فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاهم شماره 4 (مهر و آبان 1397)
  • سال پنجاهم شماره 4 (مهر و آبان 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/08/04
  • تعداد عناوین: 19
|
  • مقاله پژوهشی
  • بهروز افرا، محسن نظری* ، محمدحسن کیهانی صفحات 683-695
    در این مطالعه یک روش ترکیبی و دوبعدی مرز غوطه ور- شبکه بولتزمن- شبکه فنر پیشنهاد شده است. در این روش ترکیبی از معادلات شبکه بولتزمن به علاوه الگوریتم اعمال نیروی چندمرحله ای به عنوان حل گر دامنه سیال و از روش مرز غوطه ور برای محاسبه نیروی اندرکنشی سیال و جامد استفاده شده است. برای تحلیل تغییر شکل جسم نیز روش شبکه فنر به کار گرفته شده است. در این مدل، جسم جامد به صورت مجموعه ای از فنرهای خطی فرض می شود که به صورت منظم در کنار هم قرار می گیرند. جهت کاهش ناپایداری ها و محدودیت های موجود در انتخاب سایز شبکه و گام زمانی روش های ترکیبی قبلی شبکه بولتزمن- شبکه فنر، در این مطالعه برای اولین بار یک الگوریتم ضمنی شبکه فنر منطبق بر روش مرز غوطه ور- شبکه بولتزمن ارائه شده است. درنهایت، حل گرهای سیال و جامد به ترتیب با شبیه سازی جریان عبوری از روی جسم صلب و همچنین تغییر شکل تیر یک سرگیردار تحت بارگذاری محوری و خمشی صحت سنجی می شوند. سپس یک صفحه دوبعدی الاستیک که در قسمت میانی خود ثاب تشده در حضور جریان سیال شبیه سازی می شود. نتایج عددی در کد توسعه داده شده با استفاده از نرم افزار کامسول نیز جهت اطمینان بیشتر مقایسه می شود که دقت این روش ترکیبی را نشان می دهد. همین طور نشان داده می شود که کاهش صلبیت صفحه باعث کاهش ضریب درگ و همین طور به تعویق افتادن شروع شرایط ناپایا در جریان حول صفحه می شود
    کلیدواژگان: مرز غوطه ور- شبکه بولتزمن، شبکه فنر، صفحه شکل پذیر، رینولدز بحرانی
  • ابوالفضل امیری هزاوه، محمدرضا سلیمی* ، محمد طیبی رهنی صفحات 697-710
    مطالعه جریان سیالات تک فاز و چند فاز در محیط متخلخل هم در طبیعت و هم در صنایع از اهمیت بالایی برخوردار است و مورد توجه طیف وسیعی از محققین قرار دارد. به طور خاص، اندرکنش قطرات با سطوح متخلخل در بسیاری از فرآیندها مانند اسپری بر گهای گیاهان با آفت کش ها، چاپگرها، نفوذ باران و آب های سطحی به خاک کاربرد وسیعی دارد. هدف اصلی این پژوهش بررسی اثرات اندرکنش قطرات با یک محیط متخلخل است. قطرات از نظر ابعادی هم مقیاس با ابعاد حفره های محیط متخلخل هستند که در مواردی همچون نفوذ قطراتی با سایز خاص در بسترهای سنگی و بحث فیلترینگ قطرات کاربرد دارند. در این پژوهش محیط متخلخلی که متشکل از موانع مربع شکل با ضریب تخلخل 0/8 بوده، در معرض یک جریان دوفاز قرار می گیرد. محیط متخلخل توسط فاز اولی های ترشده، مورد هجوم قطرهای قرار می گیرد. رژیم حاکم بر جریان غیردارسی می باشد. اعداد بدون بعد موثر فیزیک مذکور عدد رینولدز، عدد کاپیلاری و آنسرج می باشند. در این پژوهش مقادیر فشار بی بعد وارده، 0/000108، 0/000144و 0/000180 و محدوده آنسرج مورد بررسی 0/76 -0/19 می باشند. فاکتورهای مرتبط با قطره و فاز زمینه )خواص سیالی (، مانند تنش سطحی و نسبت چگالی قطرات در کنار خصوصیات جریان) مانند فشار وارده (بسیار موثر بوده و تنوعی از حالات شکست قطرات را به وجود می آورد که در قالب مطالعه جامع پارامتریک مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند. انواع حالات شکست قطره، طبقه بندی شده و در قالب تصاویر شاخص هر حالت، ارائه می شوند. درعین حال، تفکیک این حالات در نمودار رینولدز- آنسرج نیز) به عنوان یک نقشه رفتار شناسی شکست قطره بر حسب دو عدد بدون بعد و فشار وارده( صورت گرفته است. نتایج شبیه سازی های صورت گرفته قابلیت پیش بینی رفتار قطرات در محیط متخلخل را به کمک نمودارهای ارائه شده، در کنار مقایسه نسبی تاثیر پارامترهای موثر را امکان پذیر می سازند. همچنین، روش شبکه بولتزمن که در محیط متخلخل و جریان های چندفازی قابلیت و انعطاف پذیری بالایی نشان داده، مورد استفاده قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل، مقیاس حفره، جریان دوفاز، قطره، روش شبکه بولتزمن
  • محمدرضا عصاری* ، سجاد عادلی، پژمان نیک اندیش صفحات 711-726
    چندراهه دود همراه با سیستم خنک کاری به طور گسترده در موتورهای دیزل که در آنها از توربوشارژر بهره می گیرند، استفاده می شود. راهکار مناسب برای بررسی چگونگی عملکرد و عبور سیال درون چندراهه، بهره گیری از قوانین دینامیک سیالات محاسباتی است. بر این اساس پس از طراحی سه بعدی بدنه چندراهه و ایجاد شبکه بندی مناسب، با استفاده از دیدگاه جریان های چند فازی و با به کار بردن روش جداسازی RPI برای جوشش مادون سرد در فشار پایین، اقدام به شبیه سازی اثرات عبور جریان سیال درون چندراهه شده است. به منظور اعتبارسنجی روش مورد استفاده برای فرآیند جوشش، مقایسه نتایج به دست آمده با نتایج تجربی مورد بررسی قرار می گیرد. اطلاعات این پژوهش شامل توزیع دما، فشار، شیوه ی عبور جریان های داخلی و کسر حجمی بخار ایجاد شده درون چندراهه می باشد. نتایج حاکی از آن است که در ورودی و خروجی چندراهه، تمرکز دمایی بالایی وجود دارد و در نظر گرفتن پدیده ی جوشش نسبت به فرض جریان تک فاز، سبب کاهش حداکثر دمای این نواحی شده است. فشار وارده به چندراهه بیشتر از سوی گازهای احتراقی است و فشار وارده از سوی سیال خنک کن در مقابل آن قابل چشم پوشی است. با تحلیل نتایج، دو ناحیه به عنوان مکان هایی بحرانی از نظر تمرکز دمایی معرفی شدند که تطابق محل ترک ایجاد شده در نمونه ی اصلی با یکی از این نواحی، نشان دهنده صحت و کیفیت نتایج به دست آمده است.
    کلیدواژگان: چندراهه دود، موتور شش سیلندر دیزل، پدیده جوشش، روش جداسازی RPI
  • سید مصطفی حسینعلی پور* ، نوید حاجی غفوری بوکانی صفحات 727-739
    در این تحقیق، شبیه سازی عددی ارتعاشات ناشی از رهایش گردابه از سطح استوانه ی دایره ای دو درجه آزادی، تحت تکیه گاه الاستیک در مجاورت سطح آزاد سیال انجام شده است. جریان اطراف استوانه، آرام و در محدود هی اعداد رینولدز 60 الی 130 در نظر گرفته شده است. تغییر شکل سطح آزاد ناچیز بوده و برای عدد فرود 0/2 همچون یک دیواره ی صلب بدون لغزش عمل می کند. اثر سطح آزاد با در نظرگیری دو نسبت فاصله از آن بررسی می شود. فرکانس طبیعی سیستم جرم- فنر در هر نسبت فاصله، به گونه ای انتخاب شده که با عدد استروهال جریان در رینولدز 100 حول استوانه ی ساکن برابر باشد. گسسته سازی معادلات جریان بر مبنای روش حجم محدود در کد تجاری فلوئنت انجام شده است. برای کوپلینگ حرکت استوانه با میدان جریان از روش شبکه ی متحرک با یک کد اضافه شده به نرم افزار استفاده شده و برای شبیه سازی سطح آزاد، روش حجم سیال به کار گرفته شده است. شبیه سازی های ارتعاشات ناشی از جریان و سطح آزاد سیال بطور جداگانه تطابق خوبی با نتایج موجود نشان می دهند. تاثیر سطح آزاد بر ناحیه ی قفل شدگی با استفاده از مقایسه ی نمودارهای جابه جایی عرضی و ضرایب آیرودینامیکی در دو نسبت فاصله بررسی می شود که نتایج با نزدیک شدن استوانه به سطح آزاد، حاکی از کاهش ناحیه ی قفل شدگی، کاهش دامنه ی نوسانات و تغییر ضرایب آیرودینامیکی بسته به شاخه ی قرارگیری عدد رینولدز جریان هستند.
    کلیدواژگان: ارتعاشات ناشی از جدایش گردابه، حل عددی، سطح آزاد سیال، ناحیه قفل شدگی
  • حسین بیانی، سید محمدحسین میرباقری* صفحات 741-753
    هدف از پژوهش حاضر توسعه کد شبیه سازی دو فازی جوانه زنی و رشد حباب در مذاب آلیاژ آلومینیم A356 طی فرایند تولید فوم فلزی به روش فرمگریپ می باشد. به این منظور ابتدا، با استفاده از روش شبیه سازی عددی شبکه بولتزمان، مدل شان چن در دینامیک حباب ها برای مذاب فلزات توسعه داده شده و الگوریتم های پساده شده و معادلات حاکم بر فرایند فومسازی همگی به روش عددی شبکه بولتزمان گسسته سازی و حل شدند. ساختار سلولی فوم پس از انجماد با استفاده از کد توسعه داده شده در شرایط مختلف پیش بینی شد. نتایج حاصل از شبیه ساری که مشابه ساختار متخلخل فوم آلومینیم است، با نتایج متالوگرافی ساختار سلولی حاصل از تهیه نمونه های واقعی فوم آلومینیم A356 در سه دمای 675 ، 725 و 775 درجه سلسیوس مقایسه شد. این مقایسه نشان می دهد که نتایج متالوگرافی شبیه سازی شده به کمک کد حاضر با نتایج متالوگرافی واقعی از نظر کیفی و ظاهری کاملا مشابه هستند و بهترین همخوانی از نظر کمی نیز از لحاظ توزیع و اندازه حباب، در نمونه تولید شده در دمای 675 درجه سلسیوس دیده شده است. لذا کد حاضر می تواند ابزاری سودمند برای تهیه متالوگرافی مجازی فوم های آلومینیمی؛ به منظور ارزیابی ساختار سلولی آنها در هر دمای فومسازی، باشد.
    کلیدواژگان: فوم آلومینیم A356، شبکه بولتزمان، مدل شان چن، روش فرمگریپ، دینامیک سیالات چند فازی
  • مصطفی اکبری، سیدسعید مرتضوی *، حامد شاهین ورنوسفادرانی صفحات 755-766
    در این پژوهش، رفتار قطره و نیز عکس العمل قطره و دیوار در میدان الکتریکی یکنواخت خارجی به صورت کاملا سه بعدی شبیه سازی شده است. میدان الکتریکی با اعمال اختلاف پتانسیل ایجاد و سپس با استفاده از مدل نشت عایق تیلور، نیروی الکتریکی ناشی از این میدان، محاسبه و به معادلات نویر-استوکس اضافه شده است. این نیرو، بسته به خصوصیات الکتریکی قطره و سیال پیرامون، باعث تغییر شکل آن به صورت آبلیت )راستای عمود بر میدان الکتریکی (و یا پرولیت) در راستای میدان الکتریکی( و همچنین ایجاد جریان های القایی داخل و خارج قطره می شود. ابتدا تغییر شکل یک قطره ی تنها در میدان الکتریکی شبیه سازی و نتیجه با نتایج تجربی موجود، مقایسه و صحت سنجی شده است. سپس رفتار قطره در میدان الکتریکی از نظر نوع تغییر شکل و نوع جریان های القایی بررسی شده است. عکس العمل قطره و دیوار، برای قطره های آبلیت و پرولیت مورد بررسی قرار گرفته است. اثر عدد مویینگی الکتریکی بر چگونگی عکس العمل قطره و دیوار و نیز حالت نهایی آنها، مطالعه شده است. هم قطرات آبلیت و هم پرولیت به دیوار جذب می شوند. افزایش عدد مویینگی الکتریکی این اثر را تقویت می کند و تحت شرایطی می تواند باعث اعوجاج سطوح قطرات نیز بشود.
    کلیدواژگان: روش پیشروی جبهه، عدد مویینگی الکتریکی، عدد اونسرج، نسبت هدایت پذیری-نفوذپذیری الکتریکی، تغییر شکل آبلیت-پرولیت
  • هادی دستورانی، محمدرضا جهان نما *، عبدالله اسلامی مجد صفحات 767-784
    قطره ی مایع معلق در یک سیال دیگر در بسیاری از فرآیندهای طبیعی رخ می دهد. به کارگیری میدان الکتریکی چشم اندازی نوید بخشی را برای کنترل حرکت، تغییر شکل، تجزیه و هدایت قطره فراهم می کند. تحقیق حاضر به شبیه سازی پاسخ دینامیکی قطره ای معلق در سیالی دیگر، واقع در فضای میان دو الکترود رسانای دارای اختلاف پتانسیل الکتریکی می پردازد. در این راستا تاثیر پتانسیل الکتریکی، هدایت الکتریکی و گذردهی نسبی مورد بررسی قرار گرفته است. مطابق نتایج، افزایش پتانسیل الکتریکی و نسبت هدایت الکتریکی روندی افزایشی را برای تغییر شکل قطره به دنبال دارند، در حالی که افزایش گذردهی نسبی روندی کاهشی-افزایشی را برای تغییر شکل قطره به نمایش می گذارد. بررسی الگوی جریان سیال در داخل قطره نشان می دهد که قرارگیری قطره در میدان الکتریکی خارجی ضمن ایجاد قطبیت الکتریکی در قطره موجب القای میدانی الکتریکی در داخل آن می شود که به پیدایش گردابه هایی در درون قطره منتهی می شود. بزرگی یا کوچکی هدایت الکتریکی و گذردهی الکتریکی نسبت به یکدیگر کاملا بر ناحیه ی تجمع بارهای الکتریکی در سطح قطره تاثیر می گذارند که این تعیین کننده ی جهت چرخش گردابه های درونی قطره می باشد. افزایش پتانسیل الکتریکی و به تبع آن تقویت شدت میدان الکتریکی با افزایش تجمع بار الکتریکی در سطح قطره زمینه ی تغییر شکل قطره و سپس تجزیه و شکست آن را فراهم می سازد. در این حالت قطبیدگی الکتریکی ضمن ایجاد کشیدگی در قطره باعث خروج جت و ساطع شدن ریز قطراتی از آن می شود که استمرار این فرآیند با تقلیل جرم در هسته ی قطره اصلی به استهلاک نهایی قطره منجر می شود.
    کلیدواژگان: الکتروهیدرودینامیک، تغییر شکل قطره، شبیه سازی عددی، گذردهی نسبی، هدایت الکتریکی ویژه
  • مهرنوش تارمیغ، مرتضی بهبهانی نژاد، عزیز عظیمی* صفحات 785-797
    یکی از مسائل مطرح و مورد توجه در صنعت گازرسانی، تحلیل جریان گذرای گاز طبیعی درون خطوط لوله انتقال می باشد. با وجود مطالعات صورت گرفته، هنوز دقت و زمان محاسبات به عنوان دو چالش مهم در این زمینه مطرح هستند. در این مقاله، طراحی یک الگوریتم موازی جهت شبیه سازی عددی جریان هم دما و غیرهم دمای گاز مطرح شده است. تحلیل عددی جریان با استفاده از روش اختلاف محدود ضمنی تجزیه بردار شار استیگر- وارمینگ صورت پذیرفته است. موازی سازی مسئله نیز به روش انتقال پیام با کتابخانه MPI انجام شده است. به منظور نشان دادن قابلیت های برنامه کامپیوتری توسعه داده شده، دو مسئله شامل جریان درون دو خط لوله با شرایط متفاوت تحلیل و صحت سنجی شده است. در انتها، پس از صحت سنجی نتایج، معیارهای عملکرد روش پیشنهادی مثل زمان محاسبات، کاهش زمان به دست آمده و میزان افزایش سرعت از نتایج شبیه سازی استخراج شده اند. بررسی نتایج به دست آمده نشان می دهد که با استفاده از پردازش موازی می توان تا حد زیادی زمان محاسبات جریان درون خطوط لوله انتقال گاز طویل را کاهش داد. علاوه بر این، با به کارگیری این روش در شبکه های محاسباتی ریز نسبت به شبکه های درشت، کارایی الگوریتم موازی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: خط لوله گاز، جریان گذرا، پردازش موازی، کتابخانه ‏MPI
  • احسان داورپناه، مرتضی عنبرسوز *، احسان رجبیانی صفحات 799-812
    استفاده از سامانه های تولید موج برای مطالعه آزمایشگاهی اثر موج بر سازه های دریایی تاکنون مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. همچنین استفاده از روش های عددی با قابلیت شبیه سازی دینامیک موج در یک سیستم موج ساز عددی، به عنوان جایگزینی مناسب برای مطالعات هزینه بر تجربی، همواره مطرح بوده است. از آنجایی که نسبت های طول به ارتفاع و عمق به ارتفاع موج در بسیاری از موارد به طور قابل توجهی بزر گتر از یک است، و از طرفی محاسبه دقیق هندسه موج نیاز به تمرکز بالای نقاط محاسباتی در محدوده مرز مشترک مایع-گاز دارد، روش های عددی که تاکنون ارائه شده اند، بسیار زمان بر می باشند. در این پژوهش، یک روش عددی سریع برای مدل سازی یک سامانه موج ساز پیستونی ارائه شده است که بر خلاف روش های قبلی از سرعت مناسبی برخوردار است. روش ارائه شده ترکیبی از روش لتیس بولتزمن با هندسه نقاط محاسباتی چند لایه متحرک و روش ونو برای اعمال شرط مرزی سینماتیکی سطح آزاد می باشد. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با تئوری موج ساز و نتایج آزمایشگاهی موجود برای موج ساز پیستونی مقایسه شده که تطابق بسیار خوبی بین آنها مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: موج ساز، پیستون، لتیس بولتزمن، مش متحرک چهار لایه
  • محمدرضا مرغوبکار، مصطفی سفیدگر *، مصطفی مافی، مجید سلطانی صفحات 813-821
    یکی از کارآمدترین روش های تشخیص سرطان، پرتونگاری با نشر پوزیترون است. در این روش یک ماده پرتوزا (گسیل کننده پوزیترون) که ردیاب نامیده می شود به بدن بیمار تزریق شده و دستگاه پرتونگاری با استفاده از پرتوهای گسیل شده از ردیاب موجود در بدن تصویر برمی دارد. این روش علی رغم مزایایی که در تشخیص سرطان دارد هرگاه به صورت کیفی استفاده شود باعث ایجاد خطا در تشخیص صحیح می گردد. در این مقاله از روش کمی مبتنی بر معادلات ریاضی برای تشخیص نواحی سرطانی براساس تصاویر به دست آمده استفاده شده است. مدل ریاضی مورد استفاده مبتنی بر مدل های سینیتک چند بخشی است. به منظور مدل سازی، ردیاب فلو دی اکسی گلوکوز (اف-دی-جی) که یکی از معروف ترین ردیاب های در تشخیص سرطان است در نظر گرفته شده است و مدلی سه بخشی برای محاسبه سینتیک ردیاب به کار رفته است. به منظور بررسی صحت روش به کار رفته، نتایج تجربی یک مدل واقعی (تصاویر دینامیک پرتونگاری با نشر پوزیترون یک موش) مورد بررسی قرار گرفته و منحنی های فعالیت زمانی ردیاب در نواحی مختلف به منظور تشخیص ناحیه سرطانی استفاده شده است. نتایج، بیانگر این موضوع است که استفاده از منحنی های فعالیت زمانی ردیاب به دست آمده از مدل سازی، کمک شایانی به تشخیص نواحی سرطانی از بافت های طبیعی خواهد نمود.
    کلیدواژگان: پرتونگاری با نشر پوزیترون، سینتیک ردیاب، مدل سازی بخشی، نمودار فعالیت زمانی، اف- دی- جی(فلور18)
  • محمدرضا کشت کار، حسن خالقی *، سجاد یزدان پرست، محمد خرم دل صفحات 823-836
    در موتورهای دیزل پاشش مستقیم امروزی، فرآیندهای اسپری و احتراق آن، از طریق اختلاط کنترل می شوند. در روش شبیه سازی گردابه های بزرگ به دلیل اینکه مقیاس های بزرگ جریان به طور مستقیم حل می شوند و مقیا سهای کوچک مدل می شوند، بنابراین اختلاط هوا و بخار سوخت به روش شبیه سازی گردابه های بزرگ بهتر پیش بینی می شود و در نتیجه قابلیت پیش بینی مشخصات جریان واکنشی افزایش می یابد. در این پژوهش اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ و مدل احتراقی راکتور اختلاط جزئی بر روی کد EPISO-SPRAY مورد مطالعه قرار می گیرد. با توسعه ی این کد، روش شبیه سازی گردابه های بزرگ بر روی حلگر جریان دوفازی مربوط به این کد اعمال می شود که درآن از دیدگاه اولری - لاگرانژی، دینامیک جریان بررسی می شود و در نهایت با روش رنس مقایسه می گردد. در این پژوهش، به منظور شبیه سازی اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل از مدل های زیرشبکه ی اسماگورینسکی و اسماگورینسکی دینامیکی و مدل احتراقی راکتور اختلاط جزئی استفاده شده است و نشان داده شده که استفاده از شبکه ی نسبتا ریز نتایج قابل قبولی به دست می دهد. نتایج به دست آمده از طول نفوذ اسپری غیرواکنشی در محیط گازی و همچنین پروفیل سرعت فاز گاز در مرحله ی مکش جریان هوا به درون سیلندر در موتور دیزل به منظور اعتبارسنجی عملکرد کد حاضر در جریان تک فازی و دوفازی با داده های تجربی مقایسه گردیده است که نسبت به داده های تجربی دارای تطابق نسبتا خوبی می باشد، به طوری که با مقایسه ی نتایج با داده های تجربی می توان نتیجه گرفت که نتایج شبیه سازی گردابه های بزرگ با شبکه ی ریز در جریان مغشوش غیر واکنشی از نتایج رنس بهتر است. نتایج احتراق اسپری دیزل با دو روش شبیه سازی گردابه های بزرگ و رنس نیز با استفاده از سینتیک تک مرحله ای با نتایج تجربی گروه آزمایشگاهی سندیا مقایسه گردیده است. مشخصات کلی جریان واکنشی مغشوش اعم از طول نفوذ اسپری سوخت و بخار آن با استفاده از هر دو روش اغتشاشی به خوبی پیش بینی می شود. با مقایسه ی شکل شعله با استفاده از دو روش اغتشاشی تفاوت های اندکی می توان مشاهده نمود، ولی مقدار کمینه و بیشین هی دما در هر دو یکسان است.
    کلیدواژگان: اغتشاش، جریان احتراقی اسپری دیزل، شبیه سازی گردابه های بزرگ، متوسط گیری رینولدز معادلات ناویر استوکس، موتور دیزل
  • مهدی محمودی، مفید گرجی بندپی * صفحات 837-847
    عملگرهای دارای سیستم تشخیص شکست خط لوله در مناطقی با عدم دسترسی به شبکه سراسری برق، دارای شرایط صعب العبور و یا با هدف نیاز به ایجاد شرایط پدافند غیر عامل و یا حفاظت از اکوسیستم هایی همچون رودخانه و جنگل روی شیرهای خطوط انتقال نفت و گاز نصب می گردند. در این مقاله، اثر مشخصه های قطر اوریفیس موجود در سیستم تشخیص شکست خط لوله، فشار اولیه خط لوله و نرخ افت فشار ناشی از شکست یا نشتی در خط بر اختلاف فشار تنظیمی عملگر از طریق 81 آزمایش با گاز نیتروژن بررسی شد. اختلاف فشار تنظیمی عملگر با افزایش نرخ افت فشار یا کاهش قطر اوریفیس و یا کاهش فشار اولیه خط لوله، افزایش می یابد. مقدار زمان دست یابی به اختلاف فشار معین شده عملگر، تنها به اندازه قطر اوریفیس بستگی دارد و مستقل از فشار اولیه خط لوله و نرخ افت فشار است. این زمان با افزایش قطر اوریفیس، کاهش می یابد. دیاگرام اختلاف فشار بر حسب نرخ افت فشار برای مقادیر مختلف فشار اولیه خط لوله و قطر اوریفیس در سیستم تشخیص شکست خط، ارائه شده است. با افزودن ضریب اطمینان 10 درصدی می توان از مقادیر این دیاگرام به عنوان مبنای تنظیم این نوع عملگرها در سرتاسر خطوط انتقال گاز استفاده نمود.
    کلیدواژگان: نرخ افت فشار، قطر اوریفیس، فشار اولیه عملکردی، شکست خط لوله گاز، تنظیم عملگر شیر
  • محسن گودرزی *، احسان خلیلی دهکردی صفحات 849-862
    ریزش گردابه عامل مهمی در ایجاد نیروهای دینامیکی نوسانی روی سازه های استوانه ای و افزایش یا حتی تشدید ارتعاشات القاشده توسط سیال است. کنترل جریان روی استوانه و به تعویق انداختن جدایش، باعث کوچک شدن ناحیه دنباله و کاهش ریزش گردابه ها شده و عمر سازه را افزایش می دهد. در بین روش های مختلف کنترل فعال و غیرفعال ریزش گردابه، استفاده از کنترل کننده های جریان روشی پرکاربرد است. دو استوانه کنترل کننده کوچک در اطراف یک سازه استوانه ای بزرگ می توانند به عنوان کنتر ل کننده های فعال جریان استفاده شوند. در این تحقیق، تاثیر پارامترهای هندسی روی پاسخ های نوسانی برای جریان آرام روی یک استوانه دایره ای همراه با دو استوانه کنترل کننده کوچک به کمک تحلیل عددی مطالعه شده است. روش حجم محدود بر اساس الگوریتم سیمپل برای شبیه سازی میدان جریان ناپایا استفاده شده است. موقعیت مناسب کنترل کننده ها تعیین شده است. شاخص های کاهشی مناسبی برای محاسبه میزان اثربخشی کنترل کننده ها تعریف و به کار گرفته شده اند. نتایج عددی حاصل شده نشان داد که نوسانات نیروهای برآ و پسای وارد شده بر استوانه اصلی و کنترل کننده های جریان از بین رفته اند. مقدار ضریب پسای استوانه اصلی کاهش یافته است. همچنین با نصب کنترل کننده های جریان در موقعیت مناسب، خطوط جریان در پشت استوانه بدون نوسان شده و ریزش گردابه متوقف شده است.
    کلیدواژگان: تحلیل عددی، استوانه، توقف ریزش گردابه، کنترل کننده های چرخان
  • احسان آزاد *، ساسان یوسفی راد، محسن ده ودار، پرویز معارف وند صفحات 863-871
    گیر اختلاف فشاری در چاه یکی از شایع ترین و درعین حال دردسرآفرین ترین مشکلات حفاری چاه های نفت است. در این مقاله با تکیه بر مطالعات انجام شده در زمینه رفع گیر اختلاف فشاری به کمک افزایه های گل حفاری، گل های پایه آبی بنتونایتی و لیگنوسولفونایتی مورد مطالعه قرارگرفته است. انتخاب افزونه مناسب به کمک دستگاه خواص سنجی کیک گل با اندازه گیری مقاومت پیچشی کیک گل به عنوان متغیر اصلی در کنار اندازه گیری سایر متغیرهای فرعی شامل وزن گل، گرانروی گل، دمای آزمایش، میزان افت صافاب، ضخامت کیک گل و ساختار فیزیکی کیک گل انجام شد. نتایج حاصل از آزمایش ها حاکی از آن است که در گل های بنتونایتی، نمک به عنوان عامل مخرب و PAC به عنوان عامل موثر در رفع گیر می باشد. سیالات لیگنوسولفونایتی نیز با خاصیت تینری خود در رفع گیر اختلاف فشاری مفید واقع شدند. آنچه می توان به عنوان دستاورد این مقاله در نظر گرفت توجه به چرخش کم لوله حفاری در ابتدای وقوع گیر است که با توجه به اندازه گیری های مقاومت پیچشی رشته حفاری در کیک گل، روش بسیار موثری می باشد.
    کلیدواژگان: گیر اختلاف فشاری، لیگنوسولفونایت، مقاومت پیچشی، کیک گل، دستگاه خواص سنجی کیک گل
  • جابر اسلامی، عباس عباسی *، محمدحسن سعیدی، میثم سعیدی صفحات 873-882
    با توجه به استفاده روز افزون سیستم های تهویه مطبوع در صنایع مختلف از جمله اتاق های تمیز، نیاز به طراحی بهینه تجهیزات مورد استفاده در این سیستم ها جهت مصرف انرژی کمتر و توزیع آلودگی مناسب تر، بیش از پیش احساس می شود. در این مقاله اثر زاویه دیفیوزر سقفی چهارطرفه بر کارایی سیستم تهویه به صورت عددی با رویکرد اویلری-لاگرانژی مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق، توزیع ذرات آلاینده بصورت یکنواخت در اتاق در نظر گرفته شده و اتاق بدون دیفیوزر و اتاق با دیفیوزر با زاویه های 30 ، 90 و 30 تا 90 درجه به عنوان مدل های مورد بررسی انتخاب شده است. تاثیر واضحی که جهت دیفیوزر بر میدان سرعت اتاق می گذارد، منجر به تغییر در توزیع پراکندگی ذرات آلاینده می شود. در این مطالعه نشان داده می شود، دیفیوزر با زاویه پره 30 و 30 - 90 درجه با سرعت بالاتری آلودگی را کاهش می دهد. همچنین اتاق بدون دیفیوزر و دیفیوزر با زاویه پره 90 درجه که جریان هوا را بصورت عمودی پرتاب می کند، دارای نشست کمتر ذرات بر روی کف اتاق بوده و منجر به نسبت خروج به نشست بالاتری می شود. همچنین با توجه به الگوهای جریان مشاهده می شود، در زوایای 30 و 30 - 90 درجه جریان هوای اتاق، ذرات آلاینده را از گوشه های اتاق جاروب می کند، ولی در اتاق بدون دیفیوزر و یا با دیفیوزر با زاویه 90 درجه الگوهای جریان تاثیر بسزایی در خروج ذرات از گوشه های اتاق نداشته و بیشتر در محدوده وسط اتاق موثر می باشند.
    کلیدواژگان: دیفیوزر سقفی چهارطرفه، دینامیک سیالات محاسباتی، کارایی سیستم تهویه، توزیع ذرات
  • سید شهاب موسوی، نیما امانی فرد، حامد محدث دیلمی* ، محمد نقاش نژاد صفحات 883-892
    در تحقیق حاضر، تاثیر شیب بالادست جریان اصلی بر میدان های جریان و دما در روش خنک کاری لایه ای از طریق یک ردیف سوراخ مجزای استوانه ای و سوراخ تزریق لایه گستر به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مطالعه، جریان به صورت سه بعدی، آشفته، تراکم ناپذیر و پایا در نظر گرفته شده است. شبیه سازی های عددی با استفاده از یک شبکه سازمان یافته غیریکنواخت و توسط مدل آشفتگی کی-اپسیلون رینولدز پایین انجام شده است. مسئله حاضر در زاویه تزریق 35 درجه و به ازای نسبت طول به قطر سوراخ 1/75 و نسبت چگالی 2 و همچنین برای نسبت دمش های 0/5، 1 ، 1/5 و 2 مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که در حالت سوراخ تزریق استوانه ای و لایه گستر در نسبت دمش های پایین (کمتر از 1) ، حضور شیب بالادست جریان مفید نخواهد بود. استفاده از سوراخ تزریق لایه گستر باعث ایجاد عملکرد خنک کاری لایه ای بهتری در همه نسبت دمش ها در مقایسه با سوراخ تزریق استوانه ای می شود. همچنین در هر دو حالت سوراخ تزریق لایه گستر و استوانه ای با افزایش نسبت دمش، وجود شیب بالادست باعث بهبود کارایی آدیاباتیک خنک کاری لایه ای می شود. و حالت بهینه برای شرایط مورد مطالعه در حالت صفحه تخت همراه با سوراخ تزریق لایه گستر برای نسبت دمش0/5 رخ می دهد.
    کلیدواژگان: شیب بالادست، خنک کاری لایه ای، سوراخ تزریق لایه گستر، کارایی آدیاباتیک
  • نسترن ربیعی، محمد امین محمودآباد بزچلو، مجید بازارگان * صفحات 893-901
    در این پژوهش با بهره گیری از تست تجربی میدانی و همچنین مدل سازی و حل عددی به بررسی تاثیر فاصله ی طولی بین دو خودرو در سرعت های گوناگون و ارائه ی یک فاصله و سرعت بهینه برای داشتن کمترین میزان ضریب پسا و مصرف سوخت به وسیله ی الگوریتم هوش مصنوعی پرداخته شده است. به این منظور سه سرعت ثابت 70 ، 90 و 110 کیلومتر بر ساعت برای خودروها در نظر گرفته شده است. برای اطمینان یافتن از نتایج حل عددی، با استفاده از اندازه گیری دقیق مصرف سوخت یک دستگاه خودروی سواری، در برخی حالات از تست میدانی بهره گرفته شده است. نتیجه ی این پژوهش نشان می دهد که حرکت پشت سرهم خودروها با رعایت فاصله ی بهینه ی محاسبه شده کاهش 7 درصدی ضریب پسای خودروها را به دنبال خواهد داشت. نتایج پژوهش کنونی برای بزرگراه های اتوماتیک که فاصله ی ایمن بین دو خودرو می تواند خیلی کمتر از فاصله های خودروها در بزرگراه های متعارف باشد، کاربرد بسزایی دارد.
    کلیدواژگان: ضریب پسا، مصرف سوخت، حرکت پشت سرهم خودروها، فاصله ی طولی خودروها، بزرگراه های اتوماتیک
  • هادی نور قاسمی، حسن قاسمی* ، محمد بختیاری، مصباح سایه بانی صفحات 903-912
    یکی از روش های موثر برای کاهش پسا در شناورهای سرشی استفاده از پله در کف بدنه شناور است. پله باعث کاهش سطح تماس بدنه شناور با آب و در نتیجه کاهش پسای شناور می شود. شکل پله می تواند به صورت خط مستقیم در کل عرض بدنه یا به صورت V شکل دارای راس رو به جلو یا عقب طراحی شود. در این مقاله، اثرات زاویه پله رو به جلو بر روی عملکرد هیدرودینامیکی یک شناور سرشی چاین دار به روش عددی حجم محدود مورد بررسی قرار می گیرد. معادلات متوسط زمانی ناویراستوکس همراه با مدل اغتشاشی استاندارد کی-اپسیلون کوپل شده با معادلات حجم سیال برای شبیه سازی جریان سطح آزاد آشفته گذرا در اطراف بدنه شناور به کمک نرم افزارانسیس سی اف ایکس حل می شوند. برای پی شبینی حرکات شناور، معادلات دو درجه آزادی جسم صلب با معادلات حاکم بر جریان سیال کوپل می شوند. به منظور اعتبارسنجی مدل عددی ارائه شده در این مقاله، ابتدا نتایج عددی محاسبه شده با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه می شوند. سپس نتایج عددی به دست آمده برای نیروی پسا، تریم دینامیکی، بالا آمدن مرکز جرم، طول کیل خیس شده، طول چاین خیس شده، توزیع فشار روی بدنه، سطح خیس و پروفیل دنباله پاشنه در سرعت های مختلف و زوایای مختلف پله ارائه و مورد بحث قرار می گیرد. نتایج نشان داد که افزایش زاویه پله رو به جلو تا 10 درجه تاثیر ناچیزی روی تریم دینامیکی و بالا آمدن مرکز جرم شناور دارد، اما اثرات آن بر روی کاهش نیروی پسا قابل ملاحظه بود.
    کلیدواژگان: شناور سرشی پله دار، زاویه پله رو به جلو، نیروی پسا، پروفیل دنباله
  • منوچهر راد، علی زاهدی نژاد * صفحات 913-923
    هدف از مقاله حاضر ساخت و آزمایش یک توربین بادی محوری با ضریب توان بالاتر از 55% است. چرا که این ضریب توان بالاترین مقدار در جدیدترین نمونه های توربین های محوری ساخته شده است. بررسی حاضر منجر به ساخت طرحی جدید از یک توربین بادی کوچک شده که در اندازه گیری های تجربی حداکثر ضریب توان 68 الی 80 درصد را نشان داده است. اندازه گیری ضریب توان روتور دو پروانه ای توربین بادی با نتایج تئوری دو دیسک انتقال توان، که دست یابی به ضریب توان در حد 64 درصد را اثبات کرده، هم خوانی دارد. روتور توربین بادی شامل یک پروانه محوری سه پره ای و یک پروانه ترکیبی شش پره ای بهینه سازی شده است. قطعات توربین بادی با تکنولوژی چاپ سه بعدی ساخته شده اند. یک فن محوری بزرگ به صورت افقی نصب شده است تا جریان باد را ایجاد کند. روی محور روتور یک ترمز مکانیکی کوچک نصب شده است و برای ایجاد گشتاور ترمزی ثابت قابل تنظیم است. نیروی پسای روتور با استفاده از نیروسنج نوع اس که درون یک سازه ایرودینامیکی جاسازی شده، اندازه گیری شده است. توربین بادی کوچک ضریب توان بهینه خود را در جریان باد کم سرعت )در محدوده 1 تا 3 متر بر ثانیه( حفظ کرده است. آزمایش برای روتور توربین و برای توربین بادی دارای جدار و بازوهای تکیه گاهی انجام شده و نتایج تقریبا یکسان به دست آمده است.
    کلیدواژگان: ترمز مکانیکی، توربین بادی محوری، روتور دو پروانه ای، ضریب توان بهینه
|
  • B. Afra, M. Nazari *, M.H. Keyhani Pages 683-695
    An immersed boundary-lattice Boltzmann method along with a lattice spring configuration is proposed. Fluid-solid interaction was accounted for by an additional force density in the lattice Boltzmann equation enhanced with the split-forcing approach. To analyze deformation of a flexible body, a robust lattice spring model is implemented. In this way, solid body is considered by collection of linear springs which are connected regularly inside the body. To reduce instabilities and limitation in selection of lattice spring length and time step, for the first time, we extended an implicit approach based on lattice Boltzmann-lattice spring method. Finally, flow and solid solvers are respectively validated by simulation of flow over a rigid plate and deformation of cantilever beam under axial and bending forces. Then, a deformable plate which is fixed in the middle is simulated. Results are also compared with the results of COMSOL’s software which show accuracy of the presented hybrid method. It is also shown that decreasing of the rigidity of the plate causes reduction of drag coefficient and retardation in initiation of the unsteady conditions.
    Keywords: Immersed boundary, Lattice Boltzmann method, Lattice spring model, Poisson’s ratio, Thin Plate, Critical Reynolds number
  • A Amiri Hezaveh, M.R. Salimi *, M. Taeibi Rahni Pages 697-710
    Single-phase and multiphase flows in porous media, both in nature and in industries, are very important for the wide range of researchers. Specifically, they have many applications in processes such as plant leaf sprays, pesticides, printers, and penetration of rain or surface waters to the soil. The main objective of this research is the analysis of droplet interaction with a porous medium. The droplets are of have similar scale of the pores of the porous medium, which its application is penetration of droplet with specific size into the bed rocks and filtering the droplets. In this study, the porous medium consists of square obstacles with porosity value of 0.8, is exposed to a two-phase flow. The porous medium that is wetted by primary phase is intruded by a droplet. The regimes of the flow is non-Darcian. The effective dimensionless numbers of the physics are Reynolds, Capillary, and Ohnesorge number. The values of exerted dimensionless pressure in the study are 0.000108, 0.000144, and 0.000180 and the range of Ohnesorge is 0.19-0.76. The factors connected with the droplet and secondary phase (related to fluid’s properties), such as surface tension and density ratio along with flow characteristics (such as exerted pressure) are effective and create variations in the behavior of droplet breakup, which in the frame of a comprehensive parametric study, are investigated. The types of droplet breakup, categorized and are presented by characteristic pictures of each case. Moreover, the zoning of each case in Re-Ohn Figure (as a droplet phenomenological breakup map on the basis of two dimensionless number and exerted pressure) is done. The results of the simulations, show the ability to predict droplet behavior in the porous medium using presented charts and moreover, make a comparison on relative effect of effective factors, are the redeeming features of this study. In this study, Lattice Boltzmann method is used as the numerical method that shows a high degree of capabilities and flexibility in relation with multi-phase flows and porous media.
    Keywords: Porous Media, Pore-scale, Multiphase Flow, Droplet, Lattice Boltzmann method
  • M.R. Asari *, S. Adeli, P. Nikandish Pages 711-726
    Exhaust manifold with the cooling system is widely used in diesel engines which use turbocharger. The Appropriate solution to check how fluid passing through the manifold, is using the computational fluid dynamics laws. According to this, after 3D modeling of the manifold’s body and make the appropriate meshing, using multiphase flows laws and Rensselaer Polytechnic Institute separation method for sub-cooled boiling at low pressure, the effects of fluid flow within the manifold have been simulated. In order to validate the method used for boiling, matching the results with the experimental results is performed. The information in this study includes the distribution of temperature, pressure, flow through the interior geometry and amount of vapor volume fraction that is created in the manifold. The results showed that in the inlet and outlet of manifold, there is a high temperature focus and consideration of boiling phenomenon instead of single-phase flow assumption, reduced the maximum temperature of these areas. The pressure which is applied to Manifold is caused by the combustion gases and the pressure of the cooling fluid is negligible in comparison with that. By analyzing the result, two critical areas of temperature focus were introduced and adaptation of cracks in the original sample with one of these areas, is indicating the accuracy and quality of the obtained results.
    Keywords: Exhaust manifold, Sub-cooled boiling, Computational fluid dynamic, Two-fluid boiling model, RPI separation method, Rensselaer Polytechnic Institute separation method
  • S.M. Hosseinalipour *, N. Hajighafoori Boukani Pages 727-739
    In this paper, a two-dimensional numerical simulation is applied to study the vortex-induced vibrations of an elastically mounted rigid circular cylinder beneath a free surface of fluid. The effect of free surface in laminar flow is investigated with considering two gap-ratios. The natural structural frequency of oscillator is assumed to match the vortex shedding frequency for a stationary cylinder at Re=100. Discretization of flow equations based on the Finite Volume method was implemented in computational fluid dynamics commercial software Ansys Fluent 14.0. User Defined Function hooked in the Software is given to couple the motion of cylinder to flow motion. For simulation of free surface, volume of fluid method is used. The effect of free surface is investigated with using a comparison of transverse displacement diagrams and aerodynamics coefficients diagrams for the two gap-ratios. With approaching cylinder to free surface, results show an abatement in the lock-in region and the amplitude of the oscillations and aerodynamics coefficients are changed depending on the Reynolds location branch.
    Keywords: Vortex Induced Vibration, Computational fluid dynamics modeling, free surface, Lock-in region
  • H. Bayani, S.M.H. Mirbagheri * Pages 741-753
    In this study simulation of a two phase bubble nucleation and growth in aluminum A356 in form grip metal foam process was investigated by two steps. At first for modifying current shanchem methos two inline bubble interaction is studied and then two inline bubble integration detail was investigated. Finaly more than two bubble interaction and integration in molten metal environment studied. Results show an interesting difference in bubbles interactions in molten metal compared two other environments. For this purpose at first, for bubble dynamics in molten metals modeling shan-chen model is used. After discretization of problem equation and all alghorithms impelementation, lattice Boltzmann method was used to numerically solve process discrited equations in all domain. By using the developed code in this research cellular structure of metal foam after solidification is predicted in different temperature. Simulated porous structures were compared with metallographic samples of foamed A356 aluminum at 675, 725 and 775 . The results visualy are very similar to actual samples and also the compesion between virtual and actual samples shows best fit in distribution and mean bubbles size between simulation results of current code and metallographic results of actual sample at 675 . Therefore, the current code could be a useful tool for prediction of aluminum foams cellular structure.
    Keywords: Aluminum A356, Form Grip, Lattice Boltzmann method, Shan-Chen model, Multiphase fluid dynamic
  • M. Akbari, S.S. Mortazavi *, H. Shahin Varnoosfaderani Pages 755-766
    The behavior of a drop and drop-to-wall interaction under a uniform electric field is studied by numerical simulations in three dimensions. The electric field is created by imposing an electric-potential difference. The Taylor Leaky Dielectric Model, is used to compute electric force. This force is added to Navier-Stokes equations as a body force. The drop can obtain an Oblate shape (deformation perpendicular to direction of electric field) or a Prolate shape (deformation in the direction of electric field) depending on the electric properties of drop and ambient fluid. It found that the deformation of the drop is in agreement with experimental results finding in literature. The interaction of the drop with the existing walls of the channel is investigated for both Oblate and Prolate drops. This is done at various capillary numbers. Attraction of both Oblate and Prolate drops to the wall, are the results. Increasing the electric capillary number reduces the time of attraction for both drops. For Oblate and Prolate drops with similar flows, higher electric capillary number causes distortion of drop surface near the wall. For another type of Prolate drops, increasing the electric capillary number eventuates to more distance between drop center and the wall.
    Keywords: Front-tracking method, Electric Capillary Number, Ohnesorge Number, Oblate-Prolate Deformation, Electric conductivity-permittivity ratio
  • H. Dastourani, M.R. Jahannama *, A. Eslami Majd Pages 767-784
    Liquid drop suspension in another fluid occurs in many natural processes. Applying electric field has shown a promising outlook for the control of motion, deformation, breakup and guidance of the drops. In this study, the dynamic response of a liquid drop suspended in another fluid across two conducting electrodes held at different electrical potentials has been simulated. In this regard, the effects of electric potential, electrical conductivity and relative permittivity have been studied. According to results, an increase in electric potential and conductivity leads to increasing trend in drop deformation whereas this trend converts into an ascending-descending pattern due to increase in electrical permittivity. An insight into the flow patterns inside and outside the drop shows that the positioning of a liquid drop in an external electric field in addition to drop polarization results in an electric field induced within the drop which causes the creation of vortices inside the drop. Magnitude of electrical conductivity and permittivity factors compared to each other apparently affect the accumulation area of electrical charges on the drop surface which in turn determines the circulating direction of vortices within the drop. Increasing electric field intensity due to an increase in electrical potential or change in magnitude of other physical properties would fortify the electric charge on the drop surface escalating drop deformation towards drop breakup. In this condition, the electrical polarization in addition to drop prolation causes jet exit from which a continuous line of droplets is emerged until the total dissipation of the drop.
    Keywords: Drop deformation, electrical conductivity, electrohydrodynamics, numerical simulation, relative permittivity
  • M. Tarmigh, M. Behbahani, nejad, A. Azimi * Pages 785-797
    Analysis of natural gas transient flow in transmission pipelines is one of the most important issues in the gas industry. Despite the previous studies, the accuracy and the computational time have yet considered as two important challenges in this field. In this paper, a parallel algorithm for numerical simulation of isothermal and non-isothermal gas flows is presented. Numerical analysis of the flow is performed using the implicit Steger-Warming flux vector splitting method. For parallelization, the computer program has been parallelized using Message Passing Interface library. In order to demonstrate the capabilities of the developed computer program, the flow inside two pipelines with different conditions is solved, and the results are validated. Then, some factors such as the computational time, reduction of the time, and the speed up criteria are obtained to demonstrate the computational efficiency of the proposed method. The results show that parallel processing method can significantly reduce computational time of natural gas flow in long transmission pipelines. Moreover, it is shown that application of this approach on the fine computational grids is more efficient than on the coarse grids.
    Keywords: Gas Pipeline, Transient Flow, Parallel Processing, Message Passing Interface Library
  • E. Davarpanah, M. Anbarsooz *, E. Rajabiani Pages 799-812
    Applications of the wavemaker mechanisms in the experimental investigations of wave-structure interactions have attracted various researchers’ attention. Numerical simulations capable of wave generation in a water tank are appropriate substitutes for the expensive experimental studies. Due to the large values of the wave length to wave height ratio and also the water depth to wave height ratio, extremely fine grid points are generally required at the gas-liquid interface and this causes the numerical simulations to be very time consuming. In this study, a new method is proposed for numerical simulation of a piston-type wavemaker which is faster than the previous methods. The proposed method is a combination of a Lattice-Boltzmann method with multilayer moving nested grids and iWeno5 method for treating the kinematic free surface boundary condition. The numerical results of the proposed method are compared with the analytical and experimental data, where a good agreement is observed.
    Keywords: Wavemaker, piston, Lattice Boltzmann, Multi-Layer Grid
  • M. R. Marghoubkar, M. Sefidgar *, M. Mafi, M. Soltani Pages 813-821
    Positron Emission Tomography is one of the most efficient cancer diagnosis methods. In this method a radioactive (positron emitting) substance called Tracer is injected to the patient and the positron emission tomography scanner produces images by capturing the positrons emitted from the tracer existing inside the body. The qualified methods has mistaken in cancer diagnostics. In this paper, a mathematical method is used for diagnosis of cancerous region based on image obtained from positron emission tomography. A compartmental model based on ordinary differential equation is used for this reason. The fludeoxyglucose tracer which is one of most famous tracer for cancer diagnostic is used for modeling and the three compartments model is applied. To verify the applied mathematical methods, the experimental results of real case (positron emission tomography imaging of a mouse) is investigated and activity curve of tracer for different region of real case are plotted for diagnosis of cancerous tissue. The results indicated that reviewing time activity curves alongside positron emission tomography images can help enhancing the accuracy of cancer diagnosis.
    Keywords: Positron emission tomography, Tracer kinetics, Compartmental model, Time activity curve, Fludeoxyglucose
  • M.R. Keshtkar, H. Khaleghi *, S. Yazdanparast, M. Khoramdel Pages 823-836
    Under modern direct injection diesel engine conditions, the spray and combustion processes are known to be controlled by mixing. In large eddy simulation method, large eddies are solved directly and small scales are modeled, so it can potentially improve the predictive capability by better capturing the large-scale mixing of ambient air with the fuel vapor. In this paper, turbulent spray combustion is studied using the large eddy simulation method together with partially stirred reactor model using EPISO- SPRAY code. To develop this code, large eddy simulation method is applied in an Eulerian – Lagranian approach in which conservation equations of both phases are solved and then results of large eddy simulation are compared with those of Reynolds averaged of Navier-Stocks. Simulation of spray combustion using different sub-grid scale models of large eddy simulation method (Simple Smagorinesky and dynamic Smagorinesky) with partially stirred reactor combustion model are presented here. It is shown that with a fine mesh, results are in good agreement with experimental data. Results of non-reacting spray penetration length in gas environment and velocity profile during the intake stage are compared with related experimental data in order to validate the EPISO-SPRAY code performance. It is proved in this study that large eddy simulation results with relative fine mesh are much better than the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations results. Results of reacting liquid spray using simple step kinetic and fuel vapor penetration length are compared with experimental data. It is shown that overall characteristics of diesel spray combustion such as liquid spray penetration and fuel vapor penetration are both in good agreement with experimental data using Reynolds-averaged Navier– Stokes equations or large eddy simulation models. Although small differences in the flame shape are seen with the two methods, maximum and minimum temperatures are predicted to be the same in both models.
    Keywords: Turbulence, Diesel Spray combustion, Large Eddy Simulation, Reynolds averaged of Navier-Stocks equations, Diesel Engine
  • M. Mahmoodi, M. Gorji Bandpy* Pages 837-847
    Actuators with line-break detection system can be used in the zones with no access to national electricity network, hazardous or impassable area enclosure, for passive defense conditions or to protect different ecosystems such as rivers and ground water, forests and fertile land and etc. In this paper, the effects of orifice diameter, pipeline initial pressure and pipeline pressure drop rate on the setting differential pressure in a quarter turn Scotch-Yoke actuator have been studied by 81 tests. The nitrogen gas was used in this experimental study. The actuator differential pressure is increased by the growth of pipeline pressure drop rate or reduction of orifice diameter or pipeline initial pressure. The occurrence time of maximum differential pressure of diaphragm valve depends just on orifice diameter. This time is independent of pipeline pressure drop rate or pipeline initial pressure. It increases with the decrease of orifice diameter. The curves of actuator differential pressure which is generated by different pipeline pressure drop rates are proposed for different pipeline initial pressures and orifice diameters. The values of curves in this diagram with 10 percent safety factor can be used in differential pressure value setting of quarter-turn actuator installed on gas transportation pipelines.
    Keywords: Pressure Drop Rate, Orifice Diameter, Initial Operating Pressure, Gas Pipeline Rupture, Valve Actuator Set-point
  • M. Goudarzi *, E. Khalili Dehkordi Pages 849-862
    Vortex shedding exerts the dynamic and periodic forces on cylindrical structures and increasing the FIV and even the resonance. Controlling the flow over the cylinder and delaying the separation, reduces the vortex shedding and achieves the longer lifetime. Among different passive and active methods of flow control, using the flow controllers is a highly practical method. Two small rotating cylinders, near the main cylindrical structure, can be actively used for this purpose. The effects of the geometrical parameters on the oscillatory response of a particular main circular cylinder have been numerically studied for a particular laminar flow regime. The finite volume based on SIMPLE algorithm has been used for simulating the unsteady flow field. The procedure of finding the correct position to controllers is surveyed. The reduction indexes are defined for calculation the effectiveness of controllers. It is shown that there is an optimum position for the proposed condition in which the variation of lift ad drag forces for the cylinder and two rotating controllers are the minimum one and the vortex shedding is suppressed, too. Moreover, the mean drag coefficient is reduced significantly in the prescribed position for the main cylinder and two rotating controllers.
    Keywords: Numerical Analysis, Cylinder, Laminar flow, Vortex shedding suppression, Rotating controllers
  • E. Azad *, S. Yousefirad, M. DEHVEDAR, P. Moarefvand Pages 863-871
    Differential sticking is one of the most usual and as yet most troublesome problem in drilling. In this paper according to studies on freeing differential sticking by different properties of mud drilling additives, we focused on the impact of water-based mud, bentonite and lignosulfonate. Selecting the appropriate additives are done by mud cake characterization equipment, by measuring the torsional resistance of mud cake with different compositions as the main variable and also measuring secondary variables that consists of mud-weight, mud cake viscosity, Ambient temperature, water loss, mud cake thickness and its physical structure. The results of these tests indicate that in bentonite muds, salt plays role as a destructive factor and PAC as an effective factor in freeing stuck pipe. Lignosulfonate fluid is also effective in freeing differential sticking by its thinner properties. As the main result of this paper, regarding to measurement of torsional resistance in different mud cake, the best method for freeing pipe stuck is low angle rotation of drill string immediately after occurring the pipe stuck.
    Keywords: Differential sticking, Lignosulfonate, torsional resistance, mud cake
  • J. Eslami, A. Abbassi*, M. H. Saidi, M. Saidi Pages 873-882
    Due to increasing application of air conditioning systems in various industries including cleanrooms, the optimized use of the applied equipment for less energy consumption and better contaminant distribution is essential. This paper investigates the effect of four-way ceiling diffuser angle effect on the ventilation system performance numerically using Eulerian-Lagrangian approach. In this study, the initial contaminant distribution is assumed to be uniform in the ventilated space and the room assumed to be without diffuser and with diffusers of 30, 90 and 30-90 blade angles is investigated. This work shows that the diffuser with 30 and 30-90 blade angles decrease the contaminant faster than 90° and without blade configurations. It is also shown that the 90° diffuser and without diffuser cases which shoot air vertically leads to less deposition and higher exit to deposition ratio. Based on flow field pattern, the flow field of cases with 30 and 30-90 degree could sweep particles from corners of the room better than W/O diffuser and 90° cases while their flow field role is less in sweeping corners and the main role is on central locations.
    Keywords: Four-way ceiling diffuser, computational fluid dynamics, HVAC system, Particle distribution
  • S. S. Mousavi, N. Amanifard, H. Mohaddes Deylami *, M. Naghashnejad Pages 883-892
    In this study, numerical analysis has been employed to investigate of upstream ramp effects on the flow and thermal field of incompressible, steady, turbulence three dimensional film cooling through a single row of inclined cylindrical and fan-shaped hole. The computational methodology includes the use of a structured, non-uniform hexahedral grid consisting of the main flow channel, the coolant delivery tube and the feeding plenum. The Low Re K- model is adopted as the turbulence model. In the present study, computations are performed for the flowing range of film cooling parameters: streamwise injection angle 35 deg; film-hole length-to-diameter ratio of 1.75; blowing ratio of 0.5, 1, 1.5 and 2 and density ratio of 1.6. The results show that at lowest blowing ratio (M=0.5) the presence of the upstream ramp for cylindrical hole is in useful. The fan-shaped hole creates better film cooling performance in all blowing ratio compared with the cylindrical hole. As well as in both cases, the fan-shaped and cylindrical hole, the upstream ramp improves the film cooling effectiveness by incrementing blowing ratio. Last but not least, an optimum film cooling geometry for studied cases is occurred on flat plate model by fan-shaped hole at blowing ratio of 0.5.
    Keywords: Upstream Ramp, Film cooling, Fan-Shaped Hole, Adiabatic effectiveness, Numerical investigation
  • N. Rabiei, M.A. Mahmoudabad, M. Bazargan * Pages 893-901
    According to the development of technology of automated highways, the platooning can be benefited for improvement in fuel consumption. Platooning has already been exercised in the nature and industry as an effective tool to reduce the drag coefficient. The goal of this article is to investigate the effect of longitudinal distance between two passenger cars on drag coefficient and hence the fuel consumption numerically and experimentally. It has already been shown by various investigators that a passenger car travelling in the wake of another car will experience a reduction in drag coefficient. The optimized distance and speed to attain the least drag coefficient and fuel consumption are reported. The car’s speeds of 70, 90 and 110 kilometers per hour have been examined in this study. To evaluate the numerical results, some field tests are done. A device which was particularly designed and fabricated to measure the fuel consumption was installed on a sedan midsize car. The results show that the car platooning with an optimized longitudinal distance between two cars can reduce the drag coefficient by 7 percent.
    Keywords: Drag Coefficient, FUEL CONSUMPTION, PLATOONING, LONGITUDINAL DISTANCE BETWEEN CARS, AUTOMATED HIGHWAYS
  • H. Nourghasemi, H. Ghasemi *, M. Bakhtiari, M. Sayehbani Pages 903-912
    One of the most effective methods to diminish the drag of the planning craft is using step at the bottom of the hull. Stepped hull causes to reduce the wet area and as a results reduce the drag. Shape of the step may be designed in a straight line through the entire width of the hull or it may be V-shape with a forward or backward sweep angle. In this paper, the effect of step sweep-forward angle on the hydrodynamic performance of a planning chine hull vessel is investigated by finite volume method. Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations with standard k-ɛ turbulence model coupled with volume of fluid equations are solved in order to simulate transient turbulent surface flow around the hull with the help of Ansys CFX software. In order to predict the craft motions, equations of rigid body motions for two degrees of freedom are coupled with fluid flow governing equations. To validate presented numerical model, first the numerical results are compared with available experimental data and then obtained numerical results at different speeds and step angles are presented and discussed. The results show that the sweep-forward step angle up to 10 degrees have an insignificant effect on dynamic trim and sinkage, but its effect on the reduction of drag is significant.
    Keywords: Stepped planing craft, Step sweep-forward angle, Drag, Wake profile
  • M. Rad, Ali Zahedi Nejad * Pages 913-923
    The aim of the present paper is fabrication and testing an axial wind turbine with power-coefficient greater than 55 percent. Since this power-coefficient is the highest value among the most recent fabricated axial turbines. The present study has led to manufacturing new design of a small wind turbine that has shown power-coefficient of 68 to 80 percent in experimental measurements. Measuring power-coefficient of two-propeller rotor of the wind turbine is in accordance with double-actuator-disc theory, which has proved achievement to power-coefficient of 64 percent. The rotor of the wind turbine consists of an axial three-blade propeller and an optimized six-blade combined-propeller. The parts of the wind turbine have been manufactured with three-dimensional print technology. A large axial fan has been installed horizontally to produce wind flow. A miniature mechanical brake has been installed on the rotor’s axis and it is adjustable for generating constant braking torque. The rotor’s drag force has been measured with the S-type load-cell that was accommodated in an aerodynamic structure. The small wind turbine has preserved its optimum power-coefficient in the low speed wind flow (in the range 1 to 3 m/sec). Experiment has been accomplished for the rotor of turbine and for the wind turbine having walls and supporting arms and nearly the same results has been achieved.
    Keywords: Axial wind turbine, double-propeller rotor, mechanical brake, Optimum power-coefficient