیدی ناشی از محرک پلاسما روی یک صفحه تخت و نتایج تجربی کارایی آدیاباتیک خنک کاری لایه ای مقایسه شده که از تطابق مناسبی برخوردار می باشد. در ادامه با جایابی محرک پلاسما در پایین دست سوراخ تزریق سیال خنک کننده، پارامترهای مختلف جریانی، هندسی و الکتریکی بررسی شده و بر اساس نتایج حاصل، محرک پلاسما بر کارایی آدیاباتیک خنک کاری لایه ای در نسبت دمش های پایین تر موثرتر می باشد و با افزایش ولتاژ اعمالی نیز اثر محرک پلاسما بر خنک کاری لایه ای افزایش می یابد. بنابراین حالت بهینه راندمان در ولتاژ ورودی بالاتر و نسبت دمش پایین تر می باشد. همچنین با افزایش فاصله قرارگیری محرک نسبت به خروجی سوراخ تزریق، اثرگذاری آن بر جریان هوای خنک تزریقی و بهبود کارایی کاهش می یابد. برخلاف کارهای مشابه در این زمینه، این مطالعه پارامترهای هندسی محرک پلاسما و تاثیر آن بر کارایی خنک کاری لایه ای را نیز بررسی می کند. مطابق نتایج به دست آمده، افزایش ضخامت دی الکتریک در محرک پلاسما باعث افزایش کمی در راندمان خنک کاری می گردد، اما کاهش فاصله طولی الکترودها مقدار متوسط کارایی خنک کاری لا یه ای را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: خنک کاری لایه ای، محرک پلاسما، کارایی آدیاباتیک، تحلیل عددی
  • جعفر غضنفریان، دورنا جمشید اصلی، عباس عباسی* صفحات 617-624
    روش بولتزمن شبکه ای حرارتی برای هندسه سه بعدی برای شبیه سازی جریان گاز رقیق با عامل حرکت فشاری درون کانال دایروی طولانی در محدوده اعدد نادسن 2/0 تا 1 بسط داده شده است. جمله برخورد به کمک مدل بی-جی-کی جایگزین شده و گسسته سازی سرعت توسط مدل دی-3-کیو-15 انجام شده است. رفتار غیرخطی گاز درون لایه نادسن که با ضخامتی در حدود چند برابر طول میانگین آزاد مولکول ها، توسط تابع تصحیح اعمال شده است. هم چنین در فرمولاسیون جدید ارائه شده برای دو زمان استراحت، تابعیت خواص سیال با دما و چگالی لحاظ شده است. هم چنین، شرط مرزی مرتبه بالا برای مرزهای مستقیم با حالت تعمیم یافته شروط مرزی برای مرزهای منحنی در دو بعد ترکیب شده تا شرط مرزی منحنی دقیق در حالت سه بعدی برای ابعاد نانو ارائه شود. لغزش سرعت و پرش دمایی به عنوان مهم ترین پدیده های جریان در ابعاد نانو در نتایج گزارش شده اند. با توجه به عدم برقراری اصل محیط پیوسته در اعداد نادسن بزرگ، نتایج نشان داد که روش بولتزمن شبکه ای حرارتی به علت سادگی در اعمال شرط مرزی منحنی و زمان محاسباتی پائین تر در قیاس با سایر روش های اتمی هم چون دی-اس-ام-سی، یک روش کارآمد به منظور بررسی جریان های گازی سرعت پایین در ابعاد نانو با اعداد نادسن بالا می باشد.
    کلیدواژگان: روش بولتزمن شبکه ای، شبیه سازی حرارتی، جریان سه بعدی، مرز منحنی، ابعاد نانو
  • سید عبدالمهدی هاشمی، حسین کولک، علیرضا آقایی* صفحات 625-634
    در این تحقیق پایدارسازی شعله پیش آمیخته به کمک محیط متخلخل، به صورت تجربی بررسی شده است. بدین منظور ابتدا سرعت شعله، نسبت هم ارزی و توان حرارتی در مرز پایداری شعله معمولی بررسی شده و سپس پایدارسازی شعله پیش آمیخته با محیط متخلخل مطالعه شده است. در شعله پایدار شده از محیط متخلخل سرامیکی اکسید آلومنیوم با چگال ی های حفره 10 ، 20 و 30 حفره در اینچ و در فواصل 5 و 8 سانتی متری از مشعل استفاده شده است .با توجه به نتایج، مشاهده شد که مرز پایداری در شعله پایدار شده مستقل از چگالی حفره بوده و در تمامی شرایط بررسی شده در نسبت هم ارزی تقریبی 55 / 0 رخ میدهد. همچنین افزایش فاصله محیط متخلخل از مشعل سبب ایجاد مرز پایداری در نسبتهای هم ارزی بیشتری میشود. مقدار آلایند ه های تولیدی به فاصله و جنس محیط متخلخل بستگی دارد، ب هطوری که استفاده از محیط متخلخل نسبت به شعله معمولی مقدار آلاینده NOx را کاهش و مقدار آلاینده CO را افزایش میدهد.
    کلیدواژگان: احتراق، پایداری شعله، مشعل پیش آمیخته، محیط متخلخل
  • مهران نصرت الهی *، محمد صدیقی، صادق ولایتی مهر، جاماسب پیرکندی صفحات 635-642
    در این مقاله، محفظه احتراق میکروتوربین گازی پرکاربرد 180-85 GTCP با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت مدل شده است. سپس پدیده احتراق به صورت سه بعدی و با استفاده از مدل غیر پیش آمیخته مورد بررسی قرار گرفته شده و با توجه به پروفیل دمای بدست آمده، این محفظه بهینه گردیده است. برای مدلسازی آشفتگی از مدل کا- اپسیلن قابل تحقق و برای بدست آوردن شدت تشعشع از مدل عرض گسسته استفاده شده است. سوخت اصلی که در حال حاضر در این نوع میکروتوربین استفاده می شود4JP است. با توجه به اینکه این نوع سوخت از خارج از کشور وارد می شود و همچنین با توجه به آلودگی که این نوع سوخت ایجاد می کند، متان به عنوان یک سوخت در دسترس، پاک و ارزان می تواند یک جایگزین مناسب برای این به کارگیری در میکروتوربین مذکور باشد. هدف پژوهش حاضر نیز این بوده است که بدون تغییر در هندسه اصلی محفظه احتراق و دبی هوای ورودی به آن، با بدست آوردن یک هندسه و الگوی مناسب برای پاشش سوخت متان، یک شعله قابل قبول بدست آورده شده و سپس طراحی محفظه بهبود یابد. شعله بدست آمده برای سوخت در این تحقیق قابل قبول بوده و متوسط دمای گاز خروجی از محفظه احتراق متناسب با کارکرد میکروتوربین است. نتایج بدست آمده با داده های خروجی شبیه سازی همین محفظه با سوخت کروسین مقایسه شده است که بیانگر درصد خطای بسیار ناچیزی است. همچنین نتایج بدست آمده از بهبود طراحی محفظه احتراق که با ایجاد شیارهای شعاعی در ورودی اعمال شد، نشان می دهد که از میزان حرارت در قسمت اولیه محفظه که باعث آسیب این قسمت می شده، تا حد قابل توجهی کاسته شده است. این کاهش دما در این ناحیه باعث خواهد شد مشکلات عملی که طی کارکرد موتور به صورت ترک خوردگی جوشها در بخش جلویی محفظه بروز می کند تا حد زیادی تقلیل یابد.
    کلیدواژگان: دستگاه تولید توان جانبی، میکروتوربین 180-85 GTCP، محفظه احتراق، بهبود طراحی
  • عفاف زهرا مهدیزاده گوهری، مهران عامری* صفحات 643-652
    یکی از سیستم های طراحی شده برای تهیه آب شیرین، آب شیرین کن رطوبت زا-رطوبت گیر است که می توان انرژی مورد نیاز این سیستم را توسط انرژی خورشیدی تامین نمود. این نوع از آب شیرین کن ها با توجه به چینش اجزای مختلف، نحوه گردش جریان آب و هوا وگرمایش هر یک از جریان ها به انواع مختلفی تقسیم می شوند. در این پژوهش آب شیرین کن رطوبت زا-رطوبت گیر با نحوه یگردش هوا نیمه باز مورد تحلیل ترمودینامیکی قرار گرفته است. مشاهده شد که این نحوه گردش هوا در حالتی که دمای حداکثری سیستم ثابت باشد درسیستم همراه با گرمایش آب باعث افزایش بازده سیستم می شود ولی در سیستم همراه با گرمایش هوا تاثیری ندارد. برای هر سیستم آب شیرین کن نوع رطوبت زا-رطوبت گیر یک نسبت مشخص از دبی جرمی جریان ها وجود دارد که در آن، فارغ از نحوه گردش جریان هوا، بازده سیستم ثابت است. بررسی پارامتر های دما ورطوبت نسبی محیط نشان داد که این نوع آب شیرین کن کارآیی لازم را برای مناطق خشک و مرطوب دارد. همچنین برای هر دو حالت گرمایش آب و هوا زمانی که دمای محیط بالا است، سیستم با گردش هوای بسته بازدهی بالاتری دارد.در سیستم با گرمایش آب و یا هوا، به ازای یک مقدار مشخص از نسبت دبی جرمی دو جریان، با تغییر نحوه گردش هوا بازده کلی سیستم تغییر نمی کند.
    کلیدواژگان: آب شیرین کن، رطوبت زا، رطوبت گیر، آنالیز ترمودینامیکی، گردش هوا نیمه باز
  • سید محمد امین حسینی، فرامرز سرحدی * صفحات 653-654
    مقاله حاضر به بررسی عملکرد یک سیستم تولید آب شیرین رطوبت زن- رطوب تزدا ) HDH ( متصل به کلکتورهای خورشیدی فتوولتائیک حرارتی ) PV/T ( پرداخته است. اجزاء اصلی سیستم شامل رطوبت زن، رطوبت زدا و کلکتورهای PV/T میباشد. معادلات حاکم بر مسئله توسط نوشتن بالانس انرژی برای اجزاء مختلف سیستم استخراج و به صورت عددی حل شده است. نتایج شبیه سازی تحقیق حاضر در توافق مناسبی با داد ه های آزمایشگاهی تحقیقات گذشته می باشد. نتایج مقاله نشان میدهند که برای تامین حداقل انرژی خورشیدی لازم برای کارکرد سیستم به تعداد حداقل 3 کلکتور PV/T با مساحت سطح کل برابر با 3/2m2 نیاز میباشد. همچنین یک مقدار مطلوبی برای دبی جرمی جریان آب شور و هوا در سیستم ترکیبی وجود دارد که بازده انرژی سیستم را حداکثر میکند. مقادیر مطلوب دبی جرمی آب شور و هوا و بازده حداکثر سیستم به ترتیب برابر 025 / 0 و 03 / 0 کیلوگرم بر ثانیه و 65 % میباشند. علاوه بر این افزایش تعداد کلکتورهای PV/T باعث افزایش تولید آب شیرین و توان الکتریکی خروجی می شود و به دلیل افزایش توان مصرفی پمپاژ از بازده انرژی میکاهد. افزایش دمای آب شور ورودی به خاطر تاثیر منفی آن بر عملکرد رطوب تزدا و کلکتورهای PV/T ، باعث کاهش تولید آب شیرین، توان الکتریکی و بازده انرژی میشود.
    کلیدواژگان: آب شیرین، رطوبت زن، رطوبت زدا، کلکتور خورشیدی، فتولتائیک حرارتی
|
  • E. Dorari *, M. Saffar-Avval, Z. Mansoori Pages 435-442
    In this paper the effect of slip coefficient on incompressible gas slip flow and the sensitivity of fluid flow behavior to this coefficient in a rough microchannel are investigated using the lattice Boltzmann method. Local slip velocity, streamline contour plots and average Poiseuille number in hydrodynamically developed region are studied and presented. Sensitivity analysis is performed in different relative roughness heights as well as different densities of surface roughness and for different Knudsen numbers. It is shown that as the relative roughness height increases, the sensitivity of Poiseuille number to this coefficient, which is illustrated by the slope of the Poiseuille number versus slip coefficient curve, is increased, while negligible sensitivity difference is seen when different roughness densities are studied. In near continuum flow, the slope of the Poiseuille number curve versus slip coefficient in rough and smooth surface is different, and this trend becomes more similar as the Knudsen number increases.
    Keywords: Microchannel, Slip flow, Surface roughness, Tangential momentum acomodation coefficient, Slip coefficient
  • A. Bak Khoshnevis *, V. Barzanooni Pages 443-452
    Aerodynamic drag is an important factor in vehicle’s fuel consumption. Pressure drag which is the main component of total drag is a result of boundary layer separation from vehicle surface. In this paper, we investigate experimentally, the possibility of separation from the upper surface of model And the effect of base bleeding as an active flow control method on aerodynamic drag reduction of Ahmed body with 35 degree rear slant angle. And the optimum position of blowing on the Slope and vertical surfaces at the end of model was found. Blowing increased static pressure in the wake andreduces the drag.In addition, pressure profile across the surface model, velocity and turbulence intensity in this paper is studied. 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 results showed that the jet flow in the best position Cause 21% reduction in the drag coefficient.If the jet flowapplied on theUpper positionof inclined surface,not justifiedAnd increases the drag coefficient. All tests are done in an Open circuitblowing wind tunnel with maximum turbulent intensity 1% andmaximum speed of 30 meters per second. Measured velocity components Carried out by hot-wire flow meters.
    Keywords: Aerodynamic drag reduction, Active flow control, Ahmed model, Flow separation, Wind tunnel
  • H. Zakerdoost, H. Ghassemi *, Ehsan Esmailian Pages 453-464
    The optimization of hull-propeller system has always been one of the most important aspects of design to reduce the costs, mechanical losses and increase component life. The proposed design methodology represents a new approach to optimize the propeller-hull system simultaneously. In this paper two objective functions are considered, the first objective function is specific fuel consumption (SFC) and the other one is cost function including trust, torque, open water and skew efficiencies. For a comprehensive optimization the hull form and the propulsion system is considered as an integrated system and the emission profile of the vessel is used to minimize both objective function. The cavitation and propeller stress also is used as problem constraints. The well-known evolutionary algorithm based on NSGA-II is employed to optimize multi-objective function, where the main propeller and hull dimensions are considered as design variables. The results are presented for a series 60 ship driven by the L51/60DF engine and B-series propeller. The results showed the proposed method is an appropriate and effective method for simultaneously propeller-hull system design and is able to minimize both objective functions significantly.
    Keywords: Optimization, Ship system, Blade element theory, Resistance, Lifetime fuel consumption
  • M. Hadidoolabi *, A. Yousefi, M. Hashemabadi Pages 465-478
    The design of a fixed geometry hypersonic wind tunnel diffuser is presented for Mach numbers of 5, 6 and 7. The design is based on the development cost reduction and minimizing the pressure ratio for stable flow in test section. The conceptual design is done based on statistical nondimensional geometrical data of existing hypersonic wind tunnels. In the preliminary design, the optimum value of each geometrical parameter is determined by using computational fluid dynamics. The diffuser isentropic efficiency is used as the design criterion. Finally, the geometry with the highest possible efficiency is obtained for highest tunnel run time.
    Keywords: Hypersonic wind tunnel, Diffuser, Statistical information, Isentropic efficiency, Numerical analysis
  • S. S. Talebi, A. Mesgarpoor Tousi * Pages 479-492
    Because of challenging operating conditions, gas turbine is exposed to fouling, erosion and other damaging factors. Compressor fouling is the main reason of gas turbine performance deterioration and its most important effect is the increase in the roughness of blade surface. Compressor fouling leads to gas turbine performance deterioration and increasing of operating cost. Gas path analysis is one of the methods used to detect components’ damages of gas turbine. In this method detection of each damage is made possible by monitoring related sensitive parameters. The superiority of this method over the visual inspection method is monitoring implementation without shutting unit down which deletes costs of unit shut down and removal from circuit. Moreover continuous health monitoring of gas turbine is possible. This paper aims to study effect of roughness increase in the compressor blade on a micro gas turbine performance in part and full load and determination of parameters which are sensitive to fouling. To achieve this goal, characteristic of a radial compressor in clean state and three different surface roughnesses has been used. Characteristic is utilized to simulate off-Design performance of a micro turbine in part and full load. Results of off-Design performance simulation in clean state are validated against experimental data. Effects of roughness increment have been calculated and sensitivity of performance parameters in different loads have been analyzed. The simulation’s results show that blade roughness increment induces new condition which improves recuperator performance and micro turbine thermal efficiency in constant speed. But in this condition turbine inlet temperature is raised and exceeds the maximum allowed temperature. So the maximum allowable output power is decreased. Results show that net output power, combustion chamber inlet temperature and turbine exhaust temperature are the most sensitive parameters to roughness changes while compressor discharge temperature shows insignificant sensitivity to roughness increment.
    Keywords: Micro turbine, Performance Deterioration, Compressor Damage, Fouling, Roughness
  • S. Abbasi *, R. Taghavi Zenouz Pages 493-502
    Unsteady flow structure, particularly in blade tip clearance region of turbomachines, is one of the main resources of blade vibrations, undesirable noises and losses which may eventuate to severe rotating stall and surge. So, analysis of flow behavior in tip clearance region is more significant. In this paper, the unsteadiness which caused by blade row tip leakage flow in a low speed axial compressor, is investigated. Analyses are based on results obtained through numerical simulation of unsteady three dimensional viscous flows. Analyses are based on flow simulation utilizing computational fluid dynamic technique. Two different circumstances at design point and near stall condition are considered for investigation and discussion. Tip leakage flow frequency spectrum was studied through surveying instantaneous static pressure signals imposed on blades surfaces. Frequency spectrum Results showed existence of some pressure peaks at near stall conditions. In this case, interaction between main inflow and tip leakage flow lead to unsteadiness. By occurrence of unsteadiness, tip leakage vortex flow starts to fluctuate at a frequency about the blade passing frequency. However, at design condition, flow is more affected by the main inflow instead of the tip leakage flow.
    Keywords: Axial compressor, Unsteady flow, Tip leakage flow, Frequency, Stall
  • M. Siadaty, S. Kheradmand* Pages 503-514
    Although cyclones have simple geometries their flow is really complicated. Inlet fluid temperature is one of the factors that increases its complexity. Variation of the thermo-physical properties of the working fluid with temperature causes cyclones to have different pressure drop and particle separation efficiency. In this paper, the effect of fluid and particles temperature on two main performance parameters (pressure drop and separation efficiency) of low-mass-loading Stairmand high efficiency cyclone are numerically investigated. Eulerian-Lagrangian approach is used to model twophase flow. Simulation is performed at a temperature range of 293-700 K and four inlet velocities. Also, the turbulent equations are solved with unsteady Reynolds stress method. Results show that increasing in dynamic viscosity due to increase in fluid temperature, causes increment in shear stress in cyclone body. Therefore, separation efficiency and pressure drop are decreased. If the inlet flow temperature increases by 100 K, pressure drop decreases between 14% and 16% at different inlet velocities. Also, separation efficiency is decreased by 4.64% between the minimum and maximum of inlet temperatures.
    Keywords: High efficiency Stairmand cyclone, Computational fluids dynamics, Temperature, Pressure drop, Efficiency
  • S. M. Khatoonabadi, M. Ashrafizaadeh * Pages 515-528
    In this research, the performance and capability of the developed pseudo-potential Shan- Chen model for the simulation of multiphase flows with large density ratios are evaluated. This model is applied in the Palabos open source software which simulates fluid flows by means of the Lattice Boltzmann method. For this reason, some well-known multiphase benchmarks are investigated such as the Laplace law, the segregation, the bubbles coalescence and the droplet impact with solid and liquid surfaces. According to the Laplace law, this model is capable of determining a wide range of surface tensions in different density ratios. In addition, this model is able to predict the interface shape and phase segregation automatically very well. However convergence rate is reduced as the density ratio increases. The simulation of two bubbles coalescence reveals that large spurious current and large interface oscillation are the two main drawbacks of the pseudo-potential model. In the droplet impact with a solid surface simulation, the effects of density ratio which leads to a difference in the surface tension and the Weber number are considered. When the Weber number is increased, the maximum spread increases but its vacillation decreases. Ultimately, the results of the splash process show that the Weber number has a remarkable influence on the breaking of a part of the crown layer.
    Keywords: Shan-Chen model, Pseudo-potential model, Multiphase flows, Density ratio, Interface oscillation
  • E. Hajidavalloo *, S.M. Hashemzadeh Pages 529-542
    In overbalanced drilling operation, due to the pressure difference between the drilling fluid and formation mud filtration happens in which a layer of cake develops on the sides of a wellbore wall. In this research a numerical procedure was used for modeling and simulation of the cake growth in which at first, three-dimensional flow field of non-Newtonian drilling mud has been computed using finite difference scheme and using bipolar coordinate. Next, permeation flux of the filtrate is evaluated using the Darcy equation and the rate of cake growth has been calculated based on the probability of particle adhesion and using an explicit 4th order Runge-Kutta method. In the present paper, the effects of drill string rotation, eccentricity and particle radius on the cake thickness and permeate flux are studied. The results show filter cake thickness and filtrate flux remains invariable by increasing drill string rotation due to drilling fluid recirculation in the annulus. Increasing eccentricity not only changes the profile of filter cake thickness and filtrate flux but also increases the difference between its maxima and minima. Furthermore by decreasing particle size, the filter cake thickness increases and filtrate flux decreases.
    Keywords: Filter cake, Non-Newtonian fluid, Cross-flow filtration, Numerical procedure, Eccentric annulus
  • Ali Reza Farahinia, J. Jamaati *, H. Niazmand Pages 543-556
    In this article electrokinetic mixing through heterogeneous microchannels has been studied and the effects of slip coefficient, zeta-potential, Debye-Huckel parameter and Reynolds number on mixing efficiency have been investigated. The microchannels have homogenous surface properties except for zeta-potential. In order to study the electro-osmotic mixing, the Navier-Stokes, Nernst–Planck, electric potential and concentration equations have been solved numerically. In order to evaluate the mixing efficiency, entropy of concentration has been used as a quantitative index. The results show that the behavior of electro-osmotic micromixers is highly depended to amount and distribution of wall zeta-potential. Furthermore, mixing efficiency increases with reduction of slip coefficient and Debye-Huckel and Reynolds number parameters in most cases. It is seen that slip coefficient can decrease or increase mixing efficiency dependent on the Reynolds number. Furthermore the accuracy of Helmholtz-Smoluchowski approximate model is also investigated and it is found that in high wall zeta-potential cases or low values of Debye- Huckel parameter, results of this model have significant error compared to Nernst Planckmodel. It is also found that the mixing performance increases when as the charge pattern of micromixer is more asymmetric so that the certain mixing value can be obtained in shorter length which is importance in micromixers design.
    Keywords: Mixing, Heterogeneous zeta-potential, Mixing entropy, Electro-osmotic flow, Helmholtz-Smoluchowski model
  • M. Nazari *, N. Babazadeh Baie, M.M. Shahmardan Pages 557-566
    The main purpose of this study is to experimentally investigate transient convective heat transfer from a fluid stored inside a closed reservoir. Different cooling methods using helical and straight tubes are considered for heat transfer from the fluid reservoir. This paper attempts to determine the thermal advantages of helically coiled versus a straight tube. Fluid stored in the reservoir is cooled by water flow in the tube section at 27oC inlet temperature. The pressure drop and heat transfer parameters are measured over a wide range of Reynolds numbers (covers 500 to 5500). In these experiments, the effects of a couple of different parameters such as Reynolds number, time and geometrical parameters have been studied. Both heat transfer and pressure drop fluid flow in two test sections have been also reported and discussed. The experimental data indicate that using of helical coil instead of straight tube leads to increase heat transfer sharply. The coiled tube results show 42% reduction in of reservoir temperature compared to straight tube.
    Keywords: Convection Heat Transfer, Transient Flow, Helical Tube, Straight Tube
  • M. Hosseini Abadshapoori, M. H. Saidi * Pages 567-580
    In this research, natural convection of Al2O3-water nanofluid in a square cavity with top and bottom curved boundaries has been investigated using lattice Boltzmann method. A D2Q9 single relaxation time model has been used for both the hydrodynamic and thermal equations. Furthermore, in order to study the effect of nanoparticle size on the average Nusselt number, a two-component model has been used and two separate equations (one for each component) have been solved. Drag and buoyancy forces are included for coupling of these equations. Rayleigh number has been varied from 10^3 to 10^6 while volume fraction of nanoparticles is selected between 0 to 0.05 (six values including pure water). Three nanoparticle sizes, namely 20, 50 and 100nm, have been used in our simulations. Results show that the main factor for controlling the effectiveness of average Nusselt number of nanofluids compared to the base fluid is the volume fraction of nanoparticles. Results also reveal that nanoparticle size has a deteriorating effect on the Nusselt number enhancement of nanofluid. Effect of utilizing nanoparticles on the temperature and velocity contours are presented and showed that the effect of nanoparticles can be seen in increasing the effective Rayleigh number of the flow. A correlation is then presented to predict the average Nusselt number of Al2O3-water nanofluid in the investigated criteria for Rayleigh number, volume fraction and size of nanoparticles.
    Keywords: Natural convection, Nanofluid, Lattice Boltzmann method, Average Nusselt Number, Curved Boundary
  • Gh. A. Sheikhzadeh *, M. Mollamahdi Pages 581-594
    In this study, effects of transport mechanisms of nanoparticles such as: sedimentation, Brownian motion, and thermophoresis in natural convection of Al2O3-water nanofluid as a twocomponent mixture on flow field, heat transfer and mass transfer during a period of thirty days have been investigated numerically. Left and right walls of the cavity are hot and cold, respectively. The temperature difference between two vertical walls is 8 K. In order to consider the variations of the volume fraction of nanoparticles versus time, an experimental model during a period of thirty days have been applied. The momentum, energy and mass transfer equations have been solved using the finite volume method. The initial volume fractions of nanoparticles are 0.0025, 0.0077 and 0.013, the ultrasonicator dispersion time is 1, 2 and 3 hours, and Rayleigh number range is from 102 to 105. The results show that in low Rayleigh number (102 and 103), during a period of time and sedimentation of nanoparticles, the heat transfer enhancement coefficient (E) is reduced. In Ra=104 and 105 with φb=0.0025, E is decreased as time passed. In φb=0.0077, the value of the E has a critical point due to the increasing thermal conductivity and viscosity coefficient, so that before the critical point, the E has increased and then has decreased. In φb=0.013, the E is increased over time. It is also observed that including the effect of sedimentation velocity is increased the thickness of mass boundary layer and the Nusselt number are reduced.
    Keywords: Numerical simulation, Nanofluid, Thermophoresis, Brownian motion, Sedimentation
  • A.R. Rahmati *, A. Najjarnezami Pages 595-604
    In this work, a double multi-relaxation-time lattice Boltzmann method is used to simulate the magneto-hydrodynamics natural convection of nanofluid in a two-dimensional tilted square cavity. The cavity is filled with TiO2-water nanofluid at the presence of a magnetic field with an inclination angle of ϕ respect to horizontal plane. The proposed numerical scheme solves the flow field and temperature field by using a MRT-D2Q9 and MRT-D2Q5 lattice model, respectively. The obtained results indicate that augmentation of the magnetic field weakens the rate of heat transfer in the cavity. Also, in ϕ = 90°, the produced flow is not able to cover the entire cavity and is divided into two vortex;and the vortexes tend to take a symmetrical shape by increasing the Hartman number. At ϕ = 90° and Ha = 30 and 60, the isotherm contours become mushroom-shaped. In addition, it was observed that at high Hartman numbers (Ha=60), Lorentz force overcomes the buoyancy force and enhancement of solid volume fraction will not affect the rate of heat transfer in the cavity significantly.
    Keywords: Cavity, Natural convection, Magnetic field, Double population distribution functions, Multi relaxation time, Lattice Boltzmann method
  • S. Dolati, N. Amanifard, H. Mohaddes Deylami * Pages 605-616
    In this paper, a 2-D numerical approach was conducted for analyzing incompressible, turbulent and steady flow and thermal fields of the film cooling through using plasma actuator over a flat plate model. Simulations were implemented using non uniform structured grid and low-Re k-ε turbulence model. The present study was analyzed at 35 degree injection angle, hole length-to-diameter ratio (L/D) 5 and density ratio (DR) 1.2, with the present of plasma actuator. The flow and temperature fields were investigated with different blowing ratios and applied voltages. In addition, the effect of geometry parameters and position of plasma actuator has been studied on the adiabatic film cooling effectiveness. Based on the numerical analysis results, the effect of plasma actuator on film cooling effectiveness is better in lower blowing ratios and higher applied voltages and positions near the film hole. Unlike other similar works in this filed, this study has examined geometry parameters of plasma actuator and their effect on adiabatic film cooling effectiveness. These parameters include electrode gap distance and dielectric thickness. The results show that higher thickness has low effect on improving of film cooling effectiveness. But when electrode gap distance decreases, the performance of plasma actuator and average effectiveness enhances.
    Keywords: Film cooling, Plasma actuator, Adiabatic effectiveness, Numerical investigation
  • J. Ghazanfarian, D. Jamshideasli, A. Abbassi * Pages 617-624
    The three-dimensional thermal lattice Boltzmann-BGK model is developed to simulate the pressure-driven rarefied gaseous flow within a circular channel with constant-temperature wall in the transition regime (0.1
    Keywords: Thermal lattice Boltzmann method, Three-Dimensional flow, Curved-boundary, High-Knudsen, Nanoscale
  • S. A. Hashemi, H. Kolak, A. Aghaei * Pages 625-634
    In the present research, stabilization of premixed flames with porous media is studied experimentally. First, for comparison, the effects of flame speed, equivalence ratio, and thermal power on the stability limit of a premixed free flame are investigated. Furthermore, the stabilization of the premixed flame with Al2O3 porous media is studied. Porous aluminum oxide ceramics with pore densities of 10, 20 and 30 ppm are used in the burner. Experiments are performed for 5 and 8 cm distances between the porous medium and the mixture outlet. The results show that the flame stability limit is independent of pore density and the flame is formed in the porous medium at all conditions at an equivalence ratio of about 0.55. Moreover the increase of porous medium distance from the burner causes the stability boundary in higher equivalence ratios. The amount of pollutants depend on distance and type of the porous medium. It is observed that the use of porous medium reduces NOX and increases CO in comparison with the free flame burner.
    Keywords: Combustion, Flame stability, Premixed flame, Porous medium
  • M. Nosratollahi *, M. Sedighi, S. Velayatimehr, J. Pirkandi Pages 635-642
    In this paper, combustion in a GTCP85-180 micro gas turbine combustor is simulated using ANSYS FLUENT in three dimensions by using non-premixed model and given temperature profile. In addition, the chamber is optimized. A Realizable k-ε model is used for turbulence modeling and DO model is used to obtain radiation intensity. The main fuel that is currently used in this type of micro turbine is JP4. Considering that this type of fuel is imported and also according to its pollution, methane as a more available as well as a clean and cheap fuel can be a viable alternative for this micro turbine. The main objective in this research is that without any changes in combustion chamber dimensions and inlet flow, besides achieving an appropriate pattern for methane injection as well as acceptable flame, to attain the optimized chamber. The Flame obtained in this study was acceptable and average outlet temperature of the combustion chamber is proportional to the performance of micro turbine. The results were compared with simulation results for this chamber with kerosene fuel showing the very low percentage of error. The design improvement results show that the temperature in the primary zone of the chamber which causes damage to the parts, has been reduced significantly.
    Keywords: Auxiliary power unit, GTCP85-180 micro turbine, Combustion chamber, Design improvement
  • E. Mahdizade, M. Ameri * Pages 643-652
    Humidification-Dehumidification (HDH) desalination is a thermal desalination method with the potential to be driven using solar heating. The HDH cycles are classified based on the arrangement of components, the nature of the flow pattern of each of the streams and the type of heating by either water or air stream. In this paper, the semi-open method for air circulation is proposed and thermodynamically analyzed. It is shown that when the water stream is heated and top temperature of system is fixed, this method is efficient for water heating cycle but not for air heating cycle. Also, it is shown that for a designed HDH at a specific mass rate ratio, regardless of the method of air circulation, the performance of HDH is fixed. Analyzing other parameters reveals that the impact ofenvironment temperature is more vital than the relative humidity of the environment on cycle performance, therefore HDH is efficient for both dry and humid climates. It was observed that there is a specific mass flow ratio for any specified system at which the performance of cycle is constant regardless of the percentage of the air leaving the dehumidifier and returning to the humidifier
    Keywords: Desalination, Humidification-dehumidification, Semi-open air circulation, Thermodynamic analysis
  • S.M. A. Hosseini, F. Sarhaddi * Pages 653-654
    Present paper has investigated the performance assessment of a humidificationdehumidification (HDH) desalination system connected to photovoltaic thermal (PV/T) collectors. The main components of the system include humidification, dehumidification and PV/T collectors. Problem governing equations are obtained by writing the energy balance for the system various components and solved numerically. The simulation results of the present study are in fair agreement with the experimental data of previous literatures. Paper results show that at least three PV/T collectors with total area 2.3 m2 is needed to supply the minimum solar energy for the startup of system. Also, there is a desired mass flow rate for brackish water and air which maximize the system energy efficiency. The desired values of mass flow rate of brackish water and air and the maximum energy efficiency are 0.025 kg/s, 0.03 kg/s and 65%, respectively. Furthermore, the increase of PV/T collectors number increases freshwater productivity and output electrical power and decreases the energy efficiency due to the increase of consumed pumping power. Due to the negative influence of the temperature increase of inlet brackish water on the performance of dehumidifier and PV/T collectors, it causes the decrease of freshwater productivity, electrical power and energy efficiency.
    Keywords: Fresh water, Humidification, Dehumidification, Solar collector, Photovoltaic thermal