فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و یکم شماره 6 (بهمن و اسفند 1398)
  • سال پنجاه و یکم شماره 6 (بهمن و اسفند 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/11/23
  • تعداد عناوین: 20
|
  • سید مصطفی حسینعلی پور*، نوید حاجی غفوری بوکانی صفحات 1-10
    در این مقاله، شبیه سازی عددی ارتعاشات القائی ناشی از جدایش گردابه از سطح استوانه ی دایره ای دو درجه آزادی با تکیه گاه الاستیک در مجاورت سطح آزاد سیال انجام شده است. جریان اطراف استوانه، آرام و در محدوده ی اعداد رینولدز 60 الی 130 در نظر گرفته شده است. اثر سطح آزاد با عدد فرود 0.2 با در نظرگیری دو نسبت فاصله ی 2.5 و 1.5 از آن بررسی می شود. فرکانس طبیعی سیستم جرم- فنر در هر نسبت فاصله بگونه ای انتخاب شده که با عدد استروهال جریان در رینولدز 100 حول استوانه ی ساکن برابر باشد. شبیه سازی های ارتعاشات ناشی از جریان و سطح آزاد سیال بطور جداگانه تطابق خوبی با نتایج قبلی نشان داده اند. این مقاله بخش دوم تحقیق درباره تاثیر سطح آزاد سیال بر پدیده ی ارتعاشات القایی ناشی از رهایش گردابه است. تاثیر سطح آزاد سیال بر ناحیه ی قفل شدگی با استفاده از مقایسه ی مدهای رهایش گردابه و نمودارهای تطابق فرکانسی در دو نسبت فاصله بررسی می شود که نتایج با نزدیک شدن استوانه به سطح آزاد، حاکی از تغییر نوع مدهای رهایش گردابه، کاهش محدوده قفل شدگی و افزایش عدد استروهال و نسبت فرکانسی بی بعد جریان هستند.
    کلیدواژگان: ارتعاشات ناشی از جدایش گردابه، مدهای رهایش، سطح آزاد سیال، ناحیه قفل شدگی
  • معین مجنونی مهردار، داود کلانتری*، سید رضا موسوی سیدی صفحات 11-20

    امروزه سیستمهای هیدرولیکی در تمامی بخشهای تولید، کشاورزی، صنایع دریایی و هوافضا که در آن دقت، سرعت و انعطافپذیری اعمال نیرو اهمیت بسیاری دارد، گسترش یافته اند. در همین راستا و با توجه به کاربرد هرچه بیشتر سیلندرهای هیدرولیک با عملکرد دقیق و کنترل شده در صنایع مختلف، نیاز به کنترل سرعت پیستون در انتهای فرایند ضروری میباشد. لذا در این پژوهش طراحی، ساخت و ارزیابی سه مدل ضربه گیر هیدرولیکی به منظور بهینه سازی مکانیزم توقف پیستون در انتهای کورس مد نظر قرار گرفته است.با توجه به نتایج حاصل، ضربه گیر سهمی وار با حداکثر افزایش فشار معادل 1.98% برای وزنه 200 کیلوگرم و 0.35% برای وزنه 350 کیلوگرم کمترین درصد افزایش فشار و ضربه گیر استوانهای با حداکثر افزایش فشار 11.98% برای وزنه 200 کیلوگرم و 3.92% برای وزنه 350 کیلوگرم بیشترین میزان افزایش فشار را داشت. در نهایت با توجه به زمان عملکرد کوتاه، کاهش یکنواخت سرعت و نرخ تخلیه یکنواخت روغن در طی فرایند ضربه گیری، استفاده از ضربه گیر سهمی وار برای استفاده در صنعت توصیه میشود.

    کلیدواژگان: ضربه گیر نهایی، ضربه گیر سهمیوار، ضربه گیر مخروطی، ضربه گیر استوانهای، سبلندر هیدرولیک
  • رضا غرائی خسروشاهی*، مهدی توانا، سیما باهری اسلامی صفحات 21-30
    در کار حاضر، رفتار هیدرودینامیکی جت سیال با و بدون اعمال میدان الکتریکی مطالعه شده و اثر شدت و جهت اعمال میدان الکتریکی بر ناپایداری و شکست جت به روش تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که در جت های آزادی که فقط تحت تاثیر گرانش می باشند، مشخصات جت سیال وابسته به عدد رینولدز است؛ در این نوع جت ها، قطر متوسط جت و طول شکست آن با عدد رینولدز رابطه ی مستقیم دارد. اعمال میدان الکتریکی قطر متوسط جت در ناحیه پائین دست الکترودها را افزایش و طول شکست آن را کاهش می دهد و اثر میدان مستقیم در کاهش طول شکست بیشتر از میدان معکوس می باشد. با اعمال اختلاف پتانسیل kV6، می توان طول شکست بالایی جت را به میزان 27% نسبت به حالت بدون میدان کوتاه تر کرد. انحراف معیار قطره های تولید شده در حالت بدون میدان و میدان الکتریکی مخالف حاصل از kV2 به ترتیب برابر با 3/1 و 1/1 میلی متر می باشد که حاکی از یکنواختی بیش تر قطرات در حضور میدان مخالف است. با توجه به ضرایب گردی ذرات مختلف تولید شده، می توان گفت که میدان الکتریکی باعث تولید قطرات با گردی بیش تر شده و فراوانی قطرات نامنظم را کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: جت سیال، طول شکست، الکتروهیدرودینامیک، دی الکتریک
  • امین جابری*، مهران تاج فر، آرمین شیدانی صفحات 31-40
    مشخصه های جریان جت های آب مستطیلی و بیضوی به صورت تجربی بررسی و مقایسه شد. دو انژکتور مستطیلی و بیضوی با مساحت های خروجی یکسان و با ضریب منظری 2 مورد مطالعه قرار گرفته اند. همچنین از یک انژکتور دایروی به عنوان هندسه مرجع نیز استفاده شد. از روش سایه نگاری برای آشکارسازی جریان جت بهره گرفته شده و عکسبرداری ها توسط دوربین سرعت بالا صورت پذیرفت. آزمایشات برای دبی های جرم بین 2 لیتر بر ساعت تا 120 لیتر بر ساعت انجام شد که متناظر با اعداد وبر بین 5/0 تا تقریبا 1100 می باشد. رفتار فیزیکی جریان جت های دایروی، مستطیلی و بیضوی در رژیم های مختلف با بهره گیری از تصاویر آشکارسازی مورد مطالعه قرار گرفت و همچنین با کمک نمودار پایداری، رفتار جت ها مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که جت بیضوی دارای کمترین پایداری در رژیم ریلی است و زودتر از دو جت دیگر به نقطه بحرانی می رسد. در حالی که نقطه بحرانی انژکتورهای دایروی و مستطیلی اختلاف کمی را نشان می دهد. همچنین پدیده تغییر محور به عنوان مهمترین مشخصه فیزیکی جت های مستطیلی و بیضوی بررسی شد. اندازه گیری ها نشان داد که برای هر دو هندسه، طول موج تغییر محور به صورت خطی با افزایش سرعت افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: جت مایع، جت بیضوی، جت مستطیلی، پدیده تغییر محور، شکست ستون جت
  • مظاهر رحیمی اسبویی*، ابراهیم علیزاده، علی اکبر رنجبر، سید مجید رهگشای، سید حسین مسروری سعادت، مجید خورشیدیان صفحات 41-50
    مدیریت مصرف گازهای واکنشگر پیل های سوختی غشاء پلیمری به سه حالت انتهاباز، برگشت مجدد و انتهابسته طبقه بندی می گردد. گازهای واکنشگر در حالت انتهابسته به دلیل انباشته شدن گاز بی اثر و آب به صورت تناوبی تخلیه می گردند. در این مقاله یک استک پیل سوختی پلیمری با صفحات انتهایی شفاف و طراحی منحصر بفرد برای بررسی مدیریت آب در حالت های عملیاتی انتهاباز و انتهابسته، طراحی، ساخت و مونتاژ شد. در این مقاله برای اولین بار بحث مدیریت آب در یک استک پیل سوختی پلیمری انتها بسته آندی و کاتدی با جزییات کامل مربوط به نحوه تشکیل و دفع آب مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داده است تا چگالی جریان 200 میلی آمپر بر سانتیمتر مربع آب تشکیل شده به صورت قطرات مجزا بوده و هیچگونه جریان فیلمی و انسداد در کانال مشاهده نمی شود. همچنین همانگونه که انتظار می رفت تجمع قطرات جریان فیلمی در نیمه پایینی بیشتر از نیمه بالایی بوده و لذا کاهش تعداد کانال برای افزایش سرعت و دفع آب در نیمه پایینی میدان شارش گازهای واکنشگر ضروری می باشد. همچنین نتایج نشان داده است که برای عملکرد پایدار در حالت انتهابسته حداکثر زمان ممکن برای بسته بودن شیر های خروجی 5 ثانیه و حداقل زمان لازم برای باز بودن آن 5 ثانیه بوده است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی شفاف، جریان فیلمی آب، زمان تخلیه، حالت انتها بسته، تغییرات ولتاژ
  • صبا تیموری، احسان خواصی*، حمید یوسفی صفحات 51-60
    دسته مهمی از جریان های چگال، جریان های گل آلود نامیده می شوند که اختلاف چگالی، به خاطر حضور ذرات جامد معلق در سیال ایجاد می شود. در این مقاله شبیه سازی عددی سه بعدی جریان چگال حاوی ذره رهاسازی توده، به منظور بررسی هیدرودینامیک جریان در محیط دارای لایه بندی چگالی ارائه شده است. شبیه سازی ها به روش شبیه سازی گردابه های بزرگ، با فیلتر جعبه ای سه بعدی، روش اسماگورینسکی دینامیک و تابع میرایی وندریست انجام شده است نتایج به دست آمده در حضور لایه بندی تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارند. هم چنین حضور لایه بندی چگالی در محیط، باعث کاهش قابل توجه سرعت پیشروی جریان می شود ولی تاثیر به سزایی برروی الگوی رسوب گذاری ندارد. علاوه بر این، نتایج به دست آمده نشان داد که افزایش شیب، افزایش رسوب گذاری را در پی دارد. هم چنین، مشاهده شد که افزایش قطر ذرات، باعث کاهش مومنتوم جریان و در نتیجه افزایش رسوب گذاری شده است. با هدف نمایش دقیق تر برهم کنش ذرات روی هم، سرعت سقوط ذرات به صورت متغیر با غلظت نیز در نظر گرفته شده است. نتایج این تحلیل نشان می دهد که متغیر درنظر گرفتن سرعت سقوط ذرات در مراحل اولیه پیشروی جریان باعث تغییر ناچیزی در سرعت پیشانی می شود ولی در ادامه در نظر گرفتن سرعت سقوط متغیر برای ذرات سرعت بیشتری را برای پیشانی جریان پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: جریان چگال، رهاسازی توده، محیط لایه بندی شده، شبیه سازی گردابه های بزرگ
  • عباس افشاری، علی اکبر دهقان*، محمد فرمانی صفحات 61-70
    ضرورت کاهش صدای نامطلوب ناشی از هواپیماها، توربین های بادی و فن ها، باعث ایجاد علاقه مندی زیادی در رابطه با شناسایی منابع نویز اینگونه وسایل شده است. نویز لبه فرار لایه مرزی آشفته یکی از منابع اصلی نویز آیرودینامیکی بوده و در دهه های گذشته مطالعات گسترده ای روی آن انجام گرفته است. بررسی ها نشان داده که طیف فشار سطح، طول مشخصه نوسانات فشار سطح در راستای دهانه بال و سرعت جابجایی ادی ها در محدوده لبه فرار پارامترهای مهمی در تعیین نویز دوردست ناشی از لبه فرار هستند. در مطالعه حاضر جهت اندازه گیری پارامترهای فوق، یک صفحه تخت مجهز به سنسورهای فشار سطحی در دو راستای جریان و دهانه بال طراحی و ساخته شده است. همچنین از میکروفون های کوچک کندانسوری FG-23329-P07 به عنوان سنسور فشار ناپایا استفاده شده است. کلیه آزمایش ها در تونل باد مادون صوت دانشگاه یزد و در سه سرعت 10، 15 و 20 متر بر ثانیه انجام گرفته است. طول مشخصه در راستای دهانه مدل و سرعت جابجایی ادی ها به ترتیب از طریق داده برداری همزمان فشار ناپایای سطح در نقاط مختلف در راستای دهانه مدل و در راستای جریان و با استفاده از چگالی طیفی متقابل محاسبه شده است. نتایج حاصله، شامل طیف فشار سطح، توابع همدوسی طولی و عرضی و سرعت جابجایی ادی ها، اطلاعات زیادی در رابطه با ساختار جریان در لایه مرزی آشفته فراهم نموده است. نتایج نشان می دهد که بهترین اجتماع داده های طیف فشار سطح در محدوده فرکانس های پایین و فرکانس های میانی و بالا به ترتیب به ازای استفاده از مقیاس های لایه مرزی خارجی و داخلی حاصل خواهد شد. همچنین توابع همدوسی طولی و عرضی، به ترتیب اطلاعات مناسبی از طول عمر (و یا برعکس آن، فروپاشی) ادی ها و ابعاد فیزیکی آن ها ارائه می دهد. در نهایت با استفاده از مدل تحلیلی امیت - راجر، نویز لبه فرار صفحه تخت در دوردست پیش بینی شده که نتایج نشان دهنده کارایی مناسب این مدل در پیش بینی نویز لبه فرار لایه مرزی آشفته است.
    کلیدواژگان: نویز لبه فرار، لایه مرزی آشفته، طیف فشار سطح، سرعت جابجایی ادی ها، طول مشخصه در راستای دهانه
  • اصغر خرم، بهمن وحیدی*، زهرا ملاحسینی صفحات 71-80
    حرکت سلول سرطانی در خون و چسبندگی های آن در حین متاستاز، از پیچیده ترین سازوکارهایی است که در بدن انسان اتفاق می افتد. در این تحلیل یک مدل دوبعدی از حرکت سلول سرطانی توسعه داده شده است که در دو حالت مختلف در یک مسیر مستقیم در رگ خونی حل می شود. دو حالت تحلیل شامل وجود و عدم وجود چسبندگی بین سلول سرطانی و دیواره رگ در حضور چسبندگی بین سلول سرطانی و گلبول سفید است. این تحلیل ها با روش اجزای محدود و به کمک معادلات برهمکنش سیال-جامد صورت می گیرد. برای تحلیل اجزای محدود فرض شده است که خواص سلول ها و خون به صورت همگن هستند و سیال به صورت نیوتنی و تراکم ناپذیر است. همچنین سلول سرطانی به صورت صلب و گلبول سفید به صورت الاستیک خطی مدل شده است. مدل به صورت وابسته به زمان با گام زمانی 5-10 گسسته سازی شده است و ایجاد شبکه در مدل با المان های مثلثی شکل صورت گرفته است. تحلیل ها نشان می دهد که تاثیر وجود پیوندهای بین سلول و دیواره رگ به مراتب بیشتر از تاثیر پیوندهای بین سلول ها است. بررسی دقیق نمودار های تحلیل های چسبندگی در کنار مسائل پزشکی نظیر دارورسانی به بیماران سرطانی در درمان و پیشگیری از متاستاز سرطان تاثیر بسزایی دارد.
    کلیدواژگان: سلول سرطانی، مکانیک سلولی، متاستاز، شبیه سازی محاسباتی، چسبندگی
  • اسماعیل شاکری نژاد، محسن نظری*، محمد حسن کیهانی صفحات 81-90
    در این مطالعه، از روش شبکه بولتزمن برای بررسی انتقال آب مایع در لایه انتشار گاز(GDL) و کانال گاز(GC) قسمت کاتد پیل سوختی غشای مبادله پروتون استفاد شده است. لایه انتشار گاز از جنس کربن کاغذ بوده و به روش تصادفی ساخته شده است. این بررسی به صورت میکروسکوپی انجام شده و رفتار خوشه های آب مایع از مرز مشترک کانالیزور-لایه انتشار گاز تا کانال گاز به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مطالعه رفتار دینامیکی آب مایع در مدت زمان حذف از لایه انتشار گاز الکترود کاتد شبیه سازی شده و اثرات قابلیت خیسی لایه انتشار گاز بر روی پروسه حذف و توزیع آب مایع مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این به مطالعه رفتار دینامیکی و اشباع آب مایع در لایه انتشار گاز در دو حالت پایا و غیر پایا پرداخته شده است. همچنین تعداد خوشه های موثر، عمل اتصال بین خوشه ها و زمان رسیدن به حالت پایا مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که هر چه زاویه تماس سطوح لایه انتشار گاز بیشتر شود، زمان رسیدن آب به کانال گاز و زمان رسیدن به توزیع اشباع آب در حالت پایا کاهش خواهد یافت، به همین دلیل سطوح جامد آبگریزتر باعث بهبود مدیریت آب مایع در لایه انتشار گاز پیل سوختی غشای مبادله پروتون خواهد بود.
    کلیدواژگان: آب مایع، لایه انتشار گاز، کانال هوا، قابلیت خیس شوندگی، اشباع آب مایع
  • مهدی سلامی حسینی*، محمدعلی معینی، میرکریم رضوی آقجه، مهدی مصطفائیان صفحات 91-100
    روش المان محدود تعمیم یافته یکی از روش های نوین در حیطه شبیه سازی فرآیندهای دارای ناپیوستگی در خواص است که با اصلاح تابع تقریب و کاهش معنادار محاسبات نسبت به سایر روش های مرسوم، امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. با این حال، این روش در حیطه مکانیک سیالات بسیار نوپا است. لذا در این پژوهش با استفاده از روش المان محدود تعمیم یافته به عنوان یک ابزار، به بررسی رفتار یک قطره و عوامل تاثیرگذار بر آن در سامانه های نیوتنی-نیوتنی و غیرنیوتنی-نیوتنی اقدام گردید. نتایج به دست آمده در این پژوهش و انطباق بسیار خوب آن با نتایج سایر محققان، حاکی از قابلیت استفاده از این روش به عنوان روشی بهینه در حل عددی مسائل مربوط به سیالات است. در این پژوهش با استفاده از روش المان محدود تعمیم یافته، امکان مطالعه رفتار قطره برای حالاتی که تفاوت زیادی میان مشخصات فیزیکی و رئولوژیکی سازنده ها از قبیل نسبت ویسکوزیته و کشش بین سطحی وجود داشت، فراهم گردید. نتایج به دست آمده در این پژوهش نشان داد که رابطه معکوس میان اندازه نهایی قطره با نسبت ویسکوزیته سازنده ها ، با ثابت نگاه داشتن پارامترهای رئولوژیکی، وجود دارد. همچنین، مشاهده گردید با افزایش اندازه قطره و اثر دیواره ها، میزان تغییرفرم قطره در تمامی نسبتهای ویسکوزیته افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: المان محدود تعمیم یافته، تغییر فرم قطره، سامانهدو فازی، ویسکوزیته، کشش بین سطحی
  • قاسم حیدری نژاد*، حمبدرضا باباخانی، علیرضا رستمی صفحات 101-110
    شبیه سازی جریان خون در پیوندهای بای پس می تواند به ارزیابی های پزشکی کمک کند. هدف از این مقاله شبیه سازی عددی جریان خون در پیکربندی Y بای پس به منظور بررسی پارامترهای همودینامیکی پیوند و یافتن تاثیر این نوع پیکربندی روی موج فشار و دبی جریان بیماری با دو گرفتگی 65 و50 درصد است. دامنه محاسباتی از تصاویر CT برگرفته از قلب انسان ساخته شده است. در این تحقیق خون سیالی هموژن، غیرنیوتونی و جریان خون، ضربانی فرض شده است. برای مدل سازی واقعی موج جریان و فشار در حالت فیزیکی استراحت و ورزش، در خروجی ها از مدل لامپ استفاده شده است. نتایج نشان می دهد با استفاده از این نوع پیکربندی افت فشار و دبی جریان در حالت ورزش جبران شده است و تنش برشی متوسط زمانی در محل گرفتگی و گستره شاخص برشی نوسانی و زمان اقامت نسبی ذرات در منطقه قبل و بعد از گرفتگی کاهش یافته است. بررسی پیوند Y شکل نشان می دهد در حالت استراحت تنش برشی متوسط زمانی در دو شاخگی رگ پیوندی پایین است و امکان ایجاد گرفتگی مجدد در این ناحیه وجود دارد، اما در حالت ورزش این پارامترها در محدوده ایده ال قرار دارد.
    کلیدواژگان: خون، غیرنیوتونی، عروق کرونری، گرفتگی، پارامترهای همودینامیکی
  • حسین قلیان چی لنگرودی، کورش جواهرده* صفحات 111-120

    در مطالعه حاضر به شبیه سازی عددی جریان سیال نیوتنی و غیر نیوتنی درون لوله اعوجاجی مجهزشده به نوارهای پیچی معمولی و شیاردار(v شکل)در شرایط مرزی شار ثابت با استفاده از روش عددی حجم محدود پرداخته است. جهت اعتبارسنجی نتایج مربوط به شبیه سازی عددی، نتایج با معادلات تجربی محققان دیگرمقایسه شده است. در این تحلیل از آب به عنوان سیال نیوتنی و از 0.2 درصد وزنی کربوکسی میتل سلولز در آب به عنوان سیال غیر نیوتنی استفاده شده و محدوده تغییرات اعداد رینولدز برای سیالات نیوتنی و غیر نیوتنی به ترتیب برابر با (5300 تا 25700) و (2400 تا 6800) در نظر گرفته شده است. در این مطالعه تاثیرات استفاده از مدل های مختلف درهمی جریان، اعمال شارهای حرارتی متغیر و نیز شیار روی نوار، بر روی عدد ناسلت و ضریب اصطکاک بررسی شده است.همانطور که از مقایسه نتایج بر می آید استفاده از مدل استاندارد κ-ω در جریان درهمی سیال نیوتنی ومدلκ-ε برای سیال غیر نیوتنی با شرایط یکسان، نسبت به مدل های دیگر مناسب تر است. برای سیال نیوتنی متوسط اختلاف نتایج برای عدد ناسلت برای نوارپیچی ساده و شیاردار به ترتیب کمتر از 15.2 و 14.4 درصد خواهد بود، از طرفی برای سیال غیر نیوتنی متوسط مقدار اختلاف برای عدد ناسلت برای نوارپیچی ساده کمتر از 18 درصد خواهد بود.

    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، نوارپیچی، لوله اعوجاجی، عدد ناسلت، ضریب اصطکاک
  • سید محمد جوادی*، علی محمد ناصریان نیک صفحات 121-130

    عامل اصلی تورم مقطع نوار پلیمری پس از خروج از قالب، تنش موجود در آن است که به افت فشار و عدم توازن سرعت در خروجی قالب مربوط میباشد. لذا در این مقاله اثر توازن سرعت در صفحه خروجی قالب بر ابعاد قطعه تولید شده مورد مطالعه عددی و آزمایشگاهی قرار گرفته شده است. برای پیش بینی توزیع سرعت و فشار، از شبیه سازی سه بعدی جریان سیال غیرنیوتنی با ویسکوزیته بالا، در راهگاه های قالب استفاده شده تا به جای فرآیند تجربی مبتنی بر سعی و خطا، به کمک نتایج شبیه سازی بتوان با تغییر شکل راهگاه ها، افت فشار را کاهش و نیز توزیع سرعت را یکنواخت نمود. برای پیش بینی آن از مدل دو فازی VOF استفاده شده است. مقایسه ابعاد پروفیل تولید شده از قالب اولیه (با پروفیل غیر یکنواخت) و قالب اصلاح شده نشان دهنده ابعاد بسیار دقیق تر قالب اصلاح شده میباشد. نتایج نشان می دهد در بخش های باریک مقطع که در مجاورت نواحی وسیع قرار گرفته اند، بدلیل عدم امکان رسیدن به سرعت یکنواخت، ابعاد مقطع نوار تولید شده کوچکتر از مقدار طراحی می باشد. همچنین با طراحی بهینه هندسه راهگاه ها، افت فشار بیش از 40% کاهش یابد.

    کلیدواژگان: شبیه سازی، سیال غیر نیوتنی، ویسکوزیته بالا، چند فازی، پلیمر
  • مهناز دهقان، مجتبی دهقان منشادی، علیرضا داوری* صفحات 131-140

    در این پژوهش روش جدیدی در بهینه سازی عدم قطعیت عددی ضریب فشار محلی بر روی سطح بالایی یک بال سه بعدی ارائه شده است. روش مذکور نیاز به حل سیستمی با پالایش شبکه دارد. خطا توسط بسط سری های توانی به عنوان تابعی از اندازه المان تخمین زده شده است. تانسور خطا به صورت مجموع مربعات بیان و به عنوان تابع هدف الگوریتم ژنتیک معرفی گردیده است. نقش الگوریتم ژنتیک بدست آوردن مینیمم تابع هدف است که به جای استفاده از روش سنتی مشتق گیری جهت رسیدن به مقادیر مینیمم تابع و بدست آوردن انحراف استاندارد بهینه، از این روش بهینه سازی جهت رسیدن به ضرایب ثابت و مناسب بسط سری توانی استفاده گردیده است. این تخمین خطا با استفاده از یک ضریب اطمینان به عنوان عدم قطعیت حل عددی معرفی شده است. نتایج نشان داد که با ریز کردن شبکه به اندازه یک چهارم میزان اولیه مقدار خطا نصف گردید. عدم قطعیت محاسبه شده در این مساله برابر 03/0 است که بیانگر فاصله ای شامل حل دقیق با 6/97% پوشش است. قابلیت اطمینان بر روی سه خط مبنا بالاتر از 97% نشانگر دقت بالای حل عددی است. بالاترین قابلیت اطمینان 16/99% و کمترین 6/97%بدست آمد.

    کلیدواژگان: عدم قطعیت، اگوریتم ژنتیک، سری توانی، ضریب اطمینان
  • عبدالله اسکندری* صفحات 141-150
    در این مقاله، با استفاده از روابط تحلیلی و شبیه سازی عددی، محاسبات طراحی مربوط به نازل شیر تنظیم جریان و پروانه توربین پلتون انجام شده است. این توربین بر روی یک پمپ سانتریفیوژ طبقاتی جهت تامین بخشی از توان ورودی در سیستم تولید آب شیرین به روش اسمز معکوس (RO) استفاده شده است. بدین منظور ابتدا با استفاده از روابط توربوماشین ها، محاسبات ابعادی پره توربین جهت سنکرون کردن آن با پمپ انجام شد. سپس نازل شیر تنظیم بصورت سه بعدی مدلسازی و با استفاده از نرم افزار ANSYS CFX برای قطرهای خروجی مختلف، تحلیل شد. برای بدست آمدن نقطه کار کل سیستم، از تلاقی منحنی عملکرد پمپ، توربین، و منحنی شیر تنظیم نازل، استفاده شد. برای اعتبار سنجی نتایج، پروانه توربین و شیر تنظیم در ابعاد اصلی از جنس فولاد آلیاژی داپلکس ساخته و برروی پمپ نصب شدند. نتایج حاصل از تست که در محل نصب سیستم تصفیه آب شیرین انجام شد، انطباق بسیار خوبی با داده های عددی و تحلیلی نشان می دهد. اندازه گیری ها نشان داد سنکرون شدن توربین در نقطه کاری پمپ، بیش از 26درصد باعث کاهش برق مصرفی شده است. به دلیل روابط تشابه، نتایج بدست آمده را می توان برای دورهای دیگر پمپ نیز تعمیم داد.
    کلیدواژگان: توربین پلتون، شیر تنظیم، تحلیل عددی، منحنی عملکرد، آب شیرین کن RO
  • میرحسین نگهبان*، سیداسماعیل رضوی صفحات 151-160
    در پژوهش حاضر، جریان در اطراف ایرفویل تغییر شکل پذیر در رژیم گذر صوت به صورت عددی مطالعه شده و روش تعامل سیال-سازه برای تحلیل رفتار جریان در حین تغییر شکل ایرفویل به کار گرفته شده است. تمامی شبیه سازی ها در نرم افزار کامسول در حالت دوبعدی و به صورت پایا انجام یافته است. میدان جریان و ایرفویل تغییر شکل پذیر بر اساس فرمول بندی لاگرانژی-اولری قراردادی حل گردیده و بدلیل تطبیق سازی بهتر میدان جریان و مرز های تغییر شکل پذیر در این فرمول بندی، شبکه محاسباتی بعد از تغییر شکل اعوجاج کمتری دارد. مدل آشفته تک معادله ای Spalart-Allmaras که مدل مناسبی برای جریان های ایرودینامیکی است، برای حل جریان آشفته اطراف ایرفویل به کار گرفته شده است. برای مدل سازی تغییرشکل پذیری الاستیک در راستای وتر، ایرفویل توسط بار گسترده متغیر سهموی در لبه حمله و فرار ایرفویل بارگذاری می شود. مدل شبیه سازی شده با نتایج به دست آمده از ایرفویل صلب در زوایای حمله مختلف مقایسه شده و نتایج حاکی از بهبود قابل توجه پارامتر های ایرودینامیکی در مقایسه با ایرفویل صلب است.
    کلیدواژگان: ایرفویل تغییرشکل پذیر، جریان گذرصوت، تغییرشکل الاستیک، جریان تراکم پذیر، موج ضربه ای
  • محمد امدادی، سید پدرام پورنادری* صفحات 161-170
    در این تحقیق، فرآیند برخورد قطره آب به سطح جامد با استفاده از یک رویکرد نامیرا در مدل کردن سطح مشترک، شبیه سازی می گردد. این رویکرد بر مبنای حل معادلات مومنتوم و پیوستگی با اعمال شرایط پرش مناسب در سطح مشترک می باشد. از روش سطح تراز برای ردیابی سطح مشترک و از تکنیک سیال مجازی برای اعمال دقیق شرایط پرش در سطح مشترک استفاده می شود. بدین ترتیب از میرا کردن کمیت ها در عرض سطح مشترک اجتناب و ناپیوستگی آن ها در سطح مشترک حفظ می شود. مقایسه نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی و عددی، دقت روش عددی را تایید می کند. نتایج حاصل نشان می دهند که روش عددی مورد استفاده، در مقایسه با روش حجم سیال پیش بینی دقیق تری از رفتار قطره در فرآیند برخورد ارائه می دهد. اثر زاویه تماس قطره آب با سطح روی فرآیند برخورد بررسی می شود. در زوایای تماس کمتر از 90°، قطره آب پس از برخورد، روی سطح پخش می شود. ولی برای زوایای تماس بیشتر از 90°، قطره پس از پخش شدن شروع به جمع شدن می کند. در این حالت، پس از جمع شدن قطره امکان بلند شدن آن از روی سطح وجود دارد. با افزایش زاویه تماس، ماکزیمم شعاع پخش شدن قطره کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: برخورد قطره، روش سطح تراز، روش سیال مجازی، زاویه تماس
  • نوذر اکبری*، ابوالفضل عبدالهی فر صفحات 171-180
    هدف از این پژوهش، بررسی عملکرد توربین بادی ترکیبی داریوس-ساوینوس برای دست یابی به مدلی با گشتاور راه اندازی بالا و محدوده ی عملکرد مناسب است. گشتاور توربین های داریوس پره مستقیم دامنه نوسانات زیادی دارد و در برخی از زوایا، این گشتاور برای شروع حرکت توربین کافی نیست. توربین ترکیبی با دو مدل توربین داریوس پره مستقیم معادل، مقایسه شده است. اولین مدل، توان در دسترس برابر و دومین مدل، ارتفاع یکسان با توربین ترکیبی دارد. شبیه سازی سه بعدی با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی و حل میانگین گیری رینولدز معادلات ناویر استوکس به روش حجم محدود و با استفاده از مدل آشفتگی انجام پذیرفته و برای چرخش توربین از شبکه بندی متحرک، استفاده شده است. مطابق نتایج، توربین ترکیبی در حالت راه اندازی نسبت به توربین های معادل اول و دوم به ترتیب، 4/22 و 5/17 درصد انحراف معیار کمتر و 8/69 و 9/56 درصد متوسط گشتاور بیشتر دارد. در حالت کاری نیز توربین ترکیبی در سرعت دورانی 30 دور در دقیقه به ترتیب، 1/16 و 3/27 درصد انحراف معیار کمتر و 1/19 و 03/1 درصد متوسط گشتاور بیشتر دارد. ازاین رو، توربین ترکیبی در شروع حرکت و همچنین در سرعت های دوران پایین نسبت به توربین های داریوس معادل، گشتاور متوسط بیشتر و نوسانات کمتری دارد.
    کلیدواژگان: ساوینوس، داریوس، راه اندازی خودکار، توربین ترکیبی، دینامیک سیالات محاسباتی
  • امیر عارفیان، نوید زهتابیان رضائی، رضا حسینی ابرده* صفحات 181-190

    در مطالعه حاضر، یک سامانه تمیزکننده فیلتر گاز با پالس جت معکوس به طور کامل مورد شبیه‏سازی عددی قرار گرفته است. به منظور ارزیابی پارامترهای جریان، مدل سه بعدی کامل از سامانه مخزن پرفشار نیتروژن تا ورودی فیلترها در مخزن کم فشار گاز تمیزشونده مورد مطالعه قرار گرفته و جریان در داخل فیلترها بررسی شده است. صحت‏سنجی نتایج با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود انجام شده است. نتایج نشان می‏دهد که مستقل از نوع شیر، پس از باز شدن آنی، در زمان کمتر از 0.5 ثانیه، پالس تمیزکاری ایجاد شده و جریان پس از این زمان به شدت مضمحل می‏گردد. اگرچه به دلیل نسبت فشار زیاد سامانه، جریان تمیزکاری با سرعت قابل ملاحظه القاء می شود؛ اما در هیچ قسمت از مجموعه خفگی و شوک وجود نخواهد داشت. جریان جت خروجی از نازل های توزیع کننده باعث ایجاد یک ونتوری مجازی در ورود به فیلتر شده و با افت فشار استاتیکی موضعی، مکش القائی ایجاد شده جریان ورودی به فیلتر را تا دو برابر افزایش خواهد داد. توزیع جریان تمیزکاری در راستای طول فیلتر یکنواخت نبوده و با توجه به اختلاف در مقادیر افت فشار در مسیر جریان، در ناحیه ابتدایی قابل توجه است و به مرور کاهش می‏یابد.

    کلیدواژگان: پالس جت معکوس، تمیزکاری فیلتر، فیلترگاز، جریان تراکم پذیر، جریان گذرا
  • مجتبی فرج پور خاناپشتانی، مصطفی آقامیرسلیم*، سید شهاب الدین علویون صفحات 191-200
    سامانه های پرخوران، با فشرده سازی هوای ورودی به موتور باعث افزایش بازده تنفسی و کاهش مصرف سوخت و کاهش سطح آلاینده های خروجی از موتور می گردند. ماهیت جریان درون گردا پیچیده بوده و پدیده های مختلفی از قبیل جدایش و آشفتگی جریان درون گردا مشاهده می شود. همچنین تعیین دقیق عملکرد گردا در نقاط کاری مختلف، در تطابق پرخوران با موتور نقش به سزایی دارد. هدف اصلی این تحقیق، شبیه سازی سه بعدی و پایا جریان درون گردای سامانه پرخوران و تحلیل رفتار گردا، در شرایط مختلف عملکردی است. بدین منظور جریان درون گردا شامل حلزونی، چرخان، پخشگر خروجی و مسیر هدررو به صورت سه بعدی و تحت شرایط پایا بررسی می شود. صحه گذاری نتایج شبیه سازی به کمک نتایج آزمون های تجربی، نشان دهنده اختلافی در حدود 3 تا 9 درصد بین این نتایج است. همچنین به منظور پایش سرعت دورانی پرخوران، گردای سامانه پرخوران موردبررسی، مجهز به سازوکار دریچه هدررو است. با اندازه گیری مقدار دقیق گشودگی دریچه هدررو در نقاط کاری گردا در میز آزمون موتوری، شبییه سازی جریان درون گردا در حالت دریچه هدررو باز انجام شده و تاثیر گشودگی دریچه بر روی عملکرد گردا و بازدهی هم آنتروپی گردا بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که گشودگی دریچه هدررو تا حد چشمگیری باعث افت بازدهی هم آنتروپی گردا و کاهش توان تولیدی توسط گردا، می گردد.
    کلیدواژگان: پرخوران، گردا، شبیه سازی سه بعدی، دریچه هدررو، بازدهی هم آنتروپی
|
  • Seyed Mostafa Hosseinalipoor *, Navid Haji Ghafoori Boukani Pages 1-10
    In this paper, a two-dimensional numerical simulation is applied to study the Vortex-Induced Vibrations (VIV) of an elastically mounted rigid circular cylinder beneath a free surface of fluid. The effect of free surface in laminar flow (60 < Re < 130) with Fr=0.2 is investigated with considering two Gap-Ratios of 2.5, 1.5. 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 CFD commercial software Ansys Fluent 14.0. Simulations of VIV and Free Surface of fluid flow have separately shown good agreement with previous results. This paper is the second part of an investigation about effects of Free Surface of fluid on VIV phenomena. The effects of Free Surface is investigated with using a comparison of vortex shedding modes and non-dimensional frequency diagrams for the two gap-ratios. With approaching cylinder to free surface, results shows changing type of vortex shedding modes, abatement in lock-in region, increasing Strouhal number and non-dimensional frequency ratio.
    Keywords: Vortex Induced Vibration, free surface, Lock-in region, Vortex shedding modes
  • Moein Majnouni Mehrdar, Davoud Kalantari *, Seyed Reza Mousavi Seyedy Pages 11-20

    Today hydraulic operating system technology is wide spread into all sectors of manufacturing, agriculture, aerospace and marine industries where accuracy, precision and flexibility of applying force is very important. So due to the growing usefulness of hydraulic cylinders with precise and controlled operation in various industries, the need for control of piston speed is necessary. Therefore in this research, design, fabrication and evaluation of 5 different hydraulic cushions have been considered in order to optimize the stopping mechanism of pistons at the end of the course. In this article the comparison of 5 cushion spears including Circular, Conical, Sagittal, Double conical and Parabolic cushion have been studied with reviewing the motion behavior of piston and measuring the parameters such as displacement, speed, acceleration, flow rate and hydraulic pressure in an one way hydraulic cylinder. Results showed that the sagittal cushion with maximum pressure increasing of 1.98% for 200 kg load and 0.35% for 350 kg load had the lowest percentage of hydraulic pressure rise and circular cushion with maximum pressure increasing of 11.98% for 200 kg load and 3.92% for 350 kg load had highest percentage of hydraulic pressure rise.

    Keywords: Cushion, Sagittal cushion, Conical cushion, Circular cushion, Hydraulic cylinder
  • Reza Gharraei Khosroshahi *, Mahdi Tavana, Sima Baheri Islami Pages 21-30
    In this study, the hydrodynamic behavior of fluid jet with/without application of electric field was studied and the effects of electric field intensity and direction on instability and breakup of jet were investigated experimentally. Results show that the characteristics of free falling jets depend on Reynolds number. Furthermore, jet mean diameter and its breakup length in this type of jets are directly related to Reynolds number. Electric field increases the jet mean diameter in the downstream region of electrodes and decreases the breakup length. Increase in electric field intensity shortens the breakup length and direct field is more effective on this area in comparison with reverse one. Applying a 6 kV electric potential difference, the upper jet breakup length can be reduced by 27% in comparison with neutral case. The standard deviation of produced droplets’ size for neutral case and reverse electric field, generated by 2kV, are equal to 1.3 and 1.1 respectively which indicates a more uniform droplets’ generation in the presence of reverse electric field. Considering the roundness of various generated droplets, it can be concluded that applying the electric field enhances the production of round droplets and reduces the number of irregular droplets.
    Keywords: Fluid Jet, Breakup Length, Electrohydrodynamic, Dielectric
  • Amin Jaberi *, Mehran Tadjfar, Armin Sheidani Pages 31-40
    The flow characteristics of water jets issuing from rectangular and elliptical injectors into quiescent air were experimentally investigated. Injectors were of the same cross-sectional area and a circular injector was also employed as the reference case. Digital images taken by a diffused backlight technique were processed to extract the main characteristics of the jet column at different jet velocities. The measurements were carried out for mass flow rates varying from 2 L/h to 120 L/h with small enough steps at low speeds to capture Rayleigh regime. Aside from the qualitative description of the jet flows, stability curve was plotted to make a comparison between different jets. The comparison revealed that the ellipse jet is the first one to reach the critical Weber number, while the circular jet remains laminar at higher velocities than the other two jets. Moreover, axis-switching phenomenon was carefully studied as the common characteristic of rectangular and elliptical jets. The wavelength and maximum amplitude of axis-switching were measured at different flow conditions and the results were compared. Though the axis-switching wavelength of both jets demonstrated a linear increment with Weber number, the rectangular jet was found to increase with a higher slope.
    Keywords: Liquid jet, axis switching phenomenon, elliptical jets, rectangular jets, jet column breakup
  • Mazaher Rahimi Esboee *, Ebrahim Alizadeh, Ali Akbar Ranjbar, Seyed Majid Rahgoshay, Sayed Hossein Masrouri Saadat, Majid Khorshidian Pages 41-50
    The management of consumption the reactive gas in PEMFC is classified into three types: open-end, recirculation and dead-end. In dead-end mode, reactant gasses due to accumulating of water and inert gas should be purged alternatively. In this paper a PEMFC stack with transparent end plates and a unique design for investigation of water management is designed, manufactured and fabricated. In this paper, for the first time, the discussion of water management in a dead-end anode and cathode PEMFC stack with details of form and remove of water has been investigated. The results have shown that at the current density lower than 200 mA/cm2 the produced water is in the form of separate droplets and there is no film flow and slug flow of water in the channel. Also, as expected, the accumulation of droplets and film flow in the lower half was more than the upper half and therefore the reduction of the number of channels to increase gas speed and effective water removal in this part was essential. The results have shown that for steady-state operation, the maximum time possible for closing the output valves is 5 seconds and the minimum time required to open it is 5 seconds.
    Keywords: Transparent PEMFC, Water film flow, Purge time, Dead-end mode, Voltage variation
  • Saba Teymouri, Ehsan Khavasi *, Hamid Yousefi Pages 51-60
    An important types of density currents is called turbidity currents, where the density difference is due to the presence of suspended solid particles. In this paper, 3D numerical simulation of lock-exchange particle laden density current is presented in order to investigate the hydrodynamic of the current in density stratified environment. Simulations are carried out using Large Eddy Simulation method, three-dimensional Box filter, dynamic Smagorinsky method and Van driest damping function. The obtained results in stratified case are in good agreement with experimental data. Also, the presence of stratified environment significantly reduces the current velocity, but does not have any significant effect on the sedimentation pattern. In addition, the results show that increasing the slope leads to increase in sedimentation. It was also observed that increasing the particle diameter reduces the current momentum and increased sedimentation. For more accurate representation of the particle interaction, the particle settling velocity also varies with concentration. The analysis show that assuming the variable settling velocity in the early stages of the current leads to insignificant change in the front velocity, but when the flow advances more, the faster front velocity will be predicted.
    Keywords: Density current, Lock-exchange, Stratified environment, Large Eddy Simulation
  • Abbas Afshari, Ali Akbar Dehghan *, Mohammad Farmani Pages 61-70
    Requirement of reducing undesirable noise from airplanes, wind turbines blades and fans resulted in the identification of noise sources of such equipment in many research works. Turbulent boundary layer trailing edge (T.E.) noise is one of the main sources of aerodynamic noise and extensive studies have been conducted on it during the past decades. Previous studies have shown that surface pressure spectra, the spanwise length scale of the SPFs and eddy convection velocity in the T.E. region are crucial quantities in determination of the far-field trailing edge noise. In the present study, for measuring these parameters and hence predicting the far-field trailing edge noise, a flat-plate model is designed and built. The flat plate is equipped with several streamwise and spanwise miniature condenser microphones, FG-23329-P07, acting as surface pressure transducers. All the experiments were carried out in a subsonic wind tunnel for three free-stream velocities: 10, 15 and 20 m/s. The spanwise length scale and eddy convection velocity are calculated by simultaneously measuring of unsteady surface pressure respectively in both streamwise and spanwise directions and using cross spectral density. The experimental results, including the surface pressure spectra, longitudinal and lateral coherence and eddy convection velocity provide many information about the flow field structure in the turbulent boundary layer. The results also show that the best collapses in the surface pressure spectra at low frequency and middle to high frequencies can be obtained by using outer and inner layer scales respectively. Furthermore, the longitudinal and lateral coherences can provide adequate information about the lifespan (or, inversely, the decay) of the eddies and their physical size. Finally, the trailing edge noise from flat plate has been predicted by using the analytical Amit-Roger model and results show the effectiveness of this model for prediction of far-field turbulent boundary layer trailing edge noise.
    Keywords: Trailing edge noise, Turbulent boundary layer, Surface pressure spectra, Eddy convection velocity, Spanwise length scale
  • Asghar Khorram, Bahman Vahidi *, Zahra Mollahoseini Pages 71-80
    The motion and adhesion of cancer cells in a blood vessel during metastasis is a complex mechanism that occurs in the human body. In this analysis, a two-dimensional model of the movement of cancer cells has been developed that is solved in two different modes in a straight line in a blood vessel. These two modes are related to presence and absence of adhesion between cancer cell and blood vessel wall in the presence of adhesion between cancer cell and white blood cell. The analysis is performed using FEM and FSI equations. For FEM analysis, it is assumed that the properties of blood and cells are homogeneous and fluid is incompressible and Newtonian. Cancer cell is modeled as a rigid body and white blood cell is assumed as linear elastic. The model is time-dependent with 10-5 time step and a network of triangular elements is used. The analysis shows that the influence of adhesion between the cell and the vessel wall is more important from cell-cell adhesion. Through Consideration and scrutiny in the adhesion charts along with medical issues such as drug delivery to cancer patients has a considerable impact in the treatment or prevention of cancer metastasis.
    Keywords: Cancer cells, Cell mechanics, Metastasis, Computational Simulation, Adhesion
  • Mohsen Nazari * Pages 81-90
    In this study, Lattice Boltzmann method (LBM) is used to investigate liquid water transport in a carbon paper gas diffusion layer (GDL) and gas channel (GC) of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC). The carbon paper GDL is reconstructed using the stochastic method. This work is done in a microscopic porous structure and behavior of liquid water clusters from catalyst layer / GDL interface to gas channel is studied. In this study, the dynamic behavior of liquid water during removal from gas diffusion layer (GDL) of a PEMFC electrode is simulated using LBM. The effects of GDL wettability on the removal process and liquid water distribution are investigated. In addition, liquid water dynamic behaviors and liquid water saturation within the GDL in two case of steady and transient are explored. This study focuses on the effects of surface wettability on the number of effective clusters, merging of clusters, and the required time for reaching the steady-state water distribution. The simulation results show that by increasing the contact angle of fibers in GDL, the required time to obtain a steady-state water distribution is reduced. Therefore, if the solid surface becomes more hydrophobic, water management will be improved in the gas diffusion layer.
    Keywords: LIQUID WATER, Gas diffusion layer, WETTABILITY, LIQUID WATER SATURATION
  • Mahdi Salami Hosseini *, Mohammad Ali Moeeni, Mirkarim Razavi Aghjeh, Mahdi Mostafaian Pages 91-100
    One of the most important challenging subjects for scientists is the numerical simulation of the transport phenomena in heterogeneous media. The discontinuity in the properties causes computational errors leading to incorrect estimation of the exact values. Various methods were rendered to reduce the error. Most of these methods are based on the remeshing of the elements to align with discontinuities increasing the calculation cost significantly. One of the powerful methods introduced recently is extended finite element method (XFEM). XFEM is based on the modification of the interpolation functions to capture discontinuities throughout the domain. Using this method in fluid mechanic was merely addressed but recently the approach has been changed. So, in the present study, attempts were made to study the affecting factors on the deformation of Newtonian/Newtonian and non-Newtonian/Newtonian systems. The obtained results showed a good agreement with the experimental results by other scientists. Because of pressure field modification, studying droplet deformation becomes possible, even when rheological properties of component like viscosity ratio and interfacial tension are very different. The obtained results indicated that by fixing all rheological parameters, there will be an inverse relationship between the final droplet size and viscosity ratio of components.
    Keywords: extended finite element method, droplet deformation, two phase systems, viscosity, Interfacial tension
  • Ghassem Heidarinejad *, Hamidreza Babakhani, Alireza Rostami Pages 101-110
    simulation of blood flow in bypass grafts can help medical evaluation. Numerical simulation of blood flow in Configurations recommended by the surgeon Such as the configurations of Y is the aim of this study in order to predict hemodynamic parameters of this configuration in a patient with double stenosis 65 and 50 percent is examined at rest and during exercise. The computational domain was created from CT images from the human cardiac. In this study, blood is assumed homogeneous, non-Newtonian and pulsatile. For real modeling of flow and blood pressure, lumped model is used in outlet at rest and exercise states.The results indicate using this configuration is compensated the pressure drop and flow and time average wall shear stress has reduced in stenosis region and oscillatory shear index and relative residence time range has reduced in area pre and post-stenosis.Y bypass grafting investigation indicates time average wall shear is low at the bifurcation graft and There is possibility of creating restenosis in these areas, but These parameters are in the ideal range at the exercise state.
    Keywords: Blood, Non-Newtonian, Coronary Artery, Stenosis, Hemodynamic parameter
  • Hossein Ghalyanchi Langeroudi, Kourosh Javaherdeh * Pages 111-120

    In present paper is to study numerical simulation by using Finite volume method for Newtonian and non-Newtonian fluid flow inside corrugated tube equipped with typical twisted tape (TT) and V-cut twisted tape (VTT) at constant heat flux. For validation of this simulation, this results compared with empirical correlations of researchers. In this analysis water was as Newtonian fluid and 0.2 wt % carboxymethyle cellulse (CMC) in water was as a non-Newtonian fluid, the range of Reynolds number for Newtonian and non-Newtonian fluid varied (5300 to 25700) and (2400 to 6800) respectively. In this analysis, the effects of using different turbulence models, variable heat flux and creating V-cut on Nusselt number and friction factor is investigated. The obtained results showed that standard κ -ω model of turbulence for Newtonian fluid is a proper model rather than the other models and it had good agreements between experimental data, and the average differences for Nusselt number in typical and V-cut twisted tapes were less than 15.2% and 14.4% respectively. On other hand, in identical condition for non-Newtonian fluid, using of standard κ - ε model of turbulence is a proper model and the average differences on Nusselt number for typical twisted tape were less than 18%.

    Keywords: CFD, Twisted tape, Corrugated tube, Nusselt number, Friction factor
  • Seyed Mohammad Javadi *, Ali Mohammad Naserian Nik Pages 121-130

    The stresses induced in the rubber by pressure loss and unbalanced velocities at exit is the main factor that affect the swelling of rubber cross-section after exiting the die. In this research, the effect of velocity distribution at the die exit on the rubber dimensions is experimentally and numerically studied with the aid of finite volume method. Three-dimensional simulation of non-Newtonian high-viscosity flow was performed to predict the distribution of velocity and pressure in the die channels. This can eliminates the experimental trial and error procedure for modifying the shape of channels to achieve a uniform velocity distribution and reduction of pressure loss. According to the importance of recognition of the soft and hard materials boundaries in multi-material cross-sections, the two-phase VOF method is employed. A comparison between primary and modified dies shows more precise dimensions of the modified die. The results show that in the narrow portions of the profile in the vicinity of wide regions, because of the impossibility of achieving a uniform velocity distribution, the produced cross-section is smaller than the design value. By the employed numerical method reduces the pressure loss in the modified die by 40% in comparison with that of the primary designed die.

    Keywords: Simulation, Non-Newtonian, high viscosity, Multiphase, polymer
  • Mahnaz Dehghan, M. Dehghan M., Ali R. Davari * Pages 131-140

    A new approach using the genetic algorithms has been presented to estimate the uncertainties in numerical pressure calculation on a 3D wing. The amount of error in this method has been estimated in the form of power series as a function of the element size. The error tensor is expressed as the sum of squares and has been used as the fitness function in the genetic algorithm. The conventional method for error minimization has been differentiation which is replaced by the genetic algorithm in this paper. The error analysis along with a safety factor has been introduced as the uncertainties in numerical calculations. According to the results, refining the grids down to 25% of the initial size, reduced the error by an amount of 50%. The total uncertainty calculated in this paper was 0.03. This value determines a confidence level of 97.6%. The reliability of the results on three baselines higher than 97% approves the high accuracy of the present calculations. The highest and the lowest reliability in the present calculations was 99.16% and 97.6%, respectively.

    Keywords: Uncertainty, genetic algorithm, power series, Safety factor
  • Abdollah Eskandari * Pages 141-150
    In this work, injector regulating valve and pelton turbine impeller has been numerically and analytically designed and simulated. The impeller of the pelton turbine added on the shaft of a high pressure multistage pump which is used in sea water RO package to recover a part of input power from rejected flow return back after filter unit. Using ANSYS CFX, flow through the regulating valve for many outlet injector diameters has been numerically simulated to obtain head loss. For the point of operation, dimension of turbine impeller calculated using turbomachinery relations and some experimental data in order to synchronize as much as possible with the pump. The exact point of operation for the pump, turbine and injector obtained by intersecting performance curves of pump and turbine. In order to investigate the results, the full-scale pelton turbine and regulating valve manufactured with the material of duplex and installed on the pump. Performance test on the site shown about 26% decrease in input power. Because of the affinity relation for turbomachinery, the results can be validated for other point of operation due to change in pump speed.
    Keywords: Pelton turbine, injector, numerical simulation, Performance Curve, RO package
  • Mir Hossein Negahban *, Seyed Esmail Razavi Pages 151-160
    Improvement of an airplane’s wing efficiency is one of the recent dominant steps toward the reduction of drag force and optimization of airflow and airborne structures interaction, as it has a functions similar to bird’s wings. In other words, these wings, in contrary with rigid ones which are currently being used, have the flexibility and consistency in various flight conditions.In this sudy, Numerical simulation of transonic flow around chordwise morphing airfoil have been accessed. Fluid-Structure interaction for analyzing flow field behavior in conjunction with deformable airfoil is used. In this regard, a two-dimensional finite element model is established and the arbitrary Lagrangian–Eulerian formulation (ALE), in flow field and structure configuration is applied to accommodate the deforming boundaries. The procedure incorporates one-equation Spalart-Allmaras turbulence model. The preferable Mach number for transonic regime is 0.7. Chordwise elastic deformability by uniformly varying extended load on both leading and trailing edge is considered for deformation purposes. The model is validated against conventional rigid airfoil for different angles of attack and the comparisons show considerable improvement in aerodynamic characteristics and prove the efficiency of elastic morphing airfoil. All the simulations are carried out by COMSOL Multiphysics software.
    Keywords: Morphing airfoil, Transonic flow, Elastic deformation, compressible flow, Shock Wave
  • Mohammad Emdadi Pages 161-170
    In this research, water droplet impact process on a solid surface is simulated using a sharp approach for interface modeling. This approach is based on the solving momentum and continuity equations and imposing appropriate jump conditions at the interface. The level set method is used for interface tracking and the ghost fluid method is used to impose jump conditions at the interface accurately. In this way, smearing of quantities across interface is prevented and discontinuities are preserved at interface. The accuracy of numerical procedure is approved via comparison of simulation results with experimental and numerical data. Simulation results show that the used numerical method in comparison with the VOF method, represents more accurate prediction of droplet behavior during impact process. The effect of contact angle between water droplet and surface on the impact process is investigated. For contact angles less than 90°, water droplet spreads on the surface after impact. But, for contact angles greater than 90°, droplet starts to recoil after spreading. In this case, it is possible that droplet rebound from surface after recoiling. Maximum spreading radius of droplet decreases by an increase in contact angle.
    Keywords: Droplet Impact, Level set Method, Ghost Fluid Method, contact angle
  • Nozar Akbari *, Abolfazl Abdolahifar Pages 171-180
    The purpose of this research is to investigate the performance of hybrid Darrieus-Savonius wind turbines to achieve a model with high starting torque and suitable performance range. Straight-Bladed Darrieus wind turbines have high-amplitude fluctuations in torque and, at some angles, this torque is not enough to start the turbine motion. The hybrid turbine is compared with two equivalent models of straight-bladed Darrieus wind turbines. The first model has equal available power and the second model has equal height with the hybrid turbine. 3D simulation is performed using CFD and solving Reynolds averaged Navier-Stokes equations with finite volume method, using turbulence model and rotating mesh for rotation of the turbine. According to the results, the hybrid turbine in the starting mode has 22.24% and 17.5% lower standard deviation and 69.8% and 56.9% higher average torque, respectively, compared to the first and second equivalent turbines. In operational mode, the hybrid turbine at the rotational speed of 30 RPM has 16.1% and 27.3% lower standard deviation and 19.1% and 1.03% higher average torque, respectively. Therefore, the hybrid turbine at the start of the motion, as well as at low rotational speeds, has higher average torque and less fluctuations compared to equivalent Darrieus turbines.
    Keywords: Savonius, Darrieus, Self-starting, Hybrid turbine, computational fluid dynamics
  • Amir Arefian, Navid Zehtabiyan Rezaie, Reza Hosseini Abardeh * Pages 181-190

    In this study, numerical simulation of a pulse-jet filter cleaning system is conducted and its performance is investigated under pre-defined conditions. In the first step, 3D simulation of the system from high pressure tank to filter inlet is performed and the output is used as the input of second step. In second step, simulation is performed for filters with inlet mass flow rates calculated from the previous step. To validate the results, the results are compared to experimental data showing acceptable agreement. The results show that regardless of valve type, cleaning pulse generates after 0.5s and suddenly decreases afterward. No shock or choking is observed in the system. Another interesting result is induced flow generated after the nozzles, which increases filter inlet mass flow rate. In addition, axial distribution of filter outlet flow rate is not uniform, degrading from inlet to outlet. Finally, a complete parametric study is performed to investigate the effect of the tank pressure on the pressure difference in the filter which is an important index in cleaning performance analysis.

    Keywords: Pulse-jet, filter cleaning system, gas filter, compressible flow, Transient Flow
  • Mojtaba Farajpoor Khanaposhtani, S.Mostafa Agha Mirsalim *, Seyyed Shahaboldin Alavioun Pages 191-200
    Turbocharger systems, can increase volumetric efficiency and decrease fuel consumption and emissions of an engine due to compressing the entering air to the engine. Flow characteristic inside turbine is sophisticated and several phenomena like flow separation and high turbulent flow can occur inside turbine. Determining exact performance behavior of turbine can alter the matching process of the turbocharger with the engine. The main goal of this research is 3D and steady simulation of the flow inside turbocharger’s turbine and analysis of the performance behavior of turbine under different working conditions. To this end, 3D flow inside turbine including volute, rotor, diffuser and wastegate passage is investigated steadily. Validating simulation results by experimental results shows that there exist 3 to 9 percent of error between these. In order to control the rotational speed of turbine, turbocharger is equipped with wastegate. By measuring the exact amount of wastegate opening in different working conditions of turbine on a test cell, flow simulation inside turbine is accomplished in different wastegate openings and the effect of wastegate opening on the turbine performance and isentropic efficiency is investigated. The results shows that opening of wastegate can reduce isentropic efficiency and power produced by the turbine significantly.
    Keywords: Turbocharger, Turbine, 3D simulation, Wastegate, isentropic efficiency