فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و یکم شماره 2 (خرداد و تیر 1398)
  • سال پنجاه و یکم شماره 2 (خرداد و تیر 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/04/01
  • تعداد عناوین: 19
|
  • حسن خالقی*، کاظم محمدزاده صفحات 227-248
    یکی از مسائل کلیدی پیل سوختی غشاء تبادل پروتون، مدیریت آب است. این موضوع بدون در نظر گرفتن انتقال آب مایع درون پیل میسر نیست. در این مقاله مدل سازی عددی مدیریت آب در پیل سوختی غشاء تبادل پروتون به صورت دوبعدی و پایا انجام شده است. معادلات بقای جرم، مومنتم، انرژی، یون ها، گونه های اکسیژن و بخار آب و معادله انتقال آب مایع در تمام لایه های پیل شامل الکترودهای کاتد و آند حل شده ا ند. مطالعه ای عمومی بر فرآیندهای جاری در پیل با ارائه کانتورهای سرعت، دما، غلظت گونه های مختلف و اشباع آب مایع انجام شده است و تاثیر آب مایع بر کارآیی پیل مورد توجه قرار گرفته است. همچنین تاثیر میان گذر گازهای واکنش دهنده از غشاء بر راندمان پیل بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با در نظر گرفتن اثر آب مایع در پیل سوختی غشاء تبادل پروتون، منحنی قطبش و منحنی راندمان مربوطه پایین تر قرار می گیرد.  اثرات چند متغیر کلیدی مانند ضریب نفوذ آب مایع، چگالی جریان، ضخامت غشاء و نسبت اکسیژن به نیتروژن روی شرایط و عملکرد پیل سوختی غشاء تبادل پروتون نظیر میزان اشباع آب مایع، غلظت مولی اکسیژن، چگالی توان، دمای پیل، بازده میان گذر، بازده کلی، پتانسیل و افت پتانسیل اهمی بررسی شده است. مشاهده شد که اشباع آب مایع در آند نیز قابل توجه است که ضرورت بررسی بیشتر رفتار آب مایع در این الکترود را می رساند. مقدار اشباع آب مایع در هر دو الکترود کاتد و آند با افزایش چگالی جریان، افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: بررسی عددی، پیل سوختی غشاء تبادل پروتون، مدیریت آب در آند، میان گذر گاز از غشاء
  • حمیدرضا حقیقی فرد، محمد مهدی توکل* صفحات 249-260
    در تحقیق حاضر میدان جریان متلاطم باد اطراف دو ساختمان هم ردیف بدون پایه و بر روی پایه در فواصل مختلف به روش عددی بررسی شده است. به منظور مدل سازی آشفتگی از دو مدل آشفته(k-ɛ)دسته نرمالسازی مجدد و k-ɛتحقق پذیر استفاده شده است. براساس شبیه سازی های عددی صورت گرفته، توزیع سرعت طولی اطراف ساختمانهای منفرد بدون پایه و بر روی پایه با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده اند. سپس با استفاده از مدل اعتبار سنجی شده، برای شبیه سازی میدان جریان اطراف ساختمانهای هم ردیف بدون پایه و بر روی پایه از مدل k-ɛتحقق پذیر استفاده شده و سرعت طولی برای دو عدد رینولدز 17000 و 170000 ارائه شده اند. به صورت تقریبی میدان سرعت اطراف مدل ساختمان های بدون پایه در دو عدد رینولدز مشابه می باشند، اگر چه برای ساختمان های بر روی پایه تفاوت اندکی در توزیع سرعت به ویژه در بخش زیرین و روی ساختمانها مشاهده می شود. مقایسه نتایج نشان می دهد که قرار دادن ساختمان بر روی پایه به دلیل حذف جریان برگشتی در پشت ساختمان منجر به کاهش نیروی پسای وارده به ساختمان می گردد. همچنین وجود پایه ها سبب می شود که طول اتصال مجدد روی ساختمان بالادست افزایش یابد.
    کلیدواژگان: ساختمان های هم ردیف، ساختمان بر روی پایه، طول جدایش، جریان برگشتی
  • امین الله ویسی، محمدحسین شفیعی * صفحات 261-280

    در کار حاضر جریان حول یک توربین باد محور افقی با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ در سرعت های دورانی مختلف مطالعه شده است. نتایج نشان می دهند که افزایش سرعت دورانی باعث افت بیشتر سرعت در پایین دست جریان می شود. برای مثال در فاصله 1D پس از توربین باد در 6= λ2 سرعت کمینه 52 درصد سرعت اولیه است و پس از طی مسافت 6D این مقدار به 67 درصد سرعت اولیه می رسد. در 10 = λ3 سرعت کمینه 26 درصد سرعت اولیه است و پس از طی مسافت 6D این مقدار به 68 درصد سرعت اولیه می رسد. بسامد گردابه های جدا شده از پره با افزایش سرعت دورانی افزایش می یابند. گردابه های جدا شده از پره تمایل به پخش شدن در جهت عمودی دارند و با افزایش سرعت دورانی شدت پخش آن در جهت عمودی بیشتر می شود. تقویت گردابه ها در ناحیه دنباله دور در سرعت های دورانی بالاتر تنها بخاطر افزایش شدت چرخش نیست، بلکه بخاطر برخورد گردابه ها به یکدیگر و تشکیل گردابه های جدیدتر است. این موضوع در کارهای گذشته گزارش نشده است. همچنین افزایش شدت آشفتگی و تنش های برشی رینولدز در جهت جریان، بخاطر برش شدید جریان باد و تولید مکانیکی انرژی سینتیکی آشفتگی است.

    کلیدواژگان: توربین باد، شبیه سازی گردابه های بزرگ، جریان آشفته، ساختارهای آشفتگی
  • فرید دولتی، نیما امانی فرد، خشایار یزدانی، حامد محدث * صفحات 281-296

    در مقاله حاضر، خشک کردن یک جسم مرطوب در حضور و بدون حضور میدان الکتریکی به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای حل معادلات میدان های الکتریکی، جریان، دما و غلظت در فاز سیال و همچنین میدان های دما و رطوبت در جسم مرطوب از روش حجم محدود استفاده شده است. در این مطالعه، تاثیر پارامترهای موثر از قبیل ولتاژ اعمالی و آرایش الکترود تزریق کننده بر نرخ خشک کردن و همچنین مصرف انرژی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که در حضور میدان الکتریکی، با افزایش ولتاژ اعمالی از 18 کیلو ولت به 24 کیلو ولت رطوبت خروجی از جسم متختخل 78/3برابر و توان مصرفی پدیده الکتروهیدرودینامیک 96/7 برابر افزایش می یابد. همچنین مشاهده شده که نرخ خشک کردن با کاهش فاصله بین الکترود تزریق کننده و جمع کننده افزایش می یابد. مطابق نتایج عددی، افزایش انتقال جرم معمولا با افزایش مصرف انرژی همراه می باشد؛ بنابراین مصرف انرژی ویژه به عنوان معیار نهایی مورد ارزیابی قرار گرفته شده است. قابل مشاهده می باشد که مقدار مصرف انرژی ویژه فرآیند خشک کردن با تغییر آرایش الکترود تزریق کننده به طور چشمگیری تحت تاثیر قرار گرفته است. در پایان نیز یک آرایش بهینه به عنوان آرایش مقرون به صرفه معرفی شده است.

    کلیدواژگان: انتقال جرم، باد کرونا، جسم متخلخل، مصرف انرژی ویژه
  • حامد نظری، سید پدرام پورنادری* صفحات 297-312
    در این تحقیق، اثر میدان الکتریکی روی تغییر شکل و تغییر فاز یک قطره کاملا رسانای معلق در یک سیال عایق بررسی می شود. معادلات اساسی، معادلات جریان و انرژی در حالت تراکم ناپذیر می باشند. اثر میدان الکتریکی به صورت تنش های نرمال در سطح مشترک ظاهر می شود که باید هنگام حل معادلات جریان اعمال شوند. از روش سطح تراز برای ردیابی سطح مشترک استفاده می شود. ناپیوستگی های موجود در سطح مشترک با استفاده از روش سیال مجازی اعمال می گردند. ابتدا تاثیر میدان الکتریکی روی هیدرودینامیک قطره مطالعه می شود. تطابق خوبی بین نتایج شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی مشاهده می گردد.. در اثر تنش های الکتریکی، قطره دچار تغییر شکل شده و در جهت میدان کشیده می شود. با افزایش عدد مویینگی الکتریکی، تغییرشکل قطره افزایش می یابد. اگر عدد مویینگی الکتریکی از حد بحرانی فراتر رود، تغییر شکل قطره ناپایا خواهد بود. نوآوری تحقیق حاضر مربوط به مطالعه اثر میدان الکتریکی روی تبخیر قطره می باشد. بر اساس نتایج حاصل، نرخ تبخیر قطره در حضور میدان الکتریکی افزایش می یابد. در صورتی که عدد مویینگی الکتریکی از حد معینی)عدد مویینگی الکتریکی بحرانی تبخیر(تجاوز کند، تبخیر قطره به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. این مقدار بحرانی برای اولین بار در این تحقیق معرفی می شود.
    کلیدواژگان: روش سطح تراز، میدان الکتریکی، تغییر شکل قطره، تغییر فاز
  • بهروز افرا، محسن نظری*، محمدحسن کیهانی صفحات 313-328
    در این مطالعه، روش مرزغوط هور - شبکه بولتزمن به عنوان حلگر ناحیه سیال با روش اجزا گسسته به عنوان شبیه ساز برخورد ذرات ترکیب می شود. حاصل این ترکیب ایجاد مدل عددی توانمند خواهد بود که قادر به تحلیل جریانهای ذرهای با دقت مرتبه دو می باشد. در روش اجزا گسسته جهت تحلیل نیروی برخورد، به دو ذره اجازه داده می شود که در یکدیگر نفوذ کنند که این امر باعث ایجاد یک مدل واقعیتری از برخورد نسبت به مدلهای قبلی می شود. روش ترکیبی ذکر شده به طور جداگانه با شبیه سازی برخورد خشک)عدم حضور سیال(دو ذره صلب و همچنین شبیه سازی سقوط تک ذره صلب دایروی در یک کانال عمودی صحت سنجی می شود. در نهایت سقوط دو ذره صلب دایروی در کانال عمودی مورد مطالعه قرار خواهد گرفت و تاثیر پارامترهای فیزیکی موثر بر رفتار ذرات در حین برخورد، نظیر میزان صلبیت، ضریب بازگشت و اصطکاک بر نتایج بررسی می شود. در فصل نتایج نشان داده شده است که ضریب اصطکاک باعث فزایش مدت زمان کیسینگ می شود که در نتیجه باعث ایجاد تغییرات قابل توجهی در مسیر حرکت ذرات خواهد شد. همین طور نشان داده شد، که در این فیزیک خاص، ضریب بازگشت تاثیر چندانی بر رفتار ذرات حین برخورد نخواهد داشت.
    کلیدواژگان: مرز غوطه ور- شبکه بولتزمن، الگوریتم اعمال نیروی چندمرحله ای، المان گسسته، سقوط دو ذره
  • رضا مریمی، علی اکبر دهقان*، عباس افشاری صفحات 329-346

    در مطالعه حاضر نویز منتشر شده از یک مدل استوانه ای با مقطع دایر های به قطر 22 میلی متر و طول 500 میلی متر بطور تجربی بررسی شده است. برای این منظور نوسانات فشار سطحی با استفاده از میکروفون های کندانسوری کوچک Pa‐WM‐61A هم در جهت دهانه مدل و هم در جهت محیطی اندازه گیری شده است. کلیه آزمایش ها در تونل باد مادو نصوت با سطح آشفتگی 0/3 درصد و حداکثر سرعت 25 متر برثانیه انجام گرفته است. نتایج نشان دادند که نویز باریک باند به ترتیب برای سرعت های 10 و 15 و 20 متر بر ثانیه در بسامدهای ریزش گردابه 98 و 142 و 186 هرتز رخ می دهد که تقریبا متناظر با عدد استروهال0/2است. علاوه براین هارمونیک های اول و دوم آن به ترتیب در بسامدهایی دو و سه برابر بسامد ریزش گردابه رخ می دهند. در این مطالعه بهترین اجتماع داده های طیف فشار سطح در محدوده بسامدهای پایین و میانی به ازای استفاده از مقیاس های جریان بالادست)مرتبط باساختارهای بزرگ(و در بسامدهای بالا به دلیل استفاده از پارامترهای مرتبط با جریان پایین دست مدل)مرتبط باساختارهای کوچک(در محل شکل گیری گردابه حاصل شده است. توابع همدوسی عرضی و محیطی، نشان می دهند که ابعاد فیزیکی و طول عمر)زمان فروپاشی(گردابه های بزرگ بیشتر است.

    کلیدواژگان: نویز باریک باند، مدل استوانه ای با مقطع دایره ای، طیف فشارسطح، سرعت جابجایی ادی ها، طول مشخصه در راستای دهانه
  • سید خلیل شریعتی، سید حسین موسوی زادگان* صفحات 347-364
    مقاومت و شکل موج تولیدی برروی سطح آزاد آب در اثر حرکت یک مدل زیرسطحی با انجام آزمایش و محاسبات عددی تعیین گردیده است. آزمایش ها بر روی مدل در آزمایشگاه ملی خلیج فارس انجام و جسم در سرعت و عمق های مختلف در حوضچه آزمایش، توسط ارابه کشیده شده است. مدل زیر سطحی از جنس پلی اتیلن ساخته شده و توسط یک بازو در انتها به ارابه متصل گردیده است. قرارگیری بازوی اتصال در انتهای جسم، اندازه گیری شکل موج بدنه جسم را میسر می نماید، اما اندازه گیری ها، مقاومت مجموع مدل و بازو را با هم نشان می دهد. تاثیرات متقابل بازو و جسم با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی بررسی و تعیین شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که اثر بازوی اتصال بر روی نیروی مقاومت غیرخطی بوده و روش جمع آثار معتبر نمی باشد. مقاومت خالص بدنه با تعیین ضریب تصحیح بازو و حذف اثر آن تعیین شده است. شکل موج تولیدی توسط چهار حسگر که در عرض حوضچه و در یک محل ثابت نصب گردید، ثبت شده است. شکل موج تولیدی همچنین با مدل سازی جریان اطراف جسم و با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی محاسبه و با مقادیر آزمایشگاهی مقایسه گردید. نتایج تجربی اندازه گیری شده و عددی محاسبه شده از تطابق خوبی برخوردار هستند. نتایج تجربی حاصل می توانند برای معتبر سازی و تنظیم روش های عددی مورد استفاده قرار گیرند.
    کلیدواژگان: زیرسطحی جوبرت، آزمایش مدل، سطح آزاد، ضریب مقاومت، دینامیک سیالات محاسباتی
  • نیکی رضازاده، رضا ناطری، مهدی دیمی دشت * صفحات 365-380

    در مطالعه حضر رفتار سیال به منظور ارزیابی اثرات جریان مخالف ناشی از حرکت قطار بر عملکرد فن های کندانسور سامانه سرمایشی مورد بررسی قرار می گیرد. در سرعت های مختلف قطار، پروفیل منحنی سرعت جریان خروجی از فن و همچنین تغییرات دمایی در محدوده فن مورد بررسی قرار گرفتند. در تحلیل عددی، معادلات ناویر استوکس و انرژی برای جریان درهم و تراکم ناپذیر و مدل توربولانسی k-ε نیز برای مدل سازی جریان درهم استفاده شده اند. نتایج به صورت تغییرات دما در محدوده فن، سرعت جریان فن و طول موثر که به عنوان معیاری برای میزان هدایت جریان خروجی از فن در خلاف جهت حرکت قطار می باشد در سرعت های مختلف قطار شهری گزارش شده اند. در سرعت های بالای قطار، سرعت منفی در فن و افزایش طول موثرموثر مشاهده شده اند. در حداکثر سرعت قطار، طول موثر بدون بعد در ارتفاع 10 و 20 سانتی متری به مقدار 0/528 و 0/952 می رسد. در انتها نیز پارامتری که بیانگر نسبت نرخ حرارتی به نرخ حرارتی ماکزیمم بیشینه می باشد در ارتفاع 10 سانتی متری تعریف می شود که مقدار آن در حداکثر سرعت قطار 5/88 درصد می باشد که دلیل کاهش این پارامتر غالب شدن جریان مخالف بر جریان فن بوده است.

    کلیدواژگان: جریان مخالف، سیستم تهویه، کندانسور، تغییرات سرعت و دما، ظرفیت حرارتی
  • حسین خراسانی زاده، مجتبی سپهرنیا*، رضا صادقی صفحات 381-398

    در این مقاله میدان جریان و انتقال حرارت نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم در یک چاه گرمایی میکروکانالی مستطیلی، شامل هفت میکروکانال با مقطع مثلثی متساوی الساقین، به صورت عددی و سه بعدی با لحاظ نمودن هدایت در قسمت های
    جامد بررسی شده است. معادلات حاکم با روش حجم محدود بر مبنای اجزا محدود و با استفاده از الگوریتم کاپلد حل شده اند. هدف اصلی بررسی اثر چهار آرایش مختلف بر روی میدان جریان و انتقال حرارت نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم بوده است استفاده از نانوسیال و افزایش کسر حجمی از صفر تا 4 درصد موجب افزایش عدد ناسلت متوسط بین 4/72 درصد تا 5/47 درصد کاهش مقاومت حرارتی بین1/81تا 2/34 و کاهش نسبت بیشینه اختلاف دمای کف چاه گرمایی به شار حرارتی بین1/28 درصد تا 1/56 درصد می شود آرایشI نسبت به سه آرایش دیگر بین1/69 درصد تا 18/33 درصد عدد ناسلت متوسط بیشتر، بین 3/55 درصد تا 29/29 درصد مقاومت حرارتی کمتر و بین 5/23 درصد تا 36/25درصد نسبت بیشینه اختلاف دمای کف چاه گرمایی به شار حرارتی کمتر دارد همچنین شاخ صهای عملکرد چاه گرمایی با در نظر گرفتن اثر حرکت براونی بین 0/1درصد تا 0/75 درصد و با در نظر گرفتن خواص متغیر با دما بین1/9درصد تا 3/9 درصد بهبود پیدا می نمایند

    کلیدواژگان: چاه گرمایی، میکروکانال مثلثی، آرایش ورودی و خروجی، حرکت براونی، خواص وابسته به دما
  • حمزه اشراقی، رضا شمس الدینی، ابوالقاسم مسگرپور * صفحات 399-412

    طراحان توربوماشین همیشه به دنبال کاهش وزن کمپرسورها بوده اند و لازمه کاهش وزن علاوه بر بکار بردن مواد مناسب، استفاده از طبقات کمپرسور با نسبت فشار بالا و راندمان مناسب می باشد. برای داشتن طبقه ای با نسبت فشار بالا درحالی که راندمان حفظ شود، نیاز به کنترل لایه مرزی روی پره می باشد. تاندم یکی از روش هایی است که می تواند لایه مرزی روی پره را درحالی که چرخش پره زیاد باشد، کنترل کند و مانع جدایش جریان شود. در این مقاله یک طبقه تاندم به صورت سه بعدی مورد تحلیل قرار گرفته است و با استفاده از روش تبدیل زمان، طبقه تاندم به صورت گذرا حل شده است. ابتدا نتایج حل گذرا با پایا مقایسه شده و نشان داده شده که حل گذرا محدوده عملکرد طبقه تاندم را در دور طراحی حدود  25 %و در دور  80% حدود 28%  بیشتر پیش بینی می کند، سپس مکانیزم ها وساختارهای آیرودینامیکی موجود در جریان و موثر بر ناپایا بودن جریان درون طبقه مطالعه شده است.در این مطالعه مشاهده شده است که حل گذرا بر خلاف حل پایا گردابه ها، جریان نشتی و واماندگی گوشه ریشه ی روتور را از قاب بین روتور و استاتور عبور داده و باعث شده که استاتور جریان متفاوتی نسبت به حل پایا داشته باشد.

    کلیدواژگان: کمپرسور، تاندم، گذرا، تبدیل زمان، ساختارهای آیرودینامیکی
  • فرهاد رئیس زاده، مرتضی بهبهانی نژاد، پدرام حنفی زاده، ابراهیم حاجی دولو* صفحات 413-426

    در مقاله حاضر رفتار و الگوهای جریان دوفازی پائین رو آب - هوا در لوله عمودی به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی آزمایشگاهی یک دستگاه آزمایش با قابلیت مشاهده و عکس برداری ساخته و راه اندازی شده است. سیالات مورد استفاده آب و هوا بوده و نتایج جریان برای 391 حالت انتخابی با تغییر سرعت ظاهری آب و هوا بدست آمده و پس از پردازش عکسها و بررسی الگوها، نقشه جریان تهیه و ارائه شده است. با استفاده از نمودار الگوی جریان)نقشه جریان(حاصل از نتایج آزمایشگاهی، شرایط وقوع الگوهای مختلف جریان دوفازی شناسایی و سپس از این شرایط در بدست آوردن شبیه سازی عددی استفاده شده است. برای شبی هسازی عددی الگوهای جریان دوفازی پایی نرو از روش چندسیالی در دیدگاه اویلر - اویلر در نرم افزار انسیس-فلوئنت استفاده شده است. نتایج حاصل از شبی هسازی عددی تطابق خوبی برای تمام الگوهای مورد انتظار از نقشه جریان تجربی را نشان می دهد و می توان نتیج هگیری کرد که برای پی شبینی الگوهای جریان دوفاز رو به پایین می توان از روش های عددی استفاده نمود. در انتها نیز نقشه جریان با استفاده از حل عددی تهیه و با نقشه جریان تجربی مقایسه و تطابق نسبتا خوبی مشاهده شد. مقادیر تجربی و عددی سرعتهای ظاهری آب و هوا در مرزهای انتقال نیز مقایسه شد. بیشترین مقدار خطا 6/ 20 درصد و کمترین مقدار خطا 4/ 11 درصد برای پیش بینی مرزهای انتقال جریان بدست آمد.

    کلیدواژگان: الگوی جریان، جریان دوفازی پایین رو، دوسیالی، فلوئنت
  • امیرحسین حجتی، نیما امانی فرد*، میراحمد لشته نشایی، سامرا دولتی صفحات 427-436
    پیش بینی اثر امواج روی موج شکن ها، برای طراحی بنادر حیاتی می باشد. موج شکن های شناور قابلیت نصب، جابه جایی و استفاده مجدد در شرایط متفاوت، حتی در آب های عمیق را دارا هستند. اما واکنش پیچیده آنها در پاسخ دینامیکی به انتقال موج، کاربردشان را برای محدوده دوره تناوبی معینی مناسب می سازد. در این تحقیق با بکارگیری روش هیدرودینامیک ذرات هموارغیرقاب لتراکم با الگوریتم سه مرحله ای، اثرات امواج روی یک جفت موج شکن شناور و نیز ترکیب موج شکن شناور-غوطه ور بررسی شده است. رفتار موج شکن شناور مانند سیستم جرم و فنر در نظر گرفته شده و از اثرات سیستم مهارکننده موج شکن به کف دریا و از اثرات باد صرف نظر شده است. برای اعتبارسنجی الگوریتم حل، تغییرات دامنه نوسان موج شکن های شناور با نتایج تجربی مقایسه شد؛ که از تطابق خوبی برخوردار است. موج شکن در معرض یک موج سینوسی با دوره تناوب های مختلف کمتر از 3 ثانیه قرار می گیرد. معیار کارایی موج شکن، ضریب انتقال موج می باشد. مطابق نتایج به دست آمده، استفاده از موج شکن های شناور در محدوده دوره تناوبی کمتر از 2 ثانیه بهینه می باشد و حضور موج شکن شناور در مجاورت موج شکن غوطه ور به تثبیت فشار و کاهش نوسانات کمک می کند. همچنین، موج شکن های شناور با حرکت عمودی نسبت به موج شکن های مشابه دارای حرکت افقی، کارایی بهتری دارند.
    کلیدواژگان: موج شکن شناور، موج شکن غوطه ور، ضریب انتقال موج، هیدرودینامیک ذرات هموار، بررسی عددی
  • پوریا اکبرزاده*، سید معین درازگیسو، محمد امین شهنازی، احمد عسکری له صفحات 437-454

    در تحقیق حاضر، برای نخستین بار از روش پیش شرط سازی توانی محلی، جهت شبیه سازی جریان های تراکم ناپذیر آشفته پایا و ناپایا در اطراف ایرفویل ها در اعداد رینولدز بالا استفاده شده است. در این روش، معادلات حاکم با تغییر در جملات مشتق زمانی اصلاح می گردند. معادلات حاکم به کمک روش عددی حجم محدود جیمسون گسسته سازی می شوند. همچنین برای حل جریان ناپایا از الگوریتم ضمنی دوزمانه و برای شبیه سازی عددی جریان آشفته از مدل جبری بالدوین و لومکس استفاده شده است. محاسبات برای جریان پایا و ناپایای آشفته عبوری از ایرفویل های NACA0012 و ONERA-A در اعداد رینولدز و زوایای حمله مختلف ارائه شده است. نتایج ارائه شده در این مطالعه شامل منحنی های سرعت، فشار و لزجت گردابه ای، توزیع ضریب فشار، ضرایب برآ و پسا و تاثیر روش پیش شرط توانی بر نرخ همگرایی می باشد. حل عددی ارائه شده و استفاده از روش پیش شرط توانی در هر دو جریان آشفته پایا و ناپایا در اعداد رینولدز بالا از دقت قابل قبولی برخوردار می باشد. همچنین استفاده از این روش سرعت همگرایی را تا حد زیادی افزایش داده به طوری که تعداد تکرار گام حل عددی و به تبع آن زمان واحد پردازش مرکزی در هر دو جریان پایا و ناپایا را به شکل قابل توجهی کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: جریان های آشفته، مدل جبری بالدوین و لومکس، روش پیش شرط توانی، الگوریتم ضمنی دوزمانه، سرعت همگرایی
  • احسان ایزدپناه*، یاسر امینی، علی عاشوری صفحات 455-470
    در ارتعاش القایی گردابه، سازه با جریان سیال تاثیر متقابل دارد که منجر به ارتعاش سازه شده و در شرایطی موجب تخریب سازه می شود. در این مقاله، اثر ارتعاش القا شده بر تک سیلندر و دو سیلندر در حالت های چرخان و غیر چرخان به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. در حالت تک استوانه غیرچرخان نتایج نشان داد سرعت کاهنده و ضریب میراکننده تاثیر قابل توجهی بر اختلاف فاز بین مولفه های مختلف نیروی وارده بر سیلندر، شکل گردابه های تشکیل شده، الگوی ریزش آنها و ارتعاش سیلندر دارند. افزایش ضریب میرایی باعث کاهش ارتعاشات سیلندر می شود. الگوی ریزش گردابه برای همه سرعت های کاهنده و ضرایب میرایی مورد بررسی به صورت 2S است. در بین موارد بررسی شده، دو نوع الگوی ارتعاشی هارمونیک کامل و ضربه مشاهده شد. بیشترین دامنه ارتعاش سیلندر مربوط به سرعت کاهنده 4 در ς=0 بوده و کمترین جابه جایی سیلندر مربوط به سرعت کاهنده 3 است. در حالت استوانه های چرخان مشاهده گردید که چرخش سیلندر آرایش ریزش گردابه های پشت سیلندر را تغییر می دهد و قدرت آنها را کاهش می دهد و این امر، باعث کاهش محسوس نوسانات ضریب برآو در نتیجه کاهش شدید ارتعاش سیلندرها می شود.
    کلیدواژگان: ارتعاش القایی گردابه، ریزش گردابه، پدیده ضربه، سیلندر دایره ای
  • ثاراله عباسی*، احسان بهروزی زاده صفحات 471-482
    در این مقاله، به بررسی ساختار جریان نشتی نوک در روتور یک کمپرسور محوری گذرصوت در شرایط عملکردی مختلف پرداخته می شود. نتایج بر اساس شبیه سازی عددی جریان لزج به صورت سه بعدی با حل معادلات ناویر-استوکس، پیوستگی و انرژی و با استفاده از نرم افزار تجاری انسیس سی. اف. ایکس ارائه گردیده است. در ابتدا، به منظور اعتبارسنجی نتایج حاصله، منحنی عملکردی با استفاده از شبیه سازی حاضر استخراج و با نتایج تجربی مقایسه گردیده است که تطابق خوبی مشاهده می شود. در ادامه، نتایج برای سه دبی عملکردی شامل شرایط طراحی، شرایط خفگی و شرایط نزدیک به استال استخراج و با یکدیگر مقایسه گردیده اند. نتایج نشان می دهند که با کاهش نرخ دبی جرمی از شرایط خفگی به شرایط نزدیک استال، جریان نشتی نوک تقویت گردیده و در مقابل جریان اصلی مقاومت کرده و منجر به ایجاد افت بیشتر می گردد. به علاوه با توجه به رخداد شوک در نزدیکی نوک، مشاهده می گردد که با کاهش دبی جریان، موقعیت رخداد شوک به سمت بالادست حرکت می کند. برخورد جریان نشتی نوک، شوک و جریان اصلی ساختار پیچیده ای را در شرایط نزدیک استال ایجاد می کند که موجب افزایش شدید آنتروپی، رخداد جریان های گردابی و انسداد در مسیر جریان می گردد.
    کلیدواژگان: کمپرسور محوری، شبیه سازی عددی، منحنی عملکردی، شرایط عملکردی
  • محمد محسن شاه مردان، حسن حسن زاده*، محمود نوروزی، امین شهبانی صفحات 483-496

    در این مقاله، جریان اینرسی و غیر همدمای سیال ویسکوالاستیک در کانال صفحه ای متقارن با انبساط ناگهانی 3:1 برای محدوده اعداد برینکمن 0/01≥Br≥20 بررسی شده است. برای مدل سازی رفتار سیال ویسکوالاستیک، از مدل رئولوژیکی و غیرخطی فن تین-تنر استفاده شده است. از روش حجم محدود برای گسسته سازی معادلات حاکم و از الگوریتم پیزو برای حل همزمان این معادلات استفاده شده است. جریان سیال غیر قابل تراکم و دارای خواص متغیر بوده و جمله اتلافات ناشی از لزجت در معادله انرژی در نظر گرفته شده است. در این مقاله، تاثیر اتلافات ناشی از لزجت توسط عدد برینکمن برای انتقال حرارت جریان سیال ویسکوالاستیک عبوری از کانال بررسی شده است. بدین منظور، خطوط جریان، خطوط همدما، منحنی سرعت، توزیع دما و اعداد ناسلت محلی در مقاطع عرضی مختلف، روی خط مرکزی و در مجاورت دیواره های بخش انبساط یافته کانال ترسیم و بررسی شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که برای ناحیه در حال توسعه هیدرودینامیکی و حرارتی، بیشترین اعداد ناسلت محلی مربوط به دیواره های پایینی و بالایی بخش انبساط یافته کانال به ترتیب در انتهای گردابه اول و گردابه دوم واقع می شوند.

    کلیدواژگان: سیال ویسکوالاستیک، اعداد برینکمن، اتلافات لزجت، عدد ناسلت محلی، بخش انبساط یافته
  • حمبدرضا باباخانی، قاسم حیدری نژاد*، علیرضا رستمی صفحات 497-506

    هدف از این پژوهش شبیه سازی جریان خون در پیکربندی های با یپس، به منظور پیش بینی بهترین پیکربندی در بیماری با دو گرفتگی 65 و 50 درصد در حالت استراحت است. دامنه محاسباتی از تصاویر CT ساخته شده است. در این تحقیق خون سیالی هموژن، غیرنیوتونی و جریان خون، ضربانی فرض شده است. برای در نظر گرفتن اثرات غیرنیوتونی از مدل کاریو و در خروجی عروق کرونری از مدل لامپ هفت المانی و در خروجی آئورت از مدل سه المانی ویندکسل استفاده شده است. نتایج مقایسه بین پیکربندی های پی در پی موازی و ضر بدری نشان می دهد، در محل اتصال به صورت موازی با رگ میزبان، در بستر و اطراف ناحیه اتصال کمینه TAWSS کمتر از مقدار بحرانی 4/0 است، همچنین روی رگ پیوندی به سبب انحنای تند شاخه پیوندی، بیشنیه OSI بیشتر از مقدار بحرانی 1/0 است، بنابراین پیوند پی در پی موازی مستعدتر از ضر بدری نسبت به تجمع چربی و بیماری هایی نظیر تورم عروق یا اینتیماهایپرپلاژیا است. از طرفی نتایج پژوهش حاضر نشان می دهد با انجام عمل جراحی با یپس پی در پی موازی و ضربدری می توان مقادیر بحرانی تنش برشی در ناحیه تنگی را بهبود بخشید و خطر پارگی پلاگ های چربی و حرکت توده به سمت عروق پایین دست را کاهش داد.

    کلیدواژگان: خون، غیرنیوتونی، عروق کرونری، پیکربندی، پارامترهای همودینامیکی
  • سعید فراهت*، علیرضا عین علی، جعفر ولی زاده، محمدرضا احمدی صفحات 507-524

    امروزه با توجه به کاهش منابع آب های شیرین در دسترس و آلودگی آن، دستیابی به آب شیرین برای مصارف کشاورزی و آشامیدن ضروری است. در این مقاله به شبیه سازی یک سامانه آبیاری زیرسطحی خورشیدی به عنوان یکی از روش های کارآمد تهیه آب شیرین برای مصارف آشامیدن و کشاورزی، پرداخته شد. سامانه مورد بررسی از یکاستخر به عنوان واحد رطوبت زنی و لوله های دفن شده در خاک به عنوان واحد چگالنده تشکیل شده است. در این شبیه سازی 8 پارامتر رطوبت نسبی، دمای آباستخر، فشار، دمای لوله، سطح مقطع ورودی هوا، دمای هوا، قطر لوله و سرعت هوا در سه سطح و 27 آزمایش به روش تاگوچی، برای محاسبه بیشترین مقدار آب شیرین تولید شده در هر متر لوله تعریف گردید. به منظور استفاده حداکثری از تابش خورشید از آینه استفاده گردید. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که رطوبت، دمای لوله، سرعت و سطح مقطع ورودی هوای پایین تر باعث تولید آب شیرین بیشتر می گردد. همچنین افزایش دمای آب و دمای هوای و قطر لوله بیشتر با مقدار تولید آب نسبت مستقیم دارد و فشار بهینه نیز 95 کیلوپاسکال است. مقدار بهینه به دست آمده توسط روش تاگوچی،  kg/ m.day   5/15 می باشد که 5/23% خطا را در مقایسه با نتایج آزمایش نشان می دهد.

    کلیدواژگان: سامانه آبیاری زیرسطحی، شبیه سازی، روش تاکوچی، تولید آب شیرین، استخر خورشیدی
|
  • H. Khaleghi *, K. Mohammadzadeh Pages 227-248
    Water management in a proton exchange membrane fuel cell is numerically modeled by considering the 2D, non-isothermal steady flow assumptions. Governing equations are solved in all cell layers including cathode and anode electrodes by finite volume method using a single-region approach. The effect of gas cross-over through the membrane is studied on cell performance. This consideration, not only improves the general accuracy of modeling, but also makes it possible to model energy losses due to direct reaction of reactant gases. The effect of some key variables such as liquid water diffusivity, current density, membrane thickness, etc. on PEMFC conditions such as the amount of saturated liquid water, power density, cell temperature, cross-over efficiency and so on are examined. It was observed that the amount of saturated liquid water on the anode side is considerably important. This observation addresses needs for further investigation of liquid water behavior in the anode electrode. The amount of liquid water saturation in both the cathode and anode electrodes is increased with increasing the current density. The results showed that at the current density of 0.2 A/cm2, cross-over effect causes about 10% reduction in cell efficiency and by decreasing the current density this effect is enhanced.
    Keywords: Numerical investigation, Proton exchange membrane fuel cell, Water Management at anode, Gas cross-over through membrane
  • H. Haghighifard, M. Tavakol * Pages 249-260
    In the present study turbulent wind flow field around inline surface-mounted and supported buildings has been investigated numerically. In order to model turbulence, re-normalization group k‑ε and realizable k‑ε turbulence models are employed. According to the numerical simulations, stream-wise velocity profiles around single surface-mounted and supported buildings are compared with the experimental data. Consequently, the validated model with realizable k‑ε turbulence models is used to simulate flow field around two inline surface-mounted and supported buildings. Results have been reported for two Reynolds numbers (17000, 170000). Approximately, same velocity field was observed for non-supported buildings at two flow Reynolds numbers. Although, for supported buildings small difference is observed in the velocity profile under and above the building. Comparison of results for non-supported and supported buildings shows that behind the supported buildings the near ground reversed flow region was removed and lead to the lower drag force on such building. Moreover, supports increase the reattachment length on the upstream building.
    Keywords: Inline buildings, supported building, separation length, reversed flow
  • A. Veisi, M.H. Shafiei * Pages 261-280

    In the present work the flow around a horizontal axis wind turbine has been studiedusing large Eddy simulation at different rotational speeds. The results show increasing rotational speedscauses a higher velocity deficit in the downstream direction. For example, in 1D after the wind turbinethe minimum velocity is 54% of the initial velocity and reach to the 67% of the initial velocity after waketravel 6D. At the rotational speed of λ3= 10 the minimum velocity is 26% of the initial velocity and reachto the 68% of the initial velocity after wake travel 6D. The frequency of vortex shedding is increasedby increasing the rotational speeds. Shed vortices tend to be extended in the y direction and its intensityaugmented by increasing the rotational speeds. The strengthen of vortices at higher rotational directionin far wake region not only due to the increased of swirling strength, but it is also due to the collision ofvortices and the formation of new vortices. This issue has not been reported in previous works. Also, theincrease of turbulence intensity and Reynolds shear stress in the flow direction is due to the severe windshear and high mechanical production of turbulent kinetic energy.

    Keywords: Wind turbine, Large Eddy Simulation, Turbulent flow, turbulence structures
  • F. Dolati, N. Amanifard, Kh. Yazdani, H. Mohaddes * Pages 281-296

    In this paper, drying of the moist object is numerically investigated in the forced convection with and without the electric field. Finite volume method is used to solve governing equations of electric, flow, temperature, and the concentration fields in flow phase, as well as the temperature and the moisture fields in the moist object. In this study, the effect of applied voltage and the arrangement of the emitting electrode are evaluated. The results indicated that in presence of electric field, the increment of the applied voltage for 18 kV to 24 kV, the mass transfer from porous object 3.78 times and power consumption 7.96 times are increased. It is also found that the drying rate is increased by decreasing the distance between the emitting and collecting electrodes. According to numerical results, the mass transfer enhancement is usually accompanied by penalty of electric energy consumption. Therefore, the specific energy consumption has been evaluated as final criterion. It is shown that the specific energy consumption of the electrohydrodynamic drying process has been remarkably affected by the changing of the emitter arrangements. Finally, an optimum arrangement has been introduced as the affordable arrangement.

    Keywords: Mass Transfer, Corona wind, Porous object, Specific energy consumption
  • H. Nazari, P. Pournaderi * Pages 297-312
    In this research , the effect of an electric field on the deformation and phase change ofa perfect conductive drop suspended in a perfect dielectric fluid is studied . Basic equations are theincompressible flow and energy equations . Electric field effect appears as normal stresses at interfacewhich are taken into account in solving flow equations . The level-set method is used for interfacetracking. Discontinuities at interface are imposed using the ghost fluid method. In the first step , the effectof an electric field on the hydrodynamic of a drop is studied . A good agreement between the simulationand experimental results is observed. Due to electric stresses , drop deforms in the direction of electricfield . The drop deformation increases with the electric capillary number. If the electric capillary numberexceeds the critical value, deformation will be unsteady. Novelty of this research is related to the studyof electric field effect on the drop evaporation. Based on the results, drop evaporation rate is enhancedin the presence of an electric field . If the electric capillary number exceeds a specific value (evaporationcritical electric capillary number) , drop evaporation will increase considerably . This critical value isintroduced in this research, for the first time.
    Keywords: Level set Method, electric field, Drop deformation, Phase change
  • B. Afra, M. Nazari *, M.H. Kayhani Pages 313-328
    In this study, Immersed Boundary-Lattice Boltzmann Method (IB-LBM) as a fluid solver is combined with Discrete Element Method (DEM) as a collision model. The consequences of this arrangement go to a numerical great model (IB-LB-DEM) which is capable to simulate particulate flows with second-order accuracy. To apply non-slip boundary condition, Eulerian velocities are interpolated in Lagrangian nodes using diffuse delta function. In DEM, two particles can penetrate to each other which this approach generates more realistic model rather other collision rules. Generally, in this model, the most important parameter is overlap distance between two particles which is directly related to amount of particles rigidity. The mentioned hybrid method is validated by simulation of dry-contact of two particles and sedimentation of single particle in vertical channel, individually. Finally, sedimentation of two circular particles in vertical channel is studied and effects of physical parameters such as rigidity, restitution coefficient and friction coefficient in particles behavior has been investigated. Finally, it is shown that increasing friction coefficient leads to increasing in kissing time that causes a change in particles path. For this particular model, It is also dedicated that restitution coefficient does not have significant effect in particles behavior.
    Keywords: Immersed Boundary – Lattice Boltzmann, split-forcing technique, discrete element method, sedimentation of two particles
  • R. Maryami, A.A. Dehghan *, A. Afshari Pages 329-346

    In the present study, noise emission from a circular cylinder model with 22 mm diameterand 500 mm length has been experimentally investigated. For this purpose, the surface pressurefluctuations have been measured both in spanwise and azimuthal directions by employing miniaturecondenser microphones, Pa-WM-61A. All the experiments are carried out in a subsonic wind tunnel withthe turbulence intensity of 0.3% and maximum upstream velocity of 25 m/s. The results show that tonalnoise for velocities of 10, 15 and 20 m/s takes place at vortex shedding frequencies of 98, 142 and 186Hz respectively which correspond to typical Strouhal number of 0.2. Moreover, frequency of the firstand second harmonic occurs at two and three times of the vortex shedding frequency respectively. In thisstudy, the best collapses of the surface pressure spectra at low and middle frequencies can be obtainedusing the upstream flow scales whereas at high frequencies data are collapsed by employing downstreamscales at vortex formation location. Furthermore, the longitudinal and lateral coherences can provideadequate information about the lifespan (or, inversely, the decay) of eddies and their physical size.

    Keywords: Tonal noise, Circular cylinder model, Surface pressure spectra, Eddy convection velocity, Spanwise length scale
  • S. Kh. Shariati, S. H. Mousavizadegan * Pages 347-364
    Resistance and wave pattern due to the motion of an underwater vehicle model are obtained by experimental and numerical methods. The tests on the model are carried out in Shohada-e- Khalij-e-Fars National Marine Laboratory. The model is towed with the carriage at various speeds and two depths of submergence in the basin. The model is made from polyethylene and is attached to the carriage by a strut at the end. The strut at the end allows to measure the wave pattern of the body alone but the measured resistance is for the body and the strut. The computational fluid dynamics is used to study the interaction of body and strut and the resistance of the body is obtained by eliminating the effect of the strut. The wave profile is measured by four fix sensors at the transverse section of the basin. The wave profile is also obtained by computational fluid dynamics computations and compare with the experimental measurements. The numerical and experimental results are comply with each other. These experimental results can be used to validate and calibrate the numerical solutions.
    Keywords: Joubert model, model test, free surface, resistance coefficient, computational fluid dynamics
  • R. Nazeri, N. Rezazadeh, M. Deymi * Pages 365-380

    In the present work to evaluate the cross wind flow effects due to the subway train motion on efficiency of condenser fans in air conditioning system, the behavior of fluid have been studied. Velocity profiles in output fan, temperature variations at near fan were studied at different velocity of train. In numerical analysis, for the turbulent and incompressible flow, Navier-Stokes and energy equations and k‑ε turbulence model has been used for modeling of turbulent flow. Variations of temperature and velocity of outflow of the fan at horizontal and vertical directions and the effective length as outflow guidance of the fan in opposite direction of train at difference velocity of train have been reported. At high velocity of train, negative output velocity of the fan and high effective length have been observed. Dimensionless effective length in high velocity of train at height of 10 and 20 cm were obtained 0.528 and 0.951 respectively. Finally, a parameter that is heat transfer rate to maximum heat transfer rate at height of 10 cm is defined which maximum amount is 5.88 percent. Due to the prevailing crosswind flow on the outflow of the fan, this parameter reduces.

    Keywords: Cross wind flow, Air conditioning system, Condenser, variation of temperature, velocity, Heat capacity
  • H. Khorasanizadeh, M. Sepehrnia *, R. Sadeghi Pages 381-398

    In this study three dimensional fluid flow and heat transfer of Al2O3-water nanofluid in a triangular microchannel heat sink, consisting from seven isosceles triangular microchannels, have been investigated numerically by considering conduction in solid parts. The governing equations have been solved using finite volume method based on finite element and utilizing coupled algorithm. The objective has been investigating the effects of four inlet/outlet flow arrangements on flow field and heat transfer of Al2O3-water nanofluid. These arrangements consist of: inlet from the center of the north wall and outlet from the center of the south wall (I-type), inlet from the right side of the north wall and outlet from the left side of the south wall (N-type), inlet and outlet from the top and bottom parts of the west wall (D-type) and inlet from the upper part of the east wall and outlet from the bottom of the west wall (S-type). Also the effects of the Brownian motion of nanoparticles and temperature-dependent properties of the nanofluid have been considered. The results showed that increasing the nanoparticles volume fraction from 0 to 4% increases the average Nusselt number between 4.72% and 5.47, decreases thermal resistance between 1.81% and 2.34% and decreases the ratio of maximum temperature difference of heat sink substrate to heat flux between 1.28% and 1.56%. Also the results indicated that the I-type arrangement has a better heat transfer performance, lesser thermal resistance and provides more uniform temperature distribution. In this case, the I-type arrangement has higher Nusselt number between 1.69% and 18.33%, lower thermal resistance between 3.55% and 29.29%, and a smaller ratio of maximum temperature difference of heat sink substrate to heat flux between 5.23% and 36.25%, when compared with those of other arrangements. The heat sink performance characteristics have improved between 0.1% and 0.75% by considering the Brownian motion and between 1.9% and 3.9%, by considering temperature dependent properties.

    Keywords: Heat sink, Triangular microchannel, Inlet, outlet arrangement, Brownian motion, Temperature-dependent properties
  • A. M.Tusi *, H. Eshraghi, R. Shamsodini Pages 399-412

    Minimizing the number of axial flow compressor stages for a specific work output, and thereby lowering the engine size and weight has always been the designer’s goal. A major limitation on the pressure rise in a subsonic axial-flow compressor stage is boundary layer separation on the blade suction surface. One method of mitigating the suction surface separation is to employ tandem airfoil blades. Tandem blading is a method of increasing the flow deflection by delaying the separation in diffusing cascade arrangements. The basic concept is that a new boundary layer forms on the second (aft) airfoil, allowing for high overall loading without the large flow separations that would be seen with a single airfoil. The unsteady 3D flow fields in a single-stage compressor with tandem blades under designed conditions are simulated numerically to investigate the stage performance and the aerodynamic interaction between the blade rows. In this work, the Time Transformation method (TT) to stage modeling has been employed to predicting stage compressor performance. In the compressor, three main aerodynamic structures are responsible for the unsteadiness of the flow: the wakes, the corner stalls and the tip-clearance flows. The study of the aerodynamic structures is the subject of this paper.

    Keywords: compressor, tandem, Unsteady, Time Transformation, aerodynamic structures
  • F. Raeiszadeh, E. Hajidavalloo *, M. Behbahaninejad, P. Hanafizadeh Pages 413-426

    In this study the flow patterns in downward air-water two-phase flow was studied experimentally and numerically. An experimental setup was designed and fabricated to allow visual observation and camera recording. The setup includes a transparent vertical pipe with a diameter of 50 mm and height of 4 m. Water and air were used in the experiments and flow map was prepared by data obtained from a total of 391 test cases by changing in air and water superficial velocities. Using flow pattern map, obtained from experimental results, simulation of two-phase flow in downward pipe has been performed. Multi-fluid model with Eulerian-Eulerian approach was used in Ansys-Fluent software for numerical simulation. Comparison of numerical with experimental results shows acceptable agreement for all expected regimes from flow map and it can be concluded that for downward two-phase flow patterns prediction numerical methods can be used. At the end, the numerical flow pattern map was plotted and compared with experimental results which also show good agreement. Experimental and numerical values of superficial velocities in transition boundaries were also compared.

    Keywords: Flow regime, Downward Two-phase Flow, Flow map, Fluent 121
  • A.H. Hojjati, N. Amanifard *, M.A.L. Neshaei, S. Dolati Pages 427-436
    Waves influence on breakwaters is vital for Prediction of harbors design. Floating breakwaters can be installed, displaced and can be used again in different conditions, even deep waters. But floating breakwaters are useful for special periods due to their complicated reaction to dynamic response of wave transmission. In this study, by an incompressible smoothed particle hydrodynamics method in three steps, coastal waves effect has been investigated on a pair of floating breakwaters and combination of floating-submerged breakwater. The floating breakwater behavior is assumed as a massspring system and the influences of inhibitor system tension and wind on the breakwater are neglected. For the validation, the oscillation amplitude variations are compared between the incompressible smoothed particle hydrodynamics results and experimental model which yields to a good adaptability. Breakwater hydrodynamic behavior is investigated versus the sinus-shaped wave different periods, less than 3 seconds. Based on results, using floating breakwater is optimized in wave period of lower than 2 seconds and The presence of a floating breakwaters in the vicinity of the immersion breakwaters helps to stabilize the pressure and reduce the fluctuations. It is also concluded that Floating breakwaters with heave displacement are better than floating breakwaters that are in sway motion.
    Keywords: Floating breakwater, Submerged breakwater, Wave transmission coefficient, Smoothed particle hydrodynamics, Numerical investigation
  • P. Akbarzadeh *, S.M. Derazgisoo, M.A. Shahnazi, A. Askari Lahdarboni Pages 437-454

    In the present study, for the first time, the locally power-law preconditioning method for analyzing steady and unsteady incompressible turbulent flows around airfoils in high Reynolds numbers is utilized. In this method, the governing equations are modified by altering the time derivatives terms. The governing equations are discretized by the numerical method derived from the cell-centered Jameson’s finite volume algorithm. In addition, for solving the unsteady flows, an implicit dual-time procedure and for simulating the turbulent flows, Baldwin and Lomax algebraic model have been employed. The computations are presented for steady and unsteady turbulent flows around NACA0012 and ONERA-A airfoils at various angles of attack and Reynolds number. Results presented in the paper focus on the velocity, pressure and eddy viscosity profiles, distribution of pressure coefficient, lift and drag coefficients and the effect of the power-law preconditioning method on the convergence rate. The numerical solution indicates an acceptable accuracy with the aid of the power-law preconditioning method in both steady and unsteady turbulent flows for high Reynolds numbers. Moreover, using the power-law preconditioning method improves the convergence speed significantly and reduces the iteration number of solution steps and central processing unit time simultaneously in both steady and unsteady flows.

    Keywords: Turbulent flows, Baldwin, Lomax algebraic model, Power-law preconditioning method, Implicit dual-time algorithm, Convergence speed
  • E. Izadpanah *, Y. Amini, A. Ashouri Pages 455-470
    In the vortex-induced vibration the structure interacts with the fluid flow that results in the vibration of the structure and sometimes leads to the destruction of it. In this paper, the effect of the vortex-induced vibration on one and two cylinder(s) in the rotating and non-rotating states are studied, numerically. For the case of single non-rotating cylinder, the effect of the reduced velocity and damping ratio on the displacement and velocity of circular cylinder and also on the lift coefficient and its components are investigated. The cylinder displacement decreases by increasing the damping ratio. The vortex shedding pattern for all examined reduced velocity and damping ratio is in the 2S mode. In all cases, two patterns of vibration, harmonic and beating phenomena, can be observed. The maximum value of the vibration amplitude is related to the reduced velocity of 4 for ζ= 0 and the minimum is belonged to the reduced velocity of 3. For the case of rotating cylinder, it is observed that the rotation of cylinder(s) affects the vortex shedding pattern and their strength, significantly. Therefore, the fluctuation of lift coefficient and vibration of cylinder(s) are reduced considerably.
    Keywords: Vortex-induced vibration, vortex shedding, Beating phenomenon, circular cylinder
  • S. Abbasi *, E. Behroozizade Pages 471-482
    In this paper tip leakage flow structure of a transonic axial compressor rotor in different performance conditions will be simulated. Results have been presented according to a 3D numerical simulation of the viscous flow and solving Navier-Stokes, Continuity and energy equations using Ansys- CFX software. Initially, performance curves have been derived and compared with experimental results and have shown good agreement. Then, results have been obtained from three mass flow rates including design, choke and near stall conditions. The results have indicated that reduction of mass flow rate from chock to stall condition leads to increase in the tip leakage flow strength. This phenomena causes to more loss, especially in the blade tip region. In addition, position of shock line moves to upstream when the mass flow rate decreases. The tip leakage flow, shock and main flow contact cause a complicated flow structure near stall condition which leads to increase in entropy, vortex flow and blockage.
    Keywords: Axial compressor, numerical simulation, Performance Curve
  • M. Shahmardan, H. Hasanzadeh *, M. Norouzi, A. Shahbani Pages 483-496

    In this paper, the inertial and non-isothermal flow of viscoelastic fluid inside thesymmetric planar sudden expansion channel with an expansion ratio of 1:3 has been numericallyinvestigated in the range of Brinkman numbers (0.01≤Br≤20). The rheological and nonlinear model ofPhan Thien-Tanner (PTT) is used for modeling viscoelastic fluid behavior. The finite volume method(FVM) is employed to discretize the governing equations and the PISO algorithm is used to solve theseequations simultaneously. Due to the significant effect of temperature changes on the viscoelastic fluidproperties, these properties are considered as temperature-dependent and the viscous dissipations termis considered in the energy equation. The main purpose of this study is to investigate the effects ofBrinkman numbers on the heat generation by viscous dissipations term used in the energy equation.Therefore, the streamlines, the length of vortices, the isothermal lines, the distributions of velocity andtemperature and local Nusselt numbers have been examined in the channel expanded part. The resultsshow that for the hydrodynamic and thermally developing zone, the maximum value of the local Nusseltnumbers on the walls of the channel expanded part is located at the end of the first and second vortices.

    Keywords: Viscoelastic fluid, Brinkman number, Viscose dissipations, Local Nusselt numbers, Expanded part
  • H. Babakhani, G. Heidarinejad *, A. Rostami Pages 497-506

    Numerical simulation of blood flow in Configurations is the aim of this study. In order to predict the best configuration in a patient with double stenosis 65 and 50 percent is examined at rest. The computational domain was created from CT. In this study, blood is assumed homogeneous, non- Newtonian and pulsatile. To consider non-Newtonian effects the Carreau model is used and, a Seven– element lumped model is used in outlet coronary artery and a Three-element Windkessel model is used in outlet aorta. Results of the Comparison between configurations indicate that is TAWSS minimum is less than the critical value 0.4 in the junction in parallel with the host vessel, In bed and the surrounding junction, furthermore OSI maximum is more than critical value 0.1, Because of sharp curvature of graft branch on the vascular graft. The parallel sequential is more prone than cross with respect to fat accumulation and diseases such as intima hyperplasia. The results of this study indicate by doing bypass surgery, sequential parallel and cross can be improve critical values of shear stress in the area of stenosis and it reduced the risk of rupture of plaque fat and moves the heap toward downstream vessels.

    Keywords: Blood, Non-Newtonian, Coronary Artery, Configuration, Hemodynamic parameter
  • S. Farahat *, A. Einali, J. Valizadeh, M.R. Ahmadi Pages 507-524

    Nowadays, according to the pollution and reduction of available water resources, accessing to fresh water for agricultural and drinking purposes are restricted. In this paper, the solar subsurface irrigation system, which is one of the most efficient ways of fresh water production has been simulated. This system consists of a pool as a humidification unit and pipes that are buried in the soil as a condenser unit. In this simulation eight parameters including relative humidity, water pool temperature, pressure, pipe temperature, inlet air cross section, air temperature, air velocity and pipe diameter have been considered in three levels and 27 tests to calculate the amount of fresh water were presented using Taguchi method. In order to maximum use of sunlight, the mirror was used. The results showed that the lower humidity, pipe temperature, velocity and inlet air cross section increase the amount of water production. In addition, the higher pipe diameter, water temperature and air temperature is directly proportional to the amount of produced water. The optimal pressure is 95 kPa. The optimal amount of fresh water obtained from Taguchi method is 5.15 kg/m.day which shows an error of 5.23% compared to simulation result.

    Keywords: Solar subsurface irrigation system, Simulation, Takeuchi method, Production of fresh water, Solar Pool