فهرست مطالب

مکانیک سیالات و آیرودینامیک - سال ششم شماره 1 (بهار و تابستان 1396)
  • سال ششم شماره 1 (بهار و تابستان 1396)
  • 78 صفحه، بهای روی جلد: 100,000ريال
  • تاریخ انتشار: 1396/07/18
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پژوهشی
  • محمود سالاری *، حمید کاظمی، محمدمهدی دوستدار صفحات 1-12
    تمایز اساسی بین شناورهای دریایی سرشی و شناورهای متداول جابجایی و شبه جابجایی، بهره گیری از نسبت نیروی هیدرودینامیکی علاوه بر نیروی بویانسی است. میدان فشار هیدرودینامیکی ایجاد شده در کف این شناورها باعث کاهش ارتفاع آبخور شناور و درنتیجه کاهش نیروی مقاومت در آنها می شود. کاهش مقاومت هیدرودینامیکی، دست یابی به سرعت های بالاتر به ازای توان پیشبرنده معین را فراهم می-نماید. یکی از روش های افزایش کارایی سطوح هیدرودینامیکی کف بدنه در شناورهای دریایی سرشی استفاده از پله های عرضی در محل مناسبی از کف بدنه می باشد. طراحی صحیح موقعیت و ارتفاع پله های عرضی متناسب با موقعیت مرکز جرم، شرایط بارگذاری و سرعت، امری مهم و حساس می باشد. این پله ها در صورت عدم تطابق با شرایط فوق الذکر می توانند اثرات نامطلوبی بر هیدرودینامیک شناور نیز داشته باشند. در این تحقیق، به کمک دینامیک سیالات عددی میدان و الگوی جریان روی یک شناور تندرو تک پله ای و دو پله ای در دوحالت شرایط صحیح کاربری و شرایط بارگذاری نامناسب تحلیل شده است. برای بررسی توزیع دو فاز آب و هوا و مدل سازی اثر سطح آزاد از روش نسبت حجم (VOF) استفاده شده است. این شبیه سازی ها برای مدل یک شناور واقعی بنام «کوگار» در دو حالت تک پله ای و با دو پله عرضی انجام گرفته است. برای اطمینان از صحت شبیه سازی ها، بررسی استقلال از شبکه و همچنین معتبرسازی نتایج با مدل آزمایشگاهی انجام گرفته است. تاکید این مقاله بر بررسی وضعیت هواگیری مناسب پشت پله های عرضی برای شناورهای سرشی با تک پله عرضی و دو پله ای می باشد. نتایج نشان می دهند که حساسیت رفتار هیدرودینامیکی شناورهای تندرو پله دار به بارگذاری، سرعت و زاویه تریم بسیار بیشتر از شناورهای بدون پله می باشد.
    کلیدواژگان: هیدرودینامیک شناور تندرو، دینامیک سیالات عددی، پله عرضی، هواگیری پشت پله
  • حجت غلامرضایی، افراسیاب رئیسی*، بهزاد قاسمی صفحات 13-26
    در این تحقیق انتقال حرارت جابجایی ترکیبی نانو سیال آب- اکسید آلومینیوم در یک محفظه مربعی حاوی یک جسم جامد گرمازا به روش عددی بررسی شده است. نانو سیال با دما و سرعت یکنواخت از گوشه ی پایین و سمت چپ محفظه وارد آن می شود و به صورت توسعه یافته از گوشه ی بالا و سمت راست محفظه خارج می شود. جسم جامد قرار گرفته در مرکز محفظه، به صورت یکنواخت انرژی تولید می کند. تمام دیواره های محفظه از نظر حرارتی عایق هستند. معادلات دیفرانسیل حاکم با استفاده از روش حجم محدود گسسته شده اند و با استفاده از الگوریتم سیمپل حل شده اند. در این تحقیق اثر پارامترهای مختلف از قبیل کسر حجمی نانوذرات، عدد ریچاردسون، عدد رینولدز، نسبت منظری و ضریب هدایت حرارتی منبع گرمازا بر روی میدان جریان و نرخ انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش اعداد رینولدز و ریچاردسون عدد نوسلت و نرخ انتقال حرارت افزایش می یابد. تغییر اندازه ی ضلع منبع حرارتی باعث تغییر میدان های جریان و میدان دما می شود. افزایش ضریب هدایت حرارتی منبع حرارتی باعث افزایش میزان انتقال حرارت از منبع گرمازا به نانوسیال مجاور آن می شود. همچنین با افزایش کسر حجمی نانوذرات ، میزان انتقال حرارت زیاد می شود.
    کلیدواژگان: جابجایی ترکیبی، محفظه، نانو سیال، تولید حرارت، جسم جامد
  • محمدحسن شجاعی فرد، امین خرم پناهی *، مجتبی خیرخواه وطن صفحات 27-38
    در این مقاله سعی شده است تا اثر پارامترهای نوسانی روی هر یک از مشتقات پایداری دینامیکی یک جسم پرنده دو بعدی به صورت های تجربی و عددی بررسی شود. به منظور تخمین مشتقات پایداری دینامیکی لازم است پاسخ آیرودینامیکی جسم به یک مانور مشخص به دست آید. در این تحقیق معادلات حرکت جسم به گونه ای بازنویسی شده که بتوان هر یک از مشتقات پایداری را به صورت جدا از هم در معادلات مشاهده و مانور مناسب را به منظور تعیین آن مشتق پیشنهاد داد. با توجه به معادلات حرکت، با ایجاد دو مانور پلانجینگ و پیچش خالص می توان تمامی مشتقات پایداری موجود در معادله حرکت جسم در فضای دوبعدی را به دست آورد. در ادامه، ایتدا مشتقات پایداری یک ایرفویل با انجام آزمایش برای چند حالت با فرکانس و دامنه های نوسان مختلف با مانور پلانجینگ به دست آمده است. پس از اعتبارسنجی حل عددی، مشتقات پایداری ایرفویل برای حالت های دیگر مانور پلانجینگ و نیز مانور پیچش خالص، محاسبه شدند. بررسی مشتقات پایداری در فرکانس ها و دامنه های نوسان مختلف نشان داد که اگر چه مشتقات پایداری می توانند تابعی از فرکانس و دامنه نوسان باشد، اما به ازای محدوده مورد مطالعه عدد استروهال تغییر محسوسی ندارد.
    کلیدواژگان: مشتقات پایداری، مانور پلانجینگ، مانور پیچش خالص، جریان نوسانی غیردائم، عدد استروهال
  • سیدعلی توکلی صبور، محمدحسن جوارشکیان*، امیر باقری صفحات 39-52
    در این تحقیق، یک پرتابه که توانایی ایجاد راندمان آیرودینامیکی بالا در شرایط پروازی ابرصوتی را دارد، توسط یک روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در این شبیه سازی، از روش مستقیم مونت کارلو DSMC که روشی ذره- مبنا برای شبیه سازی جریان های گازی غیرتعادلی می باشد، استفاده شده است. به منظور افزایش نسبت برا به پسا، ابتدا« از یک تعریف ساده برگرفته شده از تئوری مومنتم استفاده شده است. بر اساس تعریف فوق، جریان رقیق و ابرصوتی توسط کد محاسباتی DS2V (مربوط به روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو) روی یک جسم دو بعدی شبیه سازی شده، تا موثر بودن تعریف فوق در افزایش بازده آیرودینامیکی برای هندسه بالواره مفروض روشن شود. سپس، با داشتن یک هندسه مرجع سه بعدی به عنوان پرتابه، اقدام به شبیه سازی جریان در شرایط حاکم بر جریان های رقیق و ابرصوتی توسط نرم افزار عددی جریان رقیق DS3V شده است. در انتها، با تعمیم تعریف فوق الذکر روی هندسه سه بعدی مرجع، یک طرح نمونه که در آن شاهد افزایش بازده آیرودینامیکی باشد، ارائه شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که در این نمونه، به ازای زوایای حمله کوچک (صفر الی پانزده درجه) مقدار بازده آیرودینامیکی را در هندسه دو بعدی نهایی بین 1 الی 4/2 واحد و در حالت سه بعدی، نیز این مقدار را در حدود 1/0 الی 4/0 افزایش داده است.
    کلیدواژگان: روش DSMC، عدد نودسن، جریان ابرصوتی
  • عباس دهقانی راینی، سید عبدالرضا گنجعلی خان نسب * صفحات 53-66
    در مطالعه حاضر آنالیز عددی و دو بعدی جریان جابه جایی اجباری آرام سیال بر روی دو پله شیب دار با انقباض در داخل کانال های با مقطع مستطیلی و با در نظر گرفتن اثرات تابشی گاز مورد بررسی قرار گرفته است. دلیل انتخاب این هندسه کاربرد بسیار زیاد آنها در صنعت و به خصوص استفاده از آنها در اتصال کانال هایی با سطح مقطع متفاوت بهم دیگر می باشد. سیال عامل، همانند یک محیط خاکستری در جذب، صدور و پخش تشعشع شرکت می کند. جهت به دست آوردن میدان های سرعت و دما معادلات مومنتوم و انرژی به صورت عددی حل می شوند. فرم جداسازی شده معادلات حاکم، توسط روش حجم محدود به دست آمده و با به کار بردن الگوریتم سیمپل حل می شوند. برای شبیه سازی جریان روی پله داخل کانال، از روش مسدود شده در سیستم مختصات کارتزین دو بعدی استفاده شده است. از آنجایی که گاز به عنوان یک محیط شرکت کننده در انتقال حرارت تشعشعی نقش دارد، تمام مکانیزم های انتقال حرارت که شامل جابه جایی، هدایت و تشعشع بوده به طور هم زمان در جریان گاز درنظر گرفته می شوند.
    کلیدواژگان: انقباض ناگهانی، کانال با پله پیشرونده، انتقال حرارت تشعشعی، روش مسدود شده، روش طول های مجزا
  • علیرضا شاطری*، محمدمهدی زارعی کردشولی، وحید زارعی صفحات 67-78
    در این تحقیق از مدل شبیه سازی دینامیک مولکولی برای محاسبه ویسکوزیته نانو سیال حاوی نانو ذرات مس استفاده شده است. در ابتدا، نانو ذرات مس به صورت ناحیه کروی بین نانو سیال پایه آب با مدول سه گانه SPC قرار گرفته اند. سیستم تحت شرایط مرزی تعیین شده و کد نویسی در نرم افزار لمپس و کسر حجمی های 2/3 و 4/4 و 9/6 و 1/9 درصد تحت حرکت براونی اتم ها مورد اجرا قرار گرفته است . سه تابع پتانسیل معروف لنارد جونز، کولمب و روش جاسازی اتمی به کار گرفته شده اند. از بین روش های دینامیک تعادلی و دینامیک غیرتعادلی، روش دینامیک تعادلی و معادله گرین- کوبو برای محاسبه ویسکوزیته به کار گرفته شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که به طور کلی با اضافه شدن نانو ذرات مس به سیال آب و افزایش درصد کسر حجمی، مقدار ویسکوزیته نیز افزایش می یابد. نانو سیالات علاوه بر کسر حجمی ذرات تابع، عوامل دیگری، نظیر حرکت براونی و پدیده خوشه شدن دارند که هریک به نوبه خود باعث تغییراتی در مقدار ویسکوزیته می شود. نتایج شبیه سازی باکارهای دیگران و مدل پیش بینی خواص ترمودینامیکی مقایسه و مشخص شد که از دقت قابل توجهی برخوردارند.
    کلیدواژگان: پتانسیل بین اتمی، دینامیک مولکولی، ویسکوزیته، معادله گرین، کوبو، نانو سیال، دینامیک تعادلی، پدیده خوشه شدن
|
  • M. Salari *, H. Kazemi, M.M. Doustdar Pages 1-12
    Main difference between planning vessels, conventional displacement, and semi-displacement marine vessels is in their utilization hydrodynamic loads in addition to buoyancy force. The hydrodynamic pressure field on the bottom surface of planning vessels decreases the vessel draught and the thereafter their resistance. The resistance reduction introduces achieving higher speeds. One of the methods for improving hydrodynamic efficiency of planning vessels is utilization of transverse steps under their bottoms. Selecting their locations and heights has high sensitivity to loading conditions, speed, and center of gravity of the vessel. If proper design does not occur, it maybe followed by un-favorite effects. In this research, the flow field over the bottom of two stepped high speed planning vessels at different lading conditions were obtained, using CFD. VOF method was used for capturing the interface between water and air. Simulation was performed for one-step and two-step planning vessels of Cigar. For validating of the simulations, a grid-independency study and some comparisons with experiments are carried out. The emphasis of this study was on identification of the sensitivity of loading conditions on air-breathing of the transverse steps. The results show that the sensitivity is much higher than the traditional non-stepped planning vessels.
    Keywords: Planning Boat Hydrodynamics, CFD, Transverse Step, Air Breathing of Steps
  • H. Gholamrezaee, A. Raisi *, B. Ghasemi Pages 13-26
    In this study, mixed convection of a water-Al2O3 nanofluid was numerically investigated in an open square cavity. All cavity walls were insulated and a solid body heat source was placed at the center of the cavity. The nanofluid enters the cavity with uniform velocity and temperature and leaves it as a fully developed flow. The governing equations were discretized using finite volume method and using Patankar’s SIMPLE algorithm. The effects of relevant parameters, such as Reynolds and Richardson numbers, length ratio (The ratio of the heat source length to the length of the cavity), the source thermal conductivity, and solid volume fraction of the nanoparticles were examined, both from flow field and the heat transfer rate considerations. The results show that the average Nusselt number increases with increase in Reynolds and Richardson numbers. A change in length ratio changes the flow and temperature fields. In addition, Increase of heat source thermal conductivity increases the average Nusselt number. The results also show that thermal performance of cavity is enhanced by increasing solid volume fraction of the nanoparticles.
    Keywords: Mixed Convection, Cavity, Nanofluid, Heat Generation, Solid Body
  • M.H. Shojaeefard, A. Khorampanahi *, M. Kheirkhah Vatan Pages 27-38
    In this article, a comprehensive procedure is proposed to calculate the stability derivatives of a NACA0012 airfoil by means of wind tunnel test and computational fluid dynamics (CFD). To accomplish maneuverability study and dynamic analysis of the flight vehicle, these derivatives were obtained finding the body aerodynamic responses to some specified time variant motions. Here, on the basis of linearized equations of motion, in which the aerodynamic coefficients appear explicitly, two distinct oscillating maneuvers were considered: plunging and fish-like oscillating motion. To obtain the aerodynamic responses of the moving airfoil, a CFD method based on Reynolds Averaged Navier–Stokes (RANS) equations was used with dynamic mesh technique to simulate the specified maneuvers. The computational results were then validated comparing the wind tunnel tests data of the plunging maneuver. Afterwards, the aerodynamic coefficients were calculated using the resulting loads. Finally, the effects of oscillating motion parameters variations on these coefficients are investigated, which shows that dimensionless coefficients are dependent on the oscillations amplitude and frequency. However, they are independent of the Strouhal number in the studied range.
    Keywords: Stability Coefficients, Plunging Motion, Pure-Pitch Motion, Unsteady Oscillating Flow, Strouhal Number
  • S.A. Tavakolli-Sabur, M.H. Javareshkian *, A. Baqeri Pages 39-52
    In this work, the problem of designing a hypersonic vehicle with high lift-drag ratio in hypersonic rarefied regimes is investigated. At high altitudes, the assumption of continuity employed in the Navier Stocks equations is no longer true and is not possible to simulate the problem with conventional CFD routines. The Direct Simulation of Monte Carlo (DSMC) which is a particle-based method was employed to simulate the hypersonic rarefied regimes of hypersonic vehicles. In the first step, based on momentum theory, a simple definition for increasing aerodynamic efficiency was provided. According to this definition, a two-dimensional body under considerations of hypersonic-rarefied flow regimes was analyzed using the DSMC code of DS2V. According to the facts obtained from this analysis, we considered a typical three-dimensional body, and developed the configurations of high aerodynamic efficiencies. The simulations were conducted in three-dimensional space by the DSMC program of DS3V showed that the abovementioned definition is applicable to three-dimensional geometries. Finally, based on authenticated definitions, we exemplified a three-dimensional body, which is capable to produce high aerodynamic efficiencies in hypersonic regimes at high altitudes.
    Keywords: DSMC Method, Knudsen Number, Hypersonic Regime
  • A. Dehghani Rayeni, S.A.R. Gandjalikhan Nassab* Pages 53-66
    In this paper, a numerical study of a 2-D combined convection-radiation heat transfer in a horizontal rectangular duct with two sudden contractions is presented. Contractions in duct are created by two inclined forward facing steps. To simulate the incline surfaces of the FFS, the blocked- off method was employed for both fluid mechanic and radiation problems. The fluid was treated as a gray, absorbing, emitting and scattering medium. To solve the governing equations, the 2-D Cartesian coordinate system was used. These equations were solved numerically, using the CFD techniques and SIMPLE algorithm. For computation of radiative term in energy equation, the radiative transfer equation (RTE) was solved numerically by discrete ordinates method (DOM) to find the divergence of radiative heat flux distribution. The effects of optical thickness, radiation-conduction parameter and albedo coefficient on heat transfer behavior of the system were carried out. Comparison of numerical results with available credential data shows good consistency.
    Keywords: Sudden Contraction, Forward Facing Step, Radiation Heat Transfer, Blocked - off Method, Discrete Ordinate Method
  • A. Shateri *, M.M. Zarei Kurdshouli, V. Zarei Pages 67-78
    This paper presents molecular dynamics modeling for calculating viscosity of nanofluids containing copper nanoparticles. In the first case, the copper nanoparticles were located as a spherical region in water-based fluid module SPC. System under specified boundary conditions, and writing code by LAMMPS software, and nanofluid ratios of 3.2,4.4,6.9 and 9.1 percented by Brownian motion of atoms, was carried out. three popular potential function, LennardJones, Coulomb, and embedded atom method were used. Between equilibrium molecule dynamic, and non- equilibrium molecule dynamic, (EMD) and Green-kubo formula were used to calculate viscosity. The results show that by increasing the amount of voloume fraction, viscosity increases. nanofluids in addition to other factors, such as volume fraction of particles in Brownian motion and clustering phenomenon, each in turn causes changes in viscosity. The simulation results were compared with other's works and found that the obtained results are remarkably accurate.
    Keywords: Pair Potential, Molecular Dynamics, Viscosity, Green-Kubo Equation, Nanofluids, Dynamic Balance, Clustering Phenomenon