فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و دوم شماره 4 (تیر 1399)
  • سال پنجاه و دوم شماره 4 (تیر 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/01/10
  • تعداد عناوین: 20
|
  • محمودرضا هاشمی، مهدی مقیمی*، شهرام درخشان هوره صفحات 1-10

    توربین های جزر و مدی به منظور استفاده از انرژی عظیم جریان های دریایی و جزر و مدی استفاده می شوند. توربین های جزر و مدی بر اساس محور دوران خود به دو دسته محور افقی و محور عمودی تقسیم می شوند. در این پژوهش به بررسی پارامترهای موثر بر هیدرودینامیک جریان در یک توربین جزر و مدی محور عمودی هانتر پرداخته شده است. ابتدا توربین هانتر در مقیاس 1:20 ساخته شده و در محیط آزمایشگاهی مورد مطالعه تجربی قرار گرفته و سپس با استفاده از حل گذرای CFD به شبیه سازی عددی جریان پرداخته شده است. شبیه سازی در دو شرایط غیاب سطح آزاد و حضور آن به انجام رسیده است و از مدل آشفتگی SST k-ω برای هر دو آنالیز و روش VOF برای مدل سازی سطح آزاد بهره گرفته شده است. نتایج شبیه سازی با داده های آزمایشگاهی، صحت سنجی شده و تطابق مناسبی را نشان می دهد. ضریب قدرت بیشینه حدود 23 درصد است و در ضریب جریان بین 4/0 تا 43/0 اتفاق می افتد. نتایج شبیه سازی در غیاب سطح آزاد نشان می دهد با افزایش ضریب انسداد، ضریب قدرت افزایش می یابد به شکلی که در انسداد 2/0، ضریب قدرت از مقدار 8/4 درصد با افزایش 4/8 درصد به 2/13 درصد در انسداد 32/0 رسید. همچنین آنالیز سطح آزاد نشان می دهد، تغییر شکل سطح آزاد باعث ایجاد گشتاور بیشتری روی پره توربین می گردد؛ در حالی که متوسط ضریب گشتاور در غیاب سطح آزاد حداکثر 18/0 است، همین ضریب با وجود سطح آزاد با افزایش 120 درصدی به 4/0 می رسد و ضریب قدرت نیز 10 درصد افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: توربین جزر و مدی، سطح آزاد، ضریب قدرت، عدد فرود بر مبنای ارتفاع توربین، نسبت عمق به ارتفاع توربین
  • سعید کریمیان علی آبادی*، سپهر راسخ صفحات 11-20
    در این تحقیق به بررسی اثرات دوران سکوی توربین باد فراساحلی شناور 5 مگاواتی ان آر ای ال بر روی عملکرد آیرودینامیکی آن در حضور سیستم کنترل زاویه گام پرداخته می شود. برای مدل سازی آیرودینامیکی از روش مومنتوم المان پره ناپایا استفاده شده است. ابتدا این مدل ایرودینامیکی بر اساس داده های مرجع توربین باد نمونه اعتبارسنجی شده و نتایج مطلوب حاصل شده است. در ادامه به منظور اعمال سیستم کنترل تثبیت توان، مقدار زاویه گام بعنوان پارامتر کنترلی بر اساس یک کنترل کننده PI استخراج گردیده است. حرکت اغتشاشی وارد به توربین باد شناور در سه جهت پیچ، رول و یاو مطالعه شده که این جابجایی های دورانی با استفاده از تابع سینوسی تقریب زده شده است. نتایج نشان می دهد که از میان سه حرکت مورد بررسی، حرکت پیچ بیشترین اثر را بر روی پارامترهای عملکردی توربین باد شناور دارد. این حرکت باعث می شود تا مقدار ضریب توان میانگین نسبت به حالت مبنا یا توربین باد ثابت در نسبت های سرعت نوک پره کمتر از 7 کاهش یابد و در نسبت های سرعت نوک پره بیشتر از 7 افزایش ضریب توان نتیجه شود. این روند برای حرکت های رول و یاو بصورت خفیف تر دیده می شود. علاوه بر این مقدار زاویه گام میانگین همواره در حالت شناور افزایش می یابد که به معنای تلاش بیشتر سیستم کنترلی برای تثبیت توان می باشد. از این بستر با توجه به قابلیت تحلیل ناپایا می توان در مطالعه پارامتری و نیز در بهینه سازی توربین های بادی شناور استفاده نمود.
    کلیدواژگان: توربین باد فراساحلی، سکوی شناور، سیستم کنترل زاویه گام، روش مومنتوم المان پره، نسبت سرعت نوک پره
  • احسان خواصی*، سعید نصیری، اسماعیل پورسعیدی صفحات 21-30
    یکی از نکات مهم در تحلیل عملکرد کمپرسور تخمین حد سرج است. چنانچه زاویه حمله هوا به هر دلیلی تغییر کند، جت های هوا از روی پره جداشده و باعث کوچک شدن سطح مقطع عبوری هوا و تغییر زاویه حمله هوا در پره بعدی می شود که به آن استال گویند. این عمل به همین صورت تکرار می گردد تا سرتاسر پره های یک ردیف را استال فراگیرد، در این صورت در پشت آن ردیف افت فشار روی میدهد و هوا از ردیف های بعدی که فشار زیادی دارند به سمت منطقه کم فشار برمی گردد که به آن سرج گویند. در این مقاله، شبیه سازی پدیده ی سرج در 1 1/2 از پره های ردیف اول کمپرسور محوری توربین گاز GE-Frame6با زاویه حمله 34 درجه، به صورت گذرا و آشفته با مدل توربولانسی k-w (sst) انجام گرفته است. نتایج بدست آمده حاصل از بردارهای سرعت نشان می دهد که هنگام بروز سرج جریان معکوس که مهم ترین مشخصه وقوع سرج است، رخ داده و جریان به عقب بازمی گردد. هم چنین در این مقاله، کد نویسی معادلات دیفرانسیل معمولی کوپل شده ی نرخ تغییرات فشار و جریان برای مقادیر مختلف پارامتر پایداری B انجام گرفته است. مشاهده گردید که به ازای 6/0B = که کمتر از مقدار بحرانی است، استال دورانی رخ می دهد و فشار به صورت گذرا نوسان کرده و پس از چندین نوسان میرا می شود. درحالی که به ازای 6/1B = که بیشتر از مقدار بحرانی بوده سرج عمیق رخ می دهد و فشار و جریان با دامنه ثابت نوسان می کنند.
    کلیدواژگان: ''کمپرسور محوری، استال، سرج، جریان معکوس، سیکل سرج''
  • محمد ولی زاده*، محسن بهنیا، علیرضا شهرابی فراهانی، هیوا خالدی صفحات 31-40
    تغییر شکل پوسته توربین در پاسخ به تغییرات شرایط فشاری و دمایی به دلایل مختلفی از جمله سایش اعضای داخلی، نابرابری جرم حرارتی پوسته نازک و فلنج های ضخیم و متفاوت بودن ضریب انتقال حرارت جابجایی اطراف پوسته به وجود می آید. با تغییر شکل پوسته، افت جریان در نوک پره ها و درزبندهای توربین افزایش یافته و بازده کاهش می یابد. در این تحقیق به بررسی اثر انتقال حرارت جابجایی آزاد بر پوسته کمپرسور محوری توربین گاز پرداخته شده است. بدین منظور یک مدل دو بعدی شامل شفت، پوسته داخلی و خارجی به همراه جریان کمپرسور و سیال محبوس بین دو پوسته شبیه سازی شده است. محیط سیال و جامد همزمان با هم به صورت گذرا با روش عددی با اعمال شرایط مرزی مختلف تحلیل شده است. نتایج نشان می دهد که در اثر جابجایی آزاد، دمای نقاط بالایی پوسته تا یک زمان مشخص افزایش پیدا کرده و پس از آن به صورت نوسانی کم می شود. در حالی که دمای نقاط پایین در طول زمان به طور کلی کاهش می یابد. جابجایی آزاد باعث ایجاد اختلاف دمای قابل توجهی در پوسته در شرایط خاموشی توربین می شود. همچنین با توجه به مقدار بالای عدد رایلی، آشفتگی جریان در سیال زیاد است. با این که با افزایش ضریب انتقال جابجایی محیط عدد رایلی افزایش می یابد، گرادیان دمایی بین پوسته بالا و پایین به صورت موضعی کاهش می یابد. برای کاهش تغییر شکل پوسته راهکارهای عملی استفاده از تهویه برای تنظیم ضریب انتقال جابجایی محیط، تغییر لاجیک شیر تخلیه و بهبود عایق بندی پوسته بسته به شرایط عملکردی ارایه شده است.
    کلیدواژگان: توربین گاز، کمپرسور محوری، پوسته، جابجایی آزاد
  • مهدی رمضانی زاده*، یونس پولادرنگ صفحات 41-50

    در تحقیق حاضر، اثربخشی خنک کاری لایه ای ناشی از روزنه های نخودی شکل با افزودن زایده های طولی در ناحیه ی پس از خروجی جت ها، به صورت تجربی با استفاده از روش دمانگاری مادون قرمز بررسی شده است. اندازه گیری ها در عدد رینولدز 10000 (بر اساس مشخصات جریان اصلی و قطر معادل روزنه ی جت) و زاویه ی تزریق 30 درجه روی صفحه ی آزمون با استفاده از جت های دارای روزنه ی شکل یافته ی نخودی انجام شده است. بررسی ها برای چند حالت مختلف شامل سه ارتفاع زایده (0.345D, 0.522D, 0.696D)، سه فاصله ی بین دو زایده ی مجاور(0.8D, 1D, 1.2D) و سه طول زایده ها (8D, 16D, 24D) انجام شده که در آنها، D قطر روزنه ی خنک کاری معادل برای روزنه ی نخودی می باشد. اثرات نسبت دمش در چهار حالت شامل 4/0، 5/0، 7/0 و 8/0 مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که زایده های مورد نظر، با مهار کردن جریان جت تزریق شده، می توانند تا حد زیادی اثربخشی خنک کاری لایه ای را افزایش دهند. در بهترین نسبت دمش مربوط به هر هندسه، درصد افزایش اثربخشی متوسط گیری شده در کل ناحیه ی پایین دست جت در حالت دارای زایده های طولی، در مقایسه با حالت بدون زایده، 4/41% می باشد. در حقیقت، این زایده ها با کنترل گردابه های خلاف هم گرد و محدود کردن پخش جت های خنک‎ کننده، از اختلاط گازهای داغ با جت های خنک کاری لایه ای جلوگیری می کنند.

    کلیدواژگان: خنک کاری لایه ای، روزنه شکل یافته نخودی، زائده های مهار کننده جریان، روش مادون قرمز، آزمایش تونل باد
  • احمد کاظمی فرد، حسن خالقی*، رضا ابراهیمی صفحات 51-60
    در سیستم احتراق یک توربین گاز سوخت مایع، به دلیل محدودیت طول لوله پیش مخلوط، فرآیند تبخیر قطرات سوخت به طور کامل انجام نمی گیرد و قطرات وارد محفظه احتراق می شوند. وجود این قطرات در محفظه احتراق باعث می گردد که اشتعال در حالت غیر پیش مخلوط انجام شود و متعاقب آن میزان نشر اکسیدهای نیتروژن افزایش یابد. برای جلوگیری از نشر این آلاینده ها، می بایست قطرات اسپری در یک فضای محدود به طور کامل تبخیر گردد. بدین منظور در این جا، یک مکانیزم برای پاشش قطرات سوخت در لوله پیش مخلوط ارایه شده است. در این مکانیزم، قطرات اسپری با الگوی مخروط توخالی در خلاف جهت جریان هوا تزریق می شود. بنابراین در این نوع پاشش، به دلیل افزایش سرعت نسبی قطرات و تسریع در فرآیندهای شکست و تبخیر آنها، دستیابی به این هدف امکان پذیر می باشد. برای بررسی صحت این موضوع، الگوهای مختلفی از پاشش قطرات سوخت به روش عددی در سیستم اویلری - لاگرانژی مدل سازی شده است. اعتبار مدل های توربولانس، انتقال جرم و حرارت و نیز اثر نفوذ مولکول های گاز به داخل قطرات سوخت در فشارهای محیطی بالا ارزیابی شده است. نتایج شبیه سازی حاصل از این نوع پاشش نشان می دهد که علاوه بر تبخیر کامل قطرات در فضای محدود، توزیع بخار سوخت در خروجی لوله نیز یکنواخت می باشد.
    کلیدواژگان: لوله پیش مخلوط، تبخیر قطره، فشار بالا، پاشش سوخت، توربین گاز
  • رضا خان پور، سیدپدرام پورنادری* صفحات 61-70

    تزریق مایع به یک مایع مخلوط نشدنی دیگر و شکست آن و تولید قطرات در بسیاری از فرآیندهای صنعتی نظیر فرآیند جداسازی مایع-مایع از اهمیت اساسی برخوردار است. در این پژوهش فرایند اسپری مایع و تشکیل قطره در رژیم چکیدن با استفاده از یک رویکرد نامیرا در مدل کردن سطح مشترک، شبیه سازی می گردد و تاثیر پارامترهای موثر بر این فرآیند مانند عدد وبر، عدد اهنسرج و عدد باند مورد بررسی قرار می گیرد. برای دنبال کردن سطح مشترک از روش سطح تراز استفاده می شود. برخی کمیت ها نظیر فشار و خواص سیال در سطح مشترک ناپیوسته هستند. در این تحقیق، ناپیوستگی ها در سطح مشترک با روش سیال مجازی اعمال می شود. مشاهده می گردد که با افزایش عدد وبر از 0027/0 به 1875/0، طول مایع خروجی حدود 7 درصد افزایش و زمان شکست مایع حدود 52 درصدکاهش می یابد. همچنین، با افزایش عدد وبر بازگشت مایع به سمت نازل بعد از جدایش قطره کمتر است. افزایش عدد اهنسرج از 0002/0 به 189/0 باعث افزایش طول مایع خروجی تقریبا به میزان 21 درصد و افزایش زمان شکست به میزان 151 درصد می شود. همچنین، در اعداد اهنسرج بزرگ تر بازگشت مایع به سمت نازل بیشتر است. افزایش عدد بانداز 7 به 39 باعث کاهش طول مایع خروجی تقریبا به میزان 26 درصد و کاهش زمان شکست به میزان 91 درصد می شود. در اعداد باند بزرگ تر، بازگشت مایع به سمت نازل کمتر است. نتیجه قابل توجه دیگر، کاهش اندازه قطرات تشکیل شده با افزایش عدد باند می باشد.

    کلیدواژگان: تشکیل قطره، روش سطح تراز، روش سیال مجازی، رژیم چکیدن
  • صفورا کریمی*، مجتبی شفیعی، آنا عبیری، فرزاد قدم صفحات 71-80
    پارامتر حایز اهمیت در محاسبات مربوط به حرکت حباب، ضریب دراگ است. در مطالعه ی حاضر به صورت آزمایشگاهی ضریب دراگ حباب تک در حال صعود در سیال غیرنیوتونی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور محلول پلی آکریل آمید در آب با غلظت های مختلف به عنوان سیال غیرنیوتونی انتخاب شده است. این محلول سیال غیرنیوتونی با خاصیت ویسکوالاستیک است که نتایج نشان می دهد به شدت برروی ضریب دراگ تاثیرگذار است. آزمایشات با قطر نازل های مختلف، برای حباب های گازی هوا، اکسیژن و دی اکسید کربن و در دبی های تزریق مختلف انجام شده است. از این رو نتایج بدست آمده نسبت به مطالعات گذشته جامعیت بیشتری دارد. مقایسه ی بین نتایج بدست آمده با معادلات سایر مطالعات نشان داد که هیچکدام از این روابط نمی توانند ضریب دراگ حباب در حال صعود درون سیال غیرنیوتونی با خاصیت ویسکوالاستیک را به خوبی پیش بینی کنند. از این رو به کمک تحلیل ابعادی، دو رابطه ی جدید برای پیش بینی ضریب دراگ برحسب اعداد بدون بعد رینولدز، ارشمیدس و اتوس ارایه شده است. ضریب دراگ پیش بینی شده توسط معادلات موجود در توافق بسیار خوبی با داده های آزمایشگاهی است. معادله ی اول که مستقیما از آنالیز ابعادی بدست آمده است نسبت به معادله ی دوم ساده تر بوده و متوسط درصد خطای پیش بینی آن26/3 % است. این درحالی است که متوسط خطای پیش بینی معادله ی ارایه ی دوم که از لحاظ فرمولاسیون پیچیده تر می باشد در حدود 7/1% بدست آمده است.علاوه بر آن معادلات جدیدی برای پیش بینی سرعت حد و همچنین بررسی رفتار حباب در حال صعود در سیال غیرنیوتونی ویسکوالاستیک ارایه شده است.
    کلیدواژگان: آنالیز ابعادی، پلی آکریل آمید، حرکت حباب، سرعت حد، سیال ویسکوالاستیک
  • محرم جعفری*، اسماعیل اسماعیل زاده، نوید فرخی صفحات 81-90
    در مقاله حاضر، با انجام تست های تجربی عملکرد پمپ رسانشی با استفاده از الکترودهای مسطح برای دو مایع دی الکتریک مختلف نرمال-هگزان و نرمال-دکان به عنوان سیال عامل مورد مطالعه قرار گرفته است. این مطالعه برای ضخامت های مختلف فیلم سیال و با در نظر گرفتن ولتاژ الکتریکی متغیر، انجام شده و اثرات پارامترهای مختلف مانند ویژگی های فیزیکی سیال (اختلاف تحرک یونی، چگالی و گرانروی) و دمای کارکرد مایعات بر عملکرد و بازده پمپ بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از سیال با اختلاف تحرک یونی بالاتر باوجودآن که باعث افزایش مصرف توان پمپ می شود، ولی به دلیل بیشترکردن سرعت جریان، افزایش قابل ملاحظه ای را در دبی و بازده پمپ ایجاد می نماید. بر این اساس، می توان بیان نمود که در کاربردهای صنعتی استفاده از سیال با اختلاف تحرک یونی بالاتر به دلیل افزایش توام دبی و بازده پمپ مناسب تر خواهد بود. از سوی دیگر اگرچه بازده پمپ رسانشی با افزایش ولتاژ اعمالی کاهش می یابد، دبی جریان که از دیگر ویژگی های مهم پمپ است و در مورد پمپ رسانشی اهمیتی بیشتر از بازده دارد افزایش می یابد. علاوه بر این، نتیجه قابل توجهی که حاصل می شود این است که افزایش درجه حرارت سیال به دلیل کاهش میزان چگالی و گرانروی آن باعث افزایش بازده می شود.
    کلیدواژگان: الکتروهیدرودینامیک، پمپ رسانش الکتریکی، اختلاف تحرک یونی، مشخصه های کارکردی پمپ
  • مسلم فتاحی، آرمان صادقی* صفحات 91-100
    بسیاری از سیالات زیستی مورد بررسی در آزمایشگاه های-روی-تراشه (آزروشه) رفتاری غیرخطی دارند. همچنین به علت اندازه بسیار کوچک مجاری موجود در اجزای مختلف آزروشه ها، همانند میکرورآکتورها و میکروهم زن ها، جریان فشار-محرک مایعات در این اجزا با پدیده پتانسیل جریانی همراه خواهد بود که تمایل به کاهش سرعت سیال دارد. تحقیق حاضر به بررسی اثرات پتانسیل جریانی و رفتار غیرنیوتنی سیال حامل بر انتقال جرم و واکنش های سطح در میکرورآکتورهای ناهمگن می پردازد. در این راستا از مدل ویسکوالاستیک پی-تی-تی برای پیشبینی رفتار غیرخطی سیال استفاده می شود. معادلات حاکم در حالت بدون بعد به وسیله روش تفاضل محدود بر اساس شبکه بندی غیریکنواخت حل می شوند. نتایج نشان می دهند که اثرات پتانسیل جریانی با افزایش قدرت یونی الکترولیت و افزایش ضخامت دولایه الکتریکی تقویت می شود. تقویت این اثرات باعث کاهش سرعت سیال و به تبع آن سرعت انتقال آنالیت به پایین دست میکرورآکتور شده و در نهایت منجر به کاهش نرخ واکنش های سطح می شود. اثرات پتانسیل جریانی چنان شدید است که در حالات حدی ممکن است باعث افزایش 100 درصدی زمان رسیدن سطح به حالت اشباع شود. اگرچه الاستیسیته با افزایش سرعت سیال در نزدیکی جدار منجر به کاهش زمان اشباع می شود، با این وجود اثرات آن بسیار کمتر از اثرات پتانسیل جریانی است.
    کلیدواژگان: ویسکوالاستیسیته، پتانسیل جریانی، میکرورآکتور، واکنش های سطح
  • سیدمحمود آل طه*، تابان محمد علیزاده صفحات 101-110

    در این تحقیق پدیده چگالش بخار برگشتی در طی حادثه از دست رفتن خنک کننده در نوع شکست کوچک در راکتور هسته ای VVER-1000 مورد بررسی قرار گرفته است. حادثه مورد نظر حادثه شکست 25 و 100 میلی متر در خط سرد بعد از پمپ اصلی مدار اولیه نیروگاه هسته ای بوشهر می باشد. جهت گره بندی نیروگاه بوشهر و راکتور VVER-1000/V446 از کد RELAP5/Mod3.2 برای شبیه سازی استفاده شد. مدل کامل و توسعه یافته ای از نیروگاه بوشهر با مدلسازی محفظه تحت فشار و قلب راکتور، خطوط اصلی لوله مدار اول، پمپهای اصلی مدار اولیه، محفظه کنترل فشار، مولدهای بخار و شیرهای ایمنی مدارهای اولیه و ثانویه بدست آمد. در مدل سازی حادثه، محدودیت های محافظه کارانه ای از جمله از دست دادن برق شبکه هنگام رخداد حادثه، و خرابی دو سیستم دیزل ژنراتور در نظر گرفته شدند. نتایج نشان دهنده احتمال بالای این پدیده در شکست 100 میلی متر می باشدکه پس از 294 ثانیه مشاهده شد و سرعت سیال به 3- متر بر ثانیه رسید. مدت زمان رخ دادن این پدیده تا زمانی است که نصف قلب راکتور از آب پر شود(1175 ثانیه). همچنین در شکست 25 میلی متر با افت سطح آب داخل راکتور به پایین تر از خروجی خط داغ سرعت سیال در حلقه 2 منفی شد(1/0-متر بر ثانیه). بنابراین با تبدیل بخار به مایع پس از خاموشی راکتور مقداری از حرارت ناشی از پسماند به مدار ثانویه منتقل شده و همچنین محفظه راکتور زودتر پر از آب می شود. این عوامل باعث ایمنی بهتر برای میله های سوخت و راکتور می شود.

    کلیدواژگان: حادثه شکست کوچک، پدیده چگالش بخار برگشتی، راکتور VVER-1000، کد RELAP5، Mod 3.2
  • رضا مریمی، علی اکبر دهقان*، عباس افشاری صفحات 111-120

    میدان فشار ناپایا روی سطح استوانه ای با مقطع دایره ای، به عنوان منشا اصلی نویز ثبت شده در دوردست، دارای رفتار فیزیکی پیچیده ای بوده که تاکنون مطالعات مختصری روی آن و مخصوصا در جریان آزاد آشفته انجام گرفته است. بنابراین در مطالعه حاضر نوسانات فشار ناپایا روی سطح استوانه ای با قطر خارجی mm22 تحت شرایط جریان آزاد آرام و آشفته بطور تجربی بررسی شده است. تغییر شرایط آشفتگی جریان آزاد با استفاده از شبکه هایی با مش های مربعی مختلف انجام شده است. به منظور فهم دقیق رفتار نویز جریان پیرامون مدل، پارامترهایی نظیر طیف فشار سطح، تابع همدوسی، همبستگی خودکار و متقابل، طول مشخصه ساختارهای گردابه-ای در دهانه مدل و همچنین سرعت جابجایی این ساختارها در راستای جریان با استفاده از نوسانات فشار سطح محاسبه شده است. نتایج نشان دادند که تغییر ماهیت جریان آزاد از آرام به آشفته سبب افزایش سطح انرژی نویز باریک باند و پهن باند می شود. علاوه بر این فرکانس نویز باریک باند در جریان آزاد آشفته () در مقایسه با مقدار متناظر در جریان آزاد آرام () به سمت فرکانس های پایین جابجا می گردد. دیگر نتایج نشان دادند که اندازه گردابه ها و سرعت جابجایی این ساختارها در جریان آزاد آرام بزرگتر از جریان آزاد آشفته است.

    کلیدواژگان: نوسانات فشار سطح، شبکه های تولید کننده جریان آشفته، نویز باریک باند، فرکانس ریزش گردابه
  • محسن نظری*، مریم رمضانی بازان، محمدمحسن شاه مردان صفحات 121-130

    فیلم فلوتاسیون یک روش برای جداسازی ذرات معدنی آب گریز از ذرات آب دوست است. در این مقاله به منظور شبیه سازی این روش، برخورد ذرات آب گریز کروی با سطح مشترک هوا - آب، مورد آزمایش قرار گرفت. هدف پژوهش حاضر، بدست آوردن سرعت بحرانی برخورد است که ذره آب گریز در آن روی سطح مایع شناور می ماند طوریکه در سرعت های بالاتر از سرعت بحرانی به طور کامل در مایع نفوذ می کند. برای پیش بینی سرعت بحرانی، یک مدل ریاضی بر اساس موازنه انرژی ارایه شده است. ذرات از جنس تفلون در اندازه های 3 - 5 میلی متر مورد استفاده قرار گرفتند. از آب مقطر با چگالی kg/m3 71/1000 به عنوان سیال آزمایش استفاده شد. با استفاده از یک دوربین پرسرعت 4500 فرم در ثانیه، سرعت برخورد ذره، سرعت و مکانیزم نفوذ و سرعت خط تماس سه فازی برای اولین بار بدست آمد. مدل ریاضی توسعه داده شده با مشاهدات آزمایش هم خوانی خوبی دارد.

    کلیدواژگان: برخورد ذره، آب گریز، سرعت بحرانی برخورد، زاویه تماس، جریان چند فازی
  • مهرداد اژدری، محمدمهدی توکل* صفحات 131-140

    در این مطالعه میدان جریان اطراف مدل یک مانکن به همراه سیستم تنفسی در داخل یک اتاق با دریچه های تهویه مطبوع به صورت عددی بررسی شده است. دستگاه تنفس شامل ورودی بینی تا انتهای نای بوده و دامنه بررسی میدان جریان، شامل فضای اطراف مانکن و دستگاه تنفسی است. اتاق مورد نظر دارای سیستم گردش هوا می باشد که در حالت اول دریچه های ورودی و خروجی هوا بر روی دیوار روبروی مانکن و در حالت دوم بر روی دیوار سمت راست مانکن قرار گرفته اند. میدان جریان با حل معادلات پیوستگی و ناویر استوکس در حالت پایا به کمک مدل سازی آشفتگی با استفاده از مدل k-ω-SST transition در نرم افزار فلوینت تحلیل شده است. تنفس مانکن در دبی های تنفسی 15، 20 و 30 لیتر بر دقیقه برای حالت دم شبیه سازی شده است. توزیع فشار، شدت آشفتگی و تنش برشی جریان از ابتدای بینی تا انتهای نای، فشار و خطوط جریان هوا در صفحاتی از نواحی حفره بینی، دهانه حنجره (گلوتیس) و نای بررسی شده اند. همچنین توزیع سرعت و خطوط جریان در فضای اتاق و روبروی صورت مانکن مطالعه شده و سرعت هوا در نزدیکی صورت مانکن از نظر شرایط آسایش با هم مقایسه شده اند. نتایج حاصل برای شدت آشفتگی نشان می دهد رژیم جریان در داخل سیستم تنفسی در هر سه دبی تنفسی آشفته می باشد و محل نصب دریچه ها تاثیری بر شدت آشفتگی درون دستگاه تنفس ندارد. همچنین در حالت دوم سرعت هوا در اطراف صورت کمتر بوده و شرایط مناسب تری از نظر آسایش ایجاد می شود.

    کلیدواژگان: دستگاه تنفسی، مانکن، دینامیک سیالات محاسباتی، تهویه هوا
  • علیرضا داوری*، محمدرضا سلطانی، زهرا اسلامی حقیقت صفحات 141-150
    در این تحقیق، تاثیرات فرکانس کاهش یافته، مدت زمان توقف و زاویه توقف بر توزیع فشار سطح زیر بال با مقطع ایرفویل فوق بحرانی نازک، در حرکت توقف ناگهانی حین نوسان و سپس برگشت بررسی می شود. این آزمایش ها در تونل باد مادون صوت، در زاویه حمله متوسط و دامنه حرکت ثابت و با محدوده فرکانس کاهش یافته 01/0 تا 12/0 انجام می شود. زوایای توقف مورد نظر در حالت بالارونده و در 3 محدوده زیر، نزدیک و بالای واماندگی استاتیکی انتخاب می شوند. توزیع فشار انتهای سطح پایین ایرفویل در همه زوایای حمله زیر واماندگی استاتیکی، از یک چهارم انتهای وتر به بعد، کاملا یکسان بوده اما در زوایای حمله بالاتر از واماندگی استاتیکی، توزیع فشار ناحیه ابتدایی زیر بال از لبه حمله تا 15/0x/c=، یکسان می باشد. نتایج دینامیکی نشان می دهند رفتار توزیع فشار موقعیت های زیر بال در هر سه زاویه توقف و در همه فرکانس های کاهش یافته و همچنین مدت زمان توقف متفاوت، تا موقعیت 70/0x/c= کاملا یکسان بوده و بالاتر از مقدار فشار در زاویه حمله صفر درجه استاتیک است اما رفتار متفاوت گردابه های گرتلر زمان مند در زوایای توقف مختلف، باعث ایجاد رفتار های کاملا غیر مشابه در توزیع فشار 30 درصد انتهای سطح پایین زیر بال می باشد، این نتایج به صورت کیفی ارایه شده است. در زاویه توقف بالای واماندگی استاتیکی و در پایین ترین فرکانس کاهش یافته، پدیده واماندگی دینامیکی مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: فرکانس کاهش یافته، ایرفویل فوق بحرانی، واماندگی استاتیکی، واماندگی دینامیکی، گردابه های گرتلر
  • حامد کریمیان علی آبادی*، احمد احمدی، علیرضا کرامت صفحات 151-160
    در این تحقیق اندرکنش سیال و سازه، FSI، با احتساب شرایط گذرا درون یک لوله ویسکوالاستیک با استفاده از ابزارهای تحلیل در حوزه فرکانس مطالعه شده است. هدف اصلی بررسی پدیده ضربه قوچ در جداره ویسکوالاستیک از طریق مطالعه فرکانسی و بویژه مبتنی بر شیوه تعمیم یافته ماتریس انتقال بوده است. در اینجا استفاده از تحلیل حوزه فرکانس برای مدلسازی لوله ویسکوالاستیک بدلیل حذف انتگرال کانولوشن که در مدل زمانی ماده ویسکوالاستیک ظاهر می شود، مزیت نسبی و تاثیر بیشتری دارد. برای مساله حاضر که تحلیل جریان گذرای حاصل از بسته شدن آنی شیر پایین دست در لوله ویسکوالاستیک می باشد، ماتریس انتقال تعمیم یافته که شامل متغیرهای حالت سازه ای علاوه بر متغیرهای هیدرولیکی است، ارایه شده است. بعنوان نواوری کلیدی در تعمیم این شیوه، دو جنبه تحریک غیرهارمونیک و مدل جداره ویسکوالاستیک لحاظ شده است. معادلات کلوین-ویت برای مدلسازی رفتار جداره ویسکوالاستیک مورد استفاده قرار گرفته است. صحت عملکرد مدل حاضر از طریق مقایسه نتایج با دو دسته داده های تحلیلی و آزمایشگاهی بررسی و تایید شده است. برای بررسی همزمان اثرات ویسکوالاستیسیته و اندرکنش سیال- سازه یک مساله نمونه تعریف شده که نتایج حاصل به منظور قیاس بین حالت های مختلف تحلیل اندرکنشی و غیر اندرکنشی و نیز در ازای فرض جداره الاستیک و یا ویسکوالاستیک بر مبنای مدل حاضر، استخراج و ارایه شده است. مضافا اینکه مقایسه ای بین مرتبه های مختلف مدل کلوین-ویت و تاثیر آن در نتایج آورده شده است که بر این اساس می توان کارایی مدل 3 مولفه ای را نتیجه گیری کرد.
    کلیدواژگان: تحلیل گذرا، انالیز حوزه فرکانس، جداره ویسکوالاستیک، اندرکنش سیال سازه، مدل کلوین ویت
  • سیدمحمدمحسن مدرس قیصری، رقیه گوگ ساز قوچانی، پدرام صفرپور، مجید زندی* صفحات 161-170

    استفاده از امواج فراصوتی برای تهیه نانوامولسیون ها از مهم ترین موضوع های پژوهشی مرتبط با صنایع داروسازی، غذایی، مهندسی مکانیک و شیمی است. تاکنون در این روش از محفظه با مقیاس های مختلفی استفاده شده که با توجه به کاربرد و دقت مورد نیاز، انتخاب می شود. تعداد و نحوه قرارگرفتن سرامیک های پیزوالکتریک (پیزوها)، بسامد تحریک آن ها و میزان انحنا در لبه های محفظه، متغیرهای مختلفی در بهینه سازی طراحی یک حمام فراصوتی بوده که می توانند موجب تشدید یا خنثی شدن امواج با یکدیگر می شوند. در این مقاله، طی 36 حالت، با استفاده از نرم افزار کامسول، بررسی تاثیر شعاع لبه در چهار چیدمان مختلف از پیزوهای یک ریزمحفظه فراصوتی مکعبی پرداخته شده است. شعاع لبه در سه مقدار صفر، 2.5 و 5 میلی متر و تحریک پیزوها در بسامدهای 20، 200 و 300 کیلوهرتز ارزیابی شده اند. نتایج نشان دادند حذف لبه ها، تاثیر مثبتی بر انتشار امواج و افزایش چگالی انرژی آکوستیکی داشته و در بسامدهای کمتر و در چیدمان های دارای تعداد پیزوی بیشتر، محسوس تر است. صحت سنجی های تجربی نیز با تهیه نانوامولسیون در دو حالت حمام فراصوتی بدون شعاع لبه و با شعاع لبه انجام شد. نتایج آن، ضمن تایید نتایج شبیه سازی، نشان داد که استفاده از حمام فراصوتی دارای شعاع لبه، موجب افزایش میزان پایداری فاز روغن در آب می شود.

    کلیدواژگان: نانوامولسیون، موج دهی فراصوتی، اثر لبه در ریزمحفظه، انتشار امواج آکوستیکی، نرم افزار کامسول
  • صفا اسماعیلی، جواد سپاهی یونسی* صفحات 171-180

    بررسی عملکرد ورودی یکی از حوزه های بسیار مهم در طراحی آیرودینامیکی وسایل پرنده است. در این پژوهش عملکرد یک ورودی فراصوتی تقارن محوری با تراکم ترکیبی که برای عدد ماخ 2 طراحی شده است، در زاویه حمله صفر درجه بررسی شده و سپس با اعمال یک چشمه حرارتی و تغییر موقعیت آن، تاثیر چشمه بر عملکرد ورودی مورد مطالعه قرار گرفته است. شبیه سازی عددی جریان توسط یک کد دینامیک سیالات محاسباتی انجام شده که در آن معادلات RANS با استفاده از روش صریح، گسسته شده اند. برای اعتبارسنجی شبیه سازی عددی، از نتایج تجربی بدست آمده در آزمایش های تونل باد انجام شده در دانشگاه امام حسین (ع) استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که چنانچه چشمه حرارتی در موقعیت مناسب قرار گیرد، می تواند تاثیر مطلوبی بر سه پارامتر بازیافت فشار کل، نسبت دبی جرمی و ضریب پسای ورودی داشته باشد. همچنین نسبت پس فشار بحرانی نیز افزایش یافته که باعث می شود محدوده کارکردی ورودی گسترش یابد. اما اعوجاج جریان نیز به مقدار جزیی زیاد می شود. در عدد ماخ طراحی و در شرایط بحرانی، حدود 9٫68 درصد افزایش بازیافت فشار کل، 26٫6 درصد کاهش ضریب پسا، 16٫16 درصد افزایش نسبت دبی جرمی، 8٫7 درصد افزایش نسبت پس فشار بحرانی و 17٫13 درصد افزایش اعوجاج جریان ورودی مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: ورودی فراصوتی، چشمه حرارتی، بازیافت فشار کل، نسبت دبی جرمی، ضریب پسا
  • قنبرعلی شیخ زاده*، محمد پورجعفرقلی، رضا مداحیان صفحات 181-190

    در تحقیق حاضر، جریان هوای مافوق صوت دو بعدی در یک ژنراتور هیدرودینامیک مغناطیسی (ام.اچ.دی) بصورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته و اثر هال و هندسه بر این جریان بررسی شده است. این جریان بصورت گاز کامل، پایا و تراکم پذیر و با عدد رینولدز مغناطیسی پایین در یک کانال دو بعدی با چهار جفت الکترود و هندسه های مختلف شامل کانال هایی با سطح مقطع ثابت، همگرا، واگرا و ترکیبی واگرا-ثابت، به عنوان مدل ژنراتور ام.اچ.دی فارادی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که زاویه ماخ در کانال مستقیم کمتر از بقیه هندسه ها بوده و توان و راندمان الکتریکی و فشار خروجی در کانال ثابت نسبت به سایر هندسه ها بالاتر می باشد. همچنین اثر هال که مانع کاهش سرعت جریان پلاسما در اثر میدان مغناطیسی می باشد، باعث کاهش فشار خروجی و گرمایش ژول و افزایش راندمان الکتریکی در همه کانال ها گردید. با توجه به امکان سنجی استفاده از ژنراتور ام.اچ.دی در صنایع هوافضایی و موشکی، نتایج مختلف به ویژه گرمایش ژول حاصل از جریان گاز کریپتون و جریان هوا مقایسه شده اند تا در صورتی که افزایش دما در اثر گرمایش ژول گاز کریپتون کمتر با توان و راندمان الکتریکی بیشتر باشد این گاز به عنوان گاز مناسب برای استفاده در صنایع گفته شده پیشنهاد شود.

    کلیدواژگان: ژنراتور ام.اچ.دی، اثر هال، قانون اهم تعمیم یافته، گرمایش ژول، راندمان الکتریکی
  • یاسین تقی زاده، بهمن وحیدی*، بابک اکبری، شیما جلالیان صداقتی صفحات 191-200

    در سال های اخیر، استفاده از استنت های شریانی برای درمان بیماری گرفتگی شریان های کرونری قلب افزایش یافته است. استنت های آلیاژی منیزیمی زیست تخریب پذیر در سال های اخیر به علت چشم اندازهای بالقوه شان بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. برای مصارف گسترده تر استنت های فلزی جذبی در مراکز بالینی، بایستی عملکردشان با استنت های فلزی دایمی بر مبنای رفتار مکانیکی شان قابل مقایسه باشد. در این پژوهش، از روش اجزای محدود برای بررسی تاثیر هندسه و جنس استنت بر عملکرد آن استفاده شده است. بدین منظور مدل های استنت، از دو ماده مختلف، فولاد ضد زنگ 304 و الیاژ منیزیم AZ31، استفاده شده و از مدل هندسه پالماز-اسچاتز استفاده شده و پس از مدل سازی عملکردشان مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج ارایه شده شامل توزیع تنش بر روی استنت و رگ و پلاک ساده، تغییرات قطر خارجی استنت، نسبت برگشت پذیری شعاعی، نسبت برگشت پذیری طولی و درصد کاهش طول است. با مقایسه مقدار تنش ایجاد شده بر روی رگ، تاثیر جنس استنت بر میزان گرفتگی مجدد پس از استنت گذاری مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس یافته های این تحقیق، احتمال گرفتگی مجدد پس از استنت گذاری برای استنت های منیزیمی در مقایسه با استنت های فولادی 304 کمتر است.

    کلیدواژگان: اتروسکلروسیس، کاشت استنت، گرفتگی مجدد، درصد کاهش طول، برگشت پذیری
|
  • Mahmoodreza Hashemi, Mahdi Moghimi *, Shahram Derakhshan Houre Pages 1-10

    One of the renewable energy sources is the vast energy present in sea and tidal currents. Tidal turbines can be classified as either vertical or horizontal based on their rotation axis. The present investigation concerns parameters that affect flow hydrodynamics in a vertical-axis tidal turbine. A 1:20 Hunter turbine model was manufactured and investigated in a laboratory followed by transient solution CFD simulations. The simulation was carried out for both rigid lid surfaces and free surface assumptions while SST k-ω turbulence model was used for both cases and volume of fluid method was employed for the free surface model. Simulations results verified by Empirical data which showed a good agreement. Power coefficient reached 0.23 at the best case scenario and the maximum power coefficient occurs at a flow coefficient between 0.4 and 0.43 for all investigated flows. The rigid lid CFD results demonstrated that for the rigid lid cases increasing blockage ratio also increases power coefficient such that the power coefficient at blockage ratio 0.32 is 13.2 which is 8.4 percent higher than the power coefficient for the 0.2 blockage with a 4.8 value. Furthermore the free surface simulations showed that the flow deflection on turbine region leads to a greater torque exerted on turbine blade. While the maximum mean torque coefficient for the rigid lid cases is 0.18, for the free surface cases the said coefficient reaches 0.4 showing a 120 percent increase. Additionally the free surface cases power coefficient increased 10 percent.

    Keywords: Tidal turbine, free surface, power coefficient, turbine height based Froude, depth to height ratio
  • Saeed Karimian Aliabadi *, Sepehr Rasekh Pages 11-20
    In this paper, the effects of a floating platform rotational motion on performance of an offshore wind turbine are investigated. For this sake, the unsteady blade element momentum method is used as the aerodynamic modelling tool. The proposed model has been validated based on data available for the reference turbine in the ground or fixed platform. To estimate the pitch angle as the control parameter in the power adjusting system, the PI controller is being utilized. The rotation of floating platform including three main angular motion as pitch, roll and yaw have been studied which are approximated by a sinusoidal function. Results showed that among rotational motions, the effect of pitch motion is more considerable than roll and yaw motions. In case of pitching motion input, reduction of mean power coefficient for tip speed ratios less that 7 is expected. For high tip speed ratios more than a critical TSR, the trend is reverse with respect to fixed-platform case. Magnitude of change in the power coefficient however depends on several parameters which is explained more in the paper. The same but degraded trend also occurs in the case of roll and yaw disturbances. Moreover, the mean value of blade pitch angle which is an index of control effort is being increased.
    Keywords: Offshore wind turbine, Floating platform, Pitch control system, Blade element momentum method, Tip speed ratio
  • Ehsan Khavasi *, Saeid Nasiri, Esmaeil Poursaeidi Pages 21-30
    One of the important subject in the analysis of compressor performance is estimating the surge limit. In this paper, the numerical simulation of surge in the first stage blades of axial compressor of GE-Frame 6 gas turbine has been done. Simulations done with 34 degrees angle of attack and k-ω (sst) turbulence model has been used. Obtained velocity vectors indicate that during the surge, the reverse flow which is the most important characteristic of surge occurs and the flow returns backward. Also, in this paper the coupled ordinary differential equations of pressure and flow changes for different values of the stability parameter B has been solved. It was found that for B = 0.6, which is less than critical value, rotating stall occurs and the pressure fluctuations damp after several fluctuations. While for B = 1.6, which is more than its critical value, a deep surge occurs and the pressure and flow disturbances fluctuate with constant amplitudes. These fluctuations of pressure and flow can cause fatigue or failure of the compressor blades.
    Keywords: Axial compressor, stall, surge, back flow, surge cycle
  • Mohammad Valizadeh *, Mohsen Behnia, Alireza Shahrabi Farahani, Hiwa Khaledi Pages 31-40
    Different events result in casing distortion of gas turbines. Rubbing between rotating and stationary components, unequal thermal mass between the thick flanges and the thin turbine casing and uneven convection heat transfer coefficient around the casing are main causes of this distortion. Distortion of casing results in compressor efficiency decreases via increase of tip leakage loss. In this study, the effect of natural convection on gas turbine axial flow compressor casing has been investigated. For this purpose, a two-dimensional model, including the shaft, inner casing, outer casing, main gas and fluid between casings has been developed. Transient conjugate heat transfer analysis is conducted by applying different boundary conditions. The results show that the top of casing temperature increases initially to reach a maximum value, then the temperature decreases. On the other side, the temperature of lower part of casing generally decreases over time. According to the casing rate of heating and cooling, natural convection heat transfer causes a significant temperature gradient in the casing at gas turbine shutdown. Also, due to the high value of the Rayleigh number, turbulence in the fluid is high. Although the Rayleigh number increases with increasing the convection heat transfer coefficient in enclosure, the temperature gradient between the upper and lower parts of the casing is reduced locally. To reduce casing distortion practical solutions were presented such as control of the convection coefficient of turbine enclosure, changing of bleed valve logic and improving casing insulation, related to operating conditions.
    Keywords: Gas turbine, Axial compressor, casing, Natural convection
  • Mahdi Ramezanizadeh *, Youness Puladrang Pages 41-50

    In this research, the film cooling effectiveness resulting from Pea-shaped holes equipped with the longitudinal tabs at the jet exit region are investigated experimentally applying the infrared thermography method. The measurements are performed at Re = 10000 (based on the free stream characteristics and the jet hole equivalent diameter) and the injection angle of 30˚ over the test plate applying the Pea-shaped jet holes. Several cases are investigated including three different tab heights (0.345 D, 0.522 D, 0.696 D), three different distances between adjacent tabs (0.8D, 1D, 1.2D), and three different tab lengths (8D, 16D, 24D), in which, D is the equivalent diameter of the Pea-shaped hole. Blowing ratio effects are studied in four different cases of 0.4, 0.5, 0.7 and 0.8. The obtained results showed that the applied tabs, by controlling the injected jet flow, highly increase the film cooling effectiveness. At the best blowing ratio of each configuration, the cooling effectiveness averaged over the downstream region of the jet exit increases 44.4 percent for the holes equipped with the tabs, in comparison to the conventional holes. In fact, these tabs prevent the mixing of the hot gases with the cooling jets by controlling the counter rotating vortices and restricting the cooling jet diffusion.

    Keywords: Film cooling, Pea-Shaped Holes, Flow Aligned Tabs, Infrared Method, Wind Tunnel Test
  • Ahmad Kazemi Fard, Hassan Khaleghi *, Reza Ebrahimi Pages 51-60
    In a liquefied gas turbine combustor, due to the limited length of the premix tube, the evaporation process of fuel droplets is not completely carried out inside the tube and the droplets enter the combustion chamber. The presence of droplets in the combustor causes the reactions occur in the non-premix mode and the emission of NOx increases as a result. To avoid the emission of this pollutants, it’s necessary the droplets are evaporated completely in a limited space. In here, a mechanism is proposed for spraying the droplets. In which, fuel droplets with hollow-cone spray pattern are injected in the opposite direction of the air. In this type of injection, due to the relative velocity of droplets and subsequent enhancement of the droplet break-up and evaporation processes, it is possible to achieve this goal. To verify, various patterns of injection are modeled using an Eulerian-Lagrangian approach. The validity of turbulence, heat and mass transfer models, as well as the influence of gas molecules penetration into droplets has been evaluated. The results showed that using this type of injection, in addition to full evaporation of droplets in a limited space, the fuel vapor in the tube outlet is more evenly distributed.
    Keywords: Premix tube, Droplet evaporation, High pressure, Fuel injection, Gas turbine
  • Reza Khanpour Pages 61-70

    Injection of a liquid into another immiscible liquid and its breakup and formation of droplets has a basic importance in many industrial processes such as liquid-liquid extraction. In this study, liquid spraying process and drop formation in the dripping mode is simulated using a sharp interface method and effect of important parameters on this process such as Weber number, Ohnesorge number and Bond number is investigated. The level set method is used for interface tracking. Some quantities such as pressure and fluid properties are discontinuous across interface. In this research, discontinuities at the interface are imposed using the ghost fluid method. It is observed that by increasing Weber number (from 0.0027 to 0.1875), the length of the outlet liquid is increased about 7 percent and the liquid breakup time is decreased about 52 percent. Also, at higher Weber numbers, the liquid return toward nozzle after droplet detachment is less. Increasing Ohnesorge number (from 0.0002 to 0.189) increases the length of the outlet liquid about 21 percent and breakup time about 151 percent. Also, at higher Ohnesorge numbers, the liquid return toward nozzle is higher. Increasing Bond number (from 7 to 39) leads to the reduction of the length of the outlet liquid and breakup time about 26 and 91 percent, respectively. Also, at higher Bond numbers, the liquid return toward nozzle is less. Another considerable result is the reduction of the size of formed droplets by enhancement of Bond number.

    Keywords: Drop formation, Level set Method, Ghost Fluid Method, Dripping regime
  • Safoora Karimi *, Mojtaba Shafiee, Anna Abiri, Farzad Ghadam Pages 71-80
    The drag coefficient is one of the important parameters in studying the characteristics of bubble motion. In the present research, the drag coefficient of single bubble rising in non-Newtonian fluid has been investigated. Polyacrylamide solutions were selected with different concentrations as a Non-Newtonian fluid. As known, these solutions have viscoelastic properties which strongly influence the drag coefficient. This experiment has been done with different nozzle diameters, for three type of gas (Air, and ) at different injection flow rates. Hence, the results are more comprehensive than previous studies. A comparison between the obtained results and the equations in other studies showed that none of these relationships can predict the drag coefficient of a bubble rising in a non-Newtonian fluid with a viscoelastic properties. Therefore, two new correlations have been presented to predict the Drag coefficient based on Reynolds, Archimedes and Eötvös dimensionless number by dimensional analysis. The predicted drag coefficient by the equations is in very good agreement with experimental data. The first equation which obtained directly from the dimensional analysis was simpler than the second equation. The average error of first equation was 3.26%, while, the average prediction error of the second equation was about 1.7%, which is more complex in terms of formulation. In addition, new equations for predicting terminal velocities and the behavior of bubble rising in a non-Newtonian viscoelastic fluid are presented.
    Keywords: Bubble motion, Dimensional analysis, Polyacrylamide, Terminal velocity, Viscoelastic fluid
  • Moharram Jafari *, Esmaeil Esmaeilzadeh, Navid Farrokhi Pages 81-90
    In the current paper, performance of a conduction pump with flush electrodes has been experimentally studied using two dielectrics (n-hexane and n-decane) as the working fluids. The study is conducted for different liquid film thicknesses, and effects of changing the magnitude of applied electrical voltage, and other different parameters such as fluid physical properties (ion mobility difference, density and viscosity) and working temperature of the liquids on the performance and efficiency of the pump are investigated. Results show that while higher ion mobility difference increases electrical power consumption of the pump, since it leads to higher flow velocity, significantly enhances flow rate and efficiency. Therefore, using liquids with higher ion mobility difference is more appropriate in the industrial applications due to the simultaneous enhancement of flow rate and efficiency. On the other hand, although increasing the applied voltage decreases the pump efficiency, it raises flow rate, which is an important pump characteristic and even more important than efficiency for conduction pumps. Furthermore, it is observed that increasing the liquids temperature enhances the pump efficiency due to the reduction of fluids density and viscosity.
    Keywords: Electrohydrodynamic, Electrical conduction pump, Ion mobility difference, Pump characteristics
  • Moslem Fattahi, Arman Sadeghi * Pages 91-100
    Most biofluids examined in Lab-on-a-Chip (LOC) devices show a non-linear rheological behavior. Moreover, due to the very small sizes of the ducts encountered in different components of LOCs, like microreactors and micromixers, the pressure-driven liquid flow in these devices is prone to the streaming potential effects that tend to retard the fluid flow. The present study deals with investigating the influences of the streaming potential and a non-linear rheology of the carrier fluid on mass transport and surface reactions in heterogeneous microreactors. To this end, the PTT viscoelastic model is used to predict the non-linear behavior of the fluid. The governing equations are solved in a dimensionless form utilizing the finite-difference method for a non-uniform grid. The results show that the streaming potential effects are pronounced by increasing the ionic strength of the electrolyte and thickening the electric double layer. Upon magnifying these effects, the fluid velocity and, accordingly, the speed of analyte transfer to the downstream are lowered, thereby reducing the surface reaction rates. The streaming potential effects are so severe that may lead to 100% increase in the saturation time at limiting conditions. Although the elasticity effects decrease the saturation time by increasing the fluid velocity near the wall, they are less important as compared to the streaming potential effects.
    Keywords: Viscoelasticity, Streaming potential, Microreactor, Surface reactions
  • SeyedMahmoud Altaha *, Taban Mohammad Alizadeh Pages 101-110

    In this study, the Reflux condensation phenomena are investigated during the small break loss of coolant accident in the VVER-1000 nuclear reactor. The accident is chosen as 25mm and 100mm of pipeline break in the cold leg between the main coolant pump and reactor inlet nozzle. The analysis is performed using the RELAP5/Mod 3.2 Code for nodalization and simulation of the nuclear power plant. The designed model for calculation is based on standardized performances of VVER-1000 reactor type. So, modeling of the reactor pressure vessel, the primary system (Main coolant pipeline, reactor coolant pumps, pressurizer and, emergency core cooling system), steam generators and secondary system (Steam-line, feed-water, safety valves) is carried out to achieve a complete model of the BNPP. For a conservative analysis of the accident, the loss of power to the NPP and the failure of two diesel generators are considered when SB-LOCA occurs. Those limitations cause the malfunctioning of two channels of emergency cooling systems. Also, by considering the single failure criteria, one accumulator is failed throughout the accident process. The results show a high probability of this phenomenon at the 100 mm break. Therefore, by converting steam to the liquid after the reactor shutdown, some of the decay heat is transferred to the secondary circuit and the reactor vessel is filled with water sooner. These factors provide better safety for the fuel rods and reactor core.

    Keywords: Small break loss of coolant accident, Reflux condensation phenomena, VVER-1000 reactor, RELAP5, MOD3.2 Code
  • Reza Maryami, AliAkbar Dehghan *, Abbas Afshari Pages 111-120

    Surface pressure fluctuations on a circular cylinder model are the main sources of far field noise and have complex physical behavior. So far, brief studies have been devoted for identifying the unsteady surface pressure behavior especially for the turbulence incident flow. In the present study to measure the surface pressure fluctuations under smooth and turbulence incident flows, a circular cylinder with outer diameter of 22 mm has been used. In order to change turbulence characteristics of free stream incoming flow, several biplane grids with square meshes were designed. Power spectral density, coherence, auto correlation and cross correlation, spanwise length scale and convection velocity were different parameters which were calculated using measured unsteady pressures to better clarify the flow structure and flow noise around the circle model. The results revealed that the energy level of both tonal and broadband noises is increased when incident flow changes from smooth to turbulence. Moreover, the tonal noise frequency in turbulence flow ( ) shifts to low frequencies compared to that in smooth flow ( ). Other results showed that physical size of eddies and their convection velocity in turbulence flow is greater than that smooth flow.

    Keywords: Surface pressure fluctuations, Turbulence generation grids, Tonal noise, Vortex shedding frequency
  • Mohsen Nazari *, Maryam Ramezani Bazan, MohammadMohsen Shahmardan Pages 121-130

    Film flotation is a process for separating hydrophobic mineral materials from hydrophilic at the gas-liquid free surface. In this study, for simulation of this process, the impact of spherical hydrophobic particles on an air–water interface was experimented. The aim of this study is to obtain a critical impact velocity in which the hydrophobic particle remains on the liquid surface so that it penetrates completely at higher velocities than the critical velocity. A mathematical model based on energy balance approach was developed to predict the critical impact velocity. The Teflon particles of diameter 3-5mm were used. Distilled water with density of 1000.71 kg/m3 was used as the fluid. The particle impact velocity, cavity profile and velocity of three-phase contact line were obtained for the first time for a number of different particles by using a high speed video camera with the rate of 4500 fps. In the model, the critical impact velocity was obtained by employing the cavity profile and fitted advancing contact angle at critical conditions. It was showed that the mathematical model was in good agreement with experimental observations, including showing a decrease in critical impact velocity with increasing particle diameter.

    Keywords: Particle impact, critical impact velocity, contact angle, multi-phase flow
  • Mehrdad Azhdari, MohammadMehdi Tavakol * Pages 131-140

    In this study, flow field around a mannequin with an attached respiratory system inside a room including air condition dampers was analyzed numerically. The computational domain includes the regions around the mannequin and the airway from the nostril inlet to trachea. The room is ventilated by air conditioning system, which in the first mode the dampers were installed on the front wall and in the second mode they were installed on the right side wall. The flow field was evaluated by solving the Navier-stokes and continuity equations in steady state condition by means of k-ω SST Transition model in the Ansys-Fluent software. The inhalation rates of 15, 20 and 30 lit/min were simulated. Pressure, shear stress and turbulence intensity distributions from nostril inlet to trachea were computed and flow streamlines and pressure distributions in various sections at nasal cavity, glottis and trachea were analyzed. Velocity distribution and streamlines in front of the mannequin face in the room were studied and the air velocity distribution in the vicinity of the mannequin face was compared with the comfort condition. Distribution of turbulence intensity indicates turbulent air flow regime in the respiratory system and according to the results location of air condition dampers did not affect the turbulence intensity distribution inside the respiratory system. In addition, in the second mode lower air velocity was obtained around the mannequin face and better comfort was maintained.

    Keywords: Respiratory system, mannequin, CFD, air conditioning
  • Ali R. Davari *, M.R. Soltani, Z. Eslami Haghighat Pages 141-150
    Effects of reduced frequency, pause duration and stop angle on pressure distribution on the lower surface of thin supercritical airfoil undergoing the pitch-pause-return maneuver have been studied. The experiments have been performed in a subsonic wind tunnel for a fixed mean angle of attack and at constant amplitude. The reduced frequencies were from 0.01 to 0.12, and three stop angles were chosen during upstroke motion in below stall, near stall and post stall regions. For all angles of attack below the static stall, the pressure distributions are nearly identical at the rear quarter chord on the lower surface. For beyond the stall angles, the lower surface pressure distributions are observed to remain unchanged from the leading edge downstream to x⁄c=0.15. Also dynamic results show that the behavior of pressure distribution at the lower surface taps for all reduced frequencies and pause durations, are identical from leading edge to x⁄c=0.70 and are higher than the static values at zero angle of attack. However, the lower surface pressure distributions have been observed to be entirely different at the rear 30% chord for various pause angles, which can be deemed to be the signature of the unsteady Gortler vortices.
    Keywords: Reduced Frequency, Supercritical Airfoil, Static Stall, Dynamic Stall, Gortler vortices
  • Hamed Karimian Aliabadi *, Ahmad Ahmadi, Alireza Keramat Pages 151-160
    In this research, Fluid-Structure Interaction (FSI) including transient flow in a viscoelastic (VE) pipe has been studied in frequency domain. The main purpose was to investigate water hammer problem using extended Transfer Matrix Method (TMM) in a typical reservoir-viscoelastic pipe-valve system. One of the generally expected advantage of frequency domain analysis is that the integral form of equations in time domain would be transformed to algebraic form. Here it would be more beneficial to utilize frequency domain methods since convolution integral which appears in viscoelastic models in time domain will also be vanished. TMM has been adopted to the transient flow in a VE pipe to derive field matrix where a non-oscillating valve is considered as boundary condition. The generalized Kelvin-Voigt model was used to simulate the viscoelastic behavior of the pipe wall. The proposed model has been explored to solve two well-known case studies of FSI in frequency domain. Results of both cases confirm good agreement between analytical and experimental data. To investigate the simultaneous effects of viscoelasticity and FSI in frequency domain a sample problem has been analyzed. Results for different conditions including interactional and non-interactional system together with both viscoelastic and elastic pipe material have been illustrated and compared. Also a comparison among 3-element, 5-element and higher order Kelvin-Voigt models has been performed based on which one may deduce the appropriateness of 3-element model.
    Keywords: Transient analysis, Frequency Domain, Viscoelastic Pipe, Fluid-Structure Interaction, Kelvin-Voigt Model
  • SeyedMohammadMohsen Modarres Gheisari, Roghayeh Gavagsaz Ghoachani, Pedram Safarpour, Majid Zandi * Pages 161-170

    Utilizing ultrasonic waves for nanoemulsion preparation is one of the most important research topics related to the pharmaceutical, food, mechanical and chemical engineering industries. The number and arrangement of the piezoelectric ceramics (PZTs), the frequency of their excitation and the fillet radius of container’s internal edges are effective parameters in the design and optimization of an ultrasonic bath which cause either resonance or cancelation of the waves. In this paper, using COMSOL Multiphysics software, the simulations of the edge fillet radius effect in four different PZTs layouts of an ultrasonic microcontainer were performed in 36 possible configurations. In this way, the edge fillet radii and excitation frequencies of PZTs are simulated in zero, 2.5 and 5 mm, and 20, 200 and 300 kHz respectively. It has been shown that although sharp edges elimination leads to improve acoustic energy density at all frequencies, however, arrangements which have more PZTs or lower frequencies are affected more. Experimental works were performed to prepare nanoemulsions in two modes of ultrasonic bath: with and without filleted edges. While approving the simulation outputs, the experimental results showed that the use of ultrasonic bath with filleted edges increased the stability of the nanoemulsion.

    Keywords: Nanoemulsion, Ultrasonic Irradiation, Edge Radius effect in Microcontainer, Acoustic Waves Propagation, COMSOL Multiphysics Software
  • Safa Esmaeili, Javad Sepahi Younsi * Pages 171-180

    Investigation of the intake performance is one of the most important topics in the aerodynamic design of the aerial vehicles. In this study, the performance of a supersonic axisymmetric mixed compression intake that was designed for free stream Mach number of 2, has been investigated at zero degrees angle of attack. Then by applying a heat source and changing its position, effects of this source on the intake performance has been studied. The flow has been simulated by a computational fluid dynamic code which in RANS equations have been discretized using the explicit method. The practical results were achieved by testing in the wind tunnel at Imam Hossein University have been used to validate the numerical simulation. Results show that a heat source located at the proper location could have desirable effects on the total pressure recovery, mass flow ratio and drag coefficient of the intake. The critical back pressure ratio also increases which widens the intake operating region. However, the flow distortion will increase a bit. At design Mach number and critical condition, 9.68% increase in total pressure recovery, 26.6% decrease in drag coefficient, 16.16% increase in mass flow ratio, 8.7% increase in critical back pressure ratio and 17.13% increase in flow distortion have been observed.

    Keywords: Supersonic Intake, Heat Source, Total Pressure Recovery, Mass Flow Ratio, Drag Coefficient
  • GhanbarAli Sheikhzadeh *, Mohammad Pourjafargholi, Reza Maddahian Pages 181-190

    This research studies the effect of the Hall Effect and the geometry numerically on the supersonic, steady and compressible air flow in a magneto-hydrodynamic (MHD) generator. The flow is considered as a perfect gas with a low magnetic Reynolds number. The considered geometry is a two-dimensional channel with four pairs of electrodes and various geometries including constant cross-sections, convergent, divergent and divergent-constant sections channels. The results indicated that Mach angle in the fixed channel is lower than the other geometries and the output electric power and the electrical efficiency along with the output pressure in the fixed channel are higher than those of other geometries. Also, the Hall Effect reduces the output pressure and joule heating, while increases the electrical efficiency across all channels by preventing the reduction of the plasma flow due to the magnetic field. Considering the feasibility of using MHD generator, various results, in particular Joule heating resulting from of the Krypton gas flow and air flow, are compared. The comparison suggested that the joule heating of the Krypton gas is lower than air and the Krypton gas can be recommended as a proper gas to be used in the MHD generators.

    Keywords: MHD generator”, ” Hall Effect”, ” The generalized Ohm's law”, ” Joule Heating”, ” Electrical efficiency
  • Yasin Taghizadeh, Bahman Vahidi *, Babak Akbari, Shima Jalalian Sedaghati Pages 191-200

    Recently, the use of coronary stents in interventional procedures has rapidly increased. Biodegradable magnesium alloy stents gained increasing interest in the past years due to their potential prospect. However, for the magnesium alloy stents to be feasible for widespread clinical use, it is important that their performance can be compared to modern permanent stents. In this project, a finite element method is used for investigating the effect of the stent geometry and material properties on its behavior. The stent designs made with two different materials, stainless steel 304 and magnesium alloy AZ 31, and the Palmaz-Schatz geometry are modeled and their behavior during the deployment is compared in terms of stress distribution in the stent, vessel wall, plaque as well as in terms of outer diameter changes, radial recoil ratio, axial recoil ratio and Foreshortening. Moreover, the effect of stent material properties on the restenosis after coronary stent placement is investigated by comparing the stress distribution in the arteries. According to the findings, the possibility of restenosis after coronary stenting is lower for magnesium alloy stents in comparison with stainless steel 304 stent.

    Keywords: atherosclerosis, Stent implantation, restenosis, Foreshortening, recoil