فهرست مطالب

مکانیک سیالات و آیرودینامیک - سال هفتم شماره 2 (پاییز و زمستان 1397)
  • سال هفتم شماره 2 (پاییز و زمستان 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/10/08
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پژوهشی
  • عباس ابراهیمی *، مریم شکری صفحات 1-17
    یکی از مراحل مهم در طراحی زیرسامانه های فضایی تحلیل جامع رفتار حرارتی سیال خنک کننده درون کانال های خنک کاری بازیابی برای دست یابی به طراحی بهینه، بهبود عملکرد و افزایش عمر می باشد. در سامانه های پیشران متان- پایه، تحلیل حرارتی خنک کننده متانی برای پیش بینی خواص ترمودینامیکی که وابسته به دمای محلی و فشار می باشند، اهمیت ویژه ای دارد. خنک کننده متانی با پدیده هایی از جمله تغییر رژیم جریان و افت انتقال حرارت به دلیل گرادیان دمای بالای نزدیک دیواره، عدد رینولدز بالا و هندسه سه بعدی مسیرها مواجه خواهد شد. در پژوهش حاضر، حلگری سه بعدی برای شبیه سازی انتقال حرارت جابجایی جریان متان فوق بحرانی درون کانال خنک کاری مستطیلی توسعه داده شده است. اعتبارسنجی حلگر با استفاده از داده های تجربی متان در آزمون های MTP انجام شده و دقت روابط ناسلت مختلف برای تخمین ضریب انتقال حرارت متان در فشارهای فوق بحرانی ارزیابی شده اند. به علاوه، روابط عدد ناسلت موجود برای متان فوق بحرانی درون کانال مستطیلی توسعه داده شده اند. دقت روابط اصلاح شده در فشارهای خروجی، شارهای دیواره و دبی های ورودی مختلف مطالعه شده اند. روابط ناسلت اصلاح شده در فشارهای بالاتر از 8 MPa و نرخ انتقال حرارت کمتر از 13 kW خطای کمتر از 10% دارند.
    کلیدواژگان: خنک کاری بازیابی، انتقال حرارت جابجایی، متان فوق بحرانی، عدد ناسلت
  • مهدی کیهانپور، مجید قاسمی * صفحات 19-31
    هدف از این تحقیق بررسی توزیع و انتقال حرارت نانوذره های مغناطیسی درون یک مویرگ سرطانی با جریان غیرنیوتنی خون، تحت اثر میدان مغناطیسی غیریکنواخت خارجی، است. بدین منظور، معادلات حاکم پیوستگی، مومنتوم، انرژی، ماکسول و غلظت برای سیال غیرنیوتونی با مدل لزجت کاریو که تابعی از نرخ برشی می باشد، در ماژول عددی کامسول مدل شده و به صورت کوپل شده مورد تحلیل قرار گرفته است. در این تحقیق، رگ به صورت سه بعدی و با دیواره صلب فرض شده است. نتایج حاصل نشان دهنده آن است که غلظت نانوذره های مغناطیسی در دیواره بالایی مویرگ در زمان های بالا به یک مقدار پایا می رسد. و این تجمع بر دمای جریان خون اثر گذار است. قدرت میدان مغناطیسی، مغناطیس پذیری و غلظت نانوذرات با دمای جریان خون در محل تجمع ذرات رابطه مستقیم دارد و با افزایش اندازه نانوذره ها و سرعت ورودی، دمای جریان خون کاهش می یابد به طوری که در اندازه های بالای nm 70 اثر حرارتی ذرات بسیار کم می شود همچنین، فرض غیرنیوتنی بودن سیال تاثیر قابل ملاحظه ای در نتایج دارد.
    کلیدواژگان: نانوذرات مغناطیسی، غلظت، میدان مغناطیسی، دما، غیر نیوتنی
  • یونس پولادرنگ، مهدی رمضانی زاده * صفحات 33-45
    در خنک کاری لایه ای، هوای خنک کننده از طریق جت هایی روی سطح تزریق می شود تا لایه ای محافظ در برابر گازهای دما بالا فراهم شود. عملکرد خنک کاری لایه ای تا حد زیادی تحت تاثیر شکل روزنه جت ها قرار دارد. و لذا بهینه سازی و اصلاح شکل هندسی روزنه جت برای دست یابی به عملکرد خنک کاری بهتر ضروری است. در این پژوهش، عملکرد خنک کاری لایه ای هندسه جدید جت های استوانه ای ناقص (نخودی) به صورت تجربی با استفاده از روش دما نگاری مادون قرمز بررسی شده است. آزمایش ها در حالت انتقال حرارت پایا در عدد رینولدز جریان اصلی براساس قطر معادل جت (Rejet) 10, 000 روی صفحه تخت انجام شده است. اندازه گیری ها در چهار نسبت دمش (M=ρjetVjet/ρ∞V∞) مختلف 4/0، 5/0، 7/0 و 8/0 انجام شده اند. نتایج حاصل نشان می دهد که هندسه پیشنهادی دارای نسبت دمش بهینه 7/0 در زاویه تزریق جت 30 درجه است و در نسبت دمش یکسان، اثربخشی خنک کاری لایه ای هندسه جدید بیش تر است. به عبارت دیگر، با استفاده از همان مقدار نرخ جریان جرمی تزریق شده، توزیع یکنواخت تری از لایه سیال خنک کننده حاصل می شود.
    کلیدواژگان: اثربخشی خنک کاری لایه ای، هندسه جدید روزنه جت، روزنه جت نخودی، آزمایش تجربی، تونل باد
  • محمود سالاری *، وحید حیدرپور، حسن محمد خانی صفحات 47-57
    بهبود عملکرد اجسام پروازی در زمینه کاهش نیروی درگ از موضوعاتی است که امروزه مطالعات گسترده ای روی آن انجام می شود. در جریان های مافوق صوت، اگرچه اجسام پروازی با دماغه های بلانت عملکرد بهتری از منظر کاهش گرمای تولیدی نسبت به دماغه های باریک دارند، لیکن منجر به شوک قوی در نوک دماغه شده و نیروی درگ آیرودینامیکی را افزایش می دهند. از تکنیک های موثر در کاهش درگ یک دماغه بلانت، استفاده از اسپایک در نوک دماغه است. افزودن اسپایک همچنین منجر به افزایش ضریب انتقال حرارت دماغه نیز می شود. یکی از عوامل موثر بر صحت و دقت نتایج، در شبیه سازی های عددی مبتنی بر حل معادلات متوسط گیری شده ناویر- استوکس روی این دماغه ها، نوع مدل آشفتگی به کار رفته می باشد. در این تحقیق جریان اطراف یک دماغه بلانت همراه با اسپایک به کمک یک مدل یک معادله ای آشفتگی اسپالارت- آلماراس و سه مدل آشفتگی دو معادله ای k-ω, k-ω-SSTو k-ε شبیه سازی شده تا از مقایسه نتایج حاصله، مدل آشفتگی مناسب برای این نوع شبیه سازی ها معرفی شود. عدد ماخ جریان آزاد در این شبیه سازی ها برابر 6 و زاویه حمله بدنه برابر صفر درجه در نظر گرفته شده است. معادلات جریان با فرض آشفته و تراکم پذیر بوده و شبیه سازی به صورت تقارن محوری و پایا انجام شده است. توجه شود که کلیه تحلیل ها در محیط نرم افزار فلوئنت انجام شده اند. نتایج عددی حاصله با نتایج تجربی موجود مقایسه و اعتبارسنجی شده اند. برخلاف انتظار، نتایج نشان می دهد که مدل آشفتگی یک معادله ای اسپالارت- آلماراس جریان اطراف دماغه را بهتر پیش بینی می نماید.
    کلیدواژگان: دماغه بلانت، اسپایک ، جریان مافوق صوت، مدل های آشفتگی، حل عددی
  • میثم آتش افروز *، سجاد بدخشان صفحات 59-72
    در این تحقیق، تاثیر درصد حجمی نانو ذرات جامد نقره بر رفتارهای هیدرودینامیکی و حرارتی جریان جابجایی آرام در یک کانال سه بعدی و دارای انقباض ناگهانی، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته اند. انقباض موجود درکانال به وسیله یک پله پیشرو شیب دار ایجاد می شود. برای شبیه سازی این پله در داخل کانال، از روش مسدود شده در سیستم مختصات کارتزین سه بعدی استفاده می شود. معادلات حاکم بر جریان که شامل معادلات بقای جرم، اندازه حرکت و انرژی است، ابتدا بی بعد و سپس با استفاده از روش های دینامیک سیالات محاسباتی و با بکارگیری الگوریتم سیمپل حل می شوند. برای بررسی تاثیر عملکرد درصد حجمی ذارت نانو، توزیع میدان های سرعت، دما، ضریب اصطکاک، عدد ناسلت و دمای متوسط مخلوط به صورت نموداری برای شرایط مختلف ارائه شده اند. نتایج این تحقیق نشان می دهد که درصد حجمی نانو ذرات نقره به طور قابل ملاحظه و چشم گیری بر رفتارهای حرارتی و هیدرودینامیکی جریان تاثیر می گذارد.
    کلیدواژگان: انقباض ناگهانی، ذرات نانو، نقره- آب، نانو سیال، پله پیشرو
  • محمدمهدی رزاقی * صفحات 73-88
    در این مقاله، شبکه محاسباتی هوشمندی معرفی شده که با تغییر منظم و سازمان یافته اتصالات شبکه، خود را با حرکات جسم درون میدان تطبیق می دهد. ساختار شبکه طراحی شده مبتنی بر استفاده از نواحی جداگانه پیرامون جسم برای حرکت های دورانی و انتقالی است. در این شبکه، مشکلات مرسوم در شبکه های متحرک موجود که سعی در ثابت نگه داشتن اتصالات شبکه را دارند، از جمله کاهش کیفیت شبکه، نیاز به تولید مجدد شبکه به طور موضعی و یا کلی، میان یابی و انتقال اطلاعات مابین قسمت های مختلف شبکه تا حد زیادی کاهش می یابد. همچنین، سه بعدی بودن شبکه طراحی شده و عدم محدودیت در میزان دوران یا جابجایی جسم از دیگر محاسن این روش است. در ادامه، با در نظر گرفتن یک بال با ایرفویل NACA0012 تغییرات به وجود آمده پس از دوران و جابجایی بال در شبکه و نحوه اصلاح شبکه از طریق تغییر در اتصالات آن نشان داده شده است. در نهایت، به منظور اعتبارسنجی روش ارائه شده معادلات غیردائم اویلر برای شبکه طراحی شده، حل و دقت الگوریتم با مطالعه روش های پیشین مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: شبکه متحرک، تغییر اتصالات، دوران، انتقال، غیردائم
|
  • A. Ebrahimi *, M. Shokri Pages 1-17
    Comprehensive analysis of coolant thermal behavior in regenerative cooling channels is one of the main steps in optimum design of launch vehicles. In methane-based propulsion systems, thermal analysis of methane coolant is important to predict the thermodynamic properties which depend on local temperature and pressure. Methane may experience a state change from subcritical to supercritical and heat transfer deterioration due to the high temperature gradients in the proximity of the walls, high Reynolds numbers, and three-dimensional flow structures in cooling channels. In the present study, a computational fluid dynamics solver was developed, which is able to simulate the convective heat transfer of supercritical methane coolant flow inside rectangular cooling channels. The solver was validated using reliable experimental data. The coefficients of current Nusselt number correlations were improved using minimization of relative root mean square error. Additionally, the entrance-region effects on heat transfer coefficient were simulated. The accuracy of the proposed relations was studied at different operating conditions. The proposed modified Nusselt correlations have errors less than 10% at outlet pressures higher than 8 MPa and heat transfer rates lower than 13 kW.
    Keywords: Regenerative Cooling, Convective Heat Transfer, Supercritical Methane, Nusselt Number
  • M. Keyhanpour, M. Ghasemi * Pages 19-31
    The purpose of this study is to numerically investigate the heat and mass transfer of magnetic nanoparticles inside a 3D capillary with non-Newtonian blood flow, Under the influence of external non-uniform magnetic field. For this purpose, the governing equations including continuity, momentum, energy, Maxwell, and concentration were coupled and solved by COMSOL, a finite element based software. Blood is assumed as non-Newtonian fluid with Carreau viscosity model and the vessel wall is assumed to be rigid. the results indicate that the concentration of magnetic nanoparticles in the upper wall of the vessel at long times reaches a constant value. This accumulation affects the blood flow temperature. Magnetic field strength, magnetic susceptibility, and concentration of nanoparticles are directly related to the temperature of the bloodstream at the location of particles accumulation. By increasing the size of nanoparticles and inlet velocity, the blood flow temperature decreases so that in sizes above 70 nm, the thermal effect of particles becomes very low. Also, the non-Newtonian blood assumption has significant effect on the results.
    Keywords: Magnetic Nanoparticles, Concentration, Magnetic Field, Temperature, Non-Newtonian
  • Y. Pouladrang, M. Ramezanizadeh * Pages 33-45
    In film cooling, coolant air is injected over the surface to provide a protective cool film against the high temperature gases. Film-cooling performance is largely influenced by the jet hole shape. And thus optimizing the hole shape configuration is necessary to achieve better cooling performance. The present study investigated the cooling effectiveness of the novel incomplete cylindrical jet hole (pea jet hole) experimentally, using an infrared thermography method. Steady state heat transfer experiments were performed at free stream Reynolds number, based on jet hole diameter of 10,000, over a flat plate. Measurements were carried out at four blowing ratios (M=ρjetVjet/ρ∞V∞) of 0.4, 0.5, 0.7, and 0.8. Out results show that the novel pea jet hole has an optimum blowing ratio of 0.7 and at the same blowing ratio, in comparison to the cylindrical jet hole, the cooling effectiveness of the new geometry is higher. Another words applying the same amount of injected fluid, the coolout fluid is distributed more uniformly over the surface.
    Keywords: Film Cooling Effectiveness, Novel Jet Hole Geometry, Pea Jet Hole, Experimental Test, Wind Tunnel
  • M. Salari *, V. Heidarpoor, H. Mohammadkhani Pages 47-57
    Nowadays, improving the aerodynamic performance of supersonic flying vehicles in order to reduce drag forces and increase in heat transfer coefficient is an interesting matter for researchers. Many of the supersonic vehicles use blunt nose to reduce heat generations, while these noses cause higher drag forces. Equipping the nose with spikes is a technique to reduce the drag of blunt noses. Spikes also increase their heat transfer rate. The accuracy and the validity of RANS based numerical simulations of turbulent flow over these bodies depend directly on the capabilities of the turbulence models used. This paper presents numerical simulation of supersonic flow over a blunt nose equipped with a spike, using four different turbulence models, namely: one-equation turbulence model of Spalart-Almaras and two-equation turbulence models of k-ε, k-ω and k-ω-SST. We wanted to find the appropriate turbulence model for this type of flows. Air flow Mach number and angle of attack were considered 6 and zero, respectively. The axi-symmetric, compressible and steady RANS equations are solved numerically. In spite of initial expectations, comparison of numerical results with experimental data showed that Spalart-Almamras has more consistency with experiment.
    Keywords: Blunt Nose, Spike, Supersonic Flow, Turbulence Models, Numerical Simulation
  • M. Atashafrooz *, S. Badakhshan Pages 59-72
    In this research, the effects of Ag-nanoparticles, volume fraction on the hydrodynamic and thermal behaviors of convective flow in a three-dimensional duct with abrupt contraction are studied. The abrupt contraction is created by an inclined forward facing step. The blocked-off method is used to simulate the inclined surfaces of the step. The set of non-dimensional governing equations, consisting continuity, momentum, and energy were solved numerically by CFD techniques and SIMPLE algorithm. To investigate the influences of nanoparticle´s volume fraction, distributions of temperature, velocity, friction coefficient, Nusselt number, and mean bulk temperature were presented graphically. Our numerical results show that the Ag-nanoparticles volume fraction has significant effects on thermal and hydrodynamical behaviors of the flow.
    Keywords: Abrupt Contraction, Nanoparticles, Ag-Water, Nanofluid, Forward Step
  • M.M. Razzaghi * Pages 73-88
    In the present study, an intelligent computational grid is introduced which adapts itself to the body displacements in the computational domain by regular and systematic changes of the nodes. Configuration of the introduced grid is based on defining separate zones around the body for rotational and translational motions. Therefore, the ordinary problems in available moving grids which try to keep the nodes stable, such as: reduction of the grid quality, the need for regenerating the grid overally or locally, interpolation, or data transfer between different parts of grid are decreased to a great extent. Defining a three-dimensional moving-grid and the lack of limitations on the size of rotation or translation of body are also amongst the advantages of this method. Then, changes made following the body rotation/translation and reformation of the grid through changes in its connection for a rectangular wing with NACA0012 airfoil was shown. Finally, to validate the correct performance of the introduced moving-grid method, the three-dimensional unsteady form of the Euler equations was solved. Several test cases were solved and the results were compared with reliable experimental and numerical. Results, showing relatively close agreements.
    Keywords: Moving-Grid, Change Connections, Rotation, Transition, Unsteady