فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و دوم شماره 7 (مهر 1399)
  • سال پنجاه و دوم شماره 7 (مهر 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/06/12
  • تعداد عناوین: 19
|
  • فاطمه کرمی، افشین احمدی ندوشن*، یعقوب طادی بنی صفحات 1-10
    هدف از این مقاله بررسی جریان توسعه یافته سیال نیوتنی و سیال غیرنیوتنی در یک میکروکانال دوبعدی بر اساس تیوری کاملا سازگار تنش کوپل و محاسبه طول مشخصه مادی این سیالات است. در این مطالعه، ابتدا پروفیل سرعت و دبی حجمی جریان سیال نیوتنی و سیال غیرنیوتنی قانون توانی در میکروکانال به روش تحلیلی بدست آمده است و سپس طول مشخصه مادی سیال نیوتنی آب و سیال غیرنیوتنی قانون توانی خون با استفاده از روابط بدست آمده و داده های آزمایشگاهی سایر مقالات محاسبه شده است. مقایسه میان مقادیر طول مشخصه مادی آب و خون نشانگر این است که پارامتر طول مشخصه به جنس سیال وابسته است. با محاسبه طول مشخصه مادی، پروفیل سرعت خون حاصل از تیوری تنش کوپل درون میکروکانال محاسبه و با نتایج حاصل از تیوری کلاسیک نویر استوکس مقایسه شده است. نتایج نشان داده است با افزایش دبی حجمی جریان، اختلاف مقادیر بدست آمده از تیوری های تنش کوپل و کلاسیک افزایش می یابد. این افزایش اختلاف به معنی افزایش تاثیر پارامتر طول بر خصوصیات جریان درون میکروکانال است. همچنین پروفیل سرعت آب درون میکروکانال با نتایج آزمایشگاهی مشابه مقایسه شده است و تطابق خوبی میان نتایج بدست آمده از تیوری تنش کوپل و نتایج آزمایشگاهی دیده می شود.
    کلیدواژگان: تنش کوپل، سیال توانی، طول مشخصه مادی، دبی حجمی جریان، میکروکانال
  • عرفان نعمت الهی، محمد سفید* صفحات 11-20
    در این شبیه سازی ، رفتار اختلاط دو سیال آب و اتانول با چگالی و لزجت متفاوت در پنج گونه T میکرومیکسر به صورت عددی مطالعه شده است. پنج هندسه موردپژوهش عبارت اند از: هندسه های 1 و 2 که به ترتیب Tمیکرومیکسرهای چندگانه با ورودی های ناهمراستا در یک صفحه و دو صفحه و هندسه های 3، 4 و 5 به ترتیبT میکرومیکسر چندگانه ، T میکرومیکسر دوگانه وT میکرومیکسر راشامل می شوند. مدل سازی عددی با استفاده کد تجاری دینامیک سیالات محاسباتی انسیس فلوینت18، در عدد اشمیت 752.26 و در محدوده ی اعداد رینولدز 1 تا 200 شامل شش عدد رینولدز متفاوت انجام شده است.در محدوده ی جریان خزشی نیروی لزجت و در محدوده جریان آرام (غیرخزشی) بی نظمی جریان عوامل اصلی ایجاد اختلاط بوده است. در میکرومیکسرهای دوگانه و چندگانه به ترتیب دو و سه نوع ترتیب قرارگیری برای دو سیال در ورودی ها بررسی و نوع دارای راندمان بالاتر در اختلاط مشخص شده است. اعتبارسنجی پژوهش حاضر با نتایج مطالعه عددی کورتس کی روش و همکاران انجام شده است.نتایج اختلاط به ازای انواع جریان خاص در میکرومیکسرهای چندگانه و دوگانه با تنها نوع جریان در T میکرومیکسر مقایسه شده است. نتایج بیانگر این است که شاخص اختلاط و افت فشار علاوه بر تعداد ورودی های میکرومیکسر، تابع نحوه قرارگیری آن نیز می باشد و همچنین به ازای هندسه های دارای بیش از دو ورودی تابع ترتیب قرارگیری دو سیال در ورودی ها نیز است. بیشترین شاخص اختلاط که برابر 0.4878 بوده، به ازای 1=Re و جریان نوع 1 در T میکرومیکسر چندگانه مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: بررسی عددی، Tمیکرومیکسرهای دوگانه و چندگانه، شاخص اختلاط، ناهمراستا، افت فشار
  • حمیدرضا زنگنه، امیرحسین بزازی، محسن نظری*، محمدحسن کیهانی صفحات 21-30

    در دستگاه های آزمایشگاه-روی-یک-تراشه می توان با حجم کمی از سیالات، آزمایش هایی را در مقیاس کوچک، انجام داد. حال اگر این سیال در فاز گازی باشد، گاز می تواند بصورت حباب جابجا و پخش شود. در این مقاله، این مدل از حباب ها که دارای اندازه ای مشخص هستند، در یک دستگاه میکروسیالاتی جریان متمرکز (ساخته شده از PDMS) تولید و بررسی شده است. ساخت دستگاه میکروسیالات با استفاده از لیتوگرافی نرم انجام شده است. هنگامی که تراکم حباب ها در کانال تولید شده به اندازه کافی بالا باشد، حباب ها در تماس با یکدیگر قرار می گیرند که به صورت کریستال فوم جریان می یابند. تنظیم حباب های جریان فوم در کانال میکرو بر حسب نرخ جریان و فشار گاز ورودی مطالعه شده و این وابستگی، رفتارهای دینامیکی اصلی مانند پایداری در جریان فوم را تعیین می کند. در دستگاه جریان متمرکز، دو نوع فوم تر و خشک تولید شده و نتایج نشان می دهد که فشار کاری در بازه 600 تا 700 منجر به رفتار غیر خطی فوم در میکروچیپ میشود. در این حالت، شکل حباب ها بصورت نوسانی تغییر می یابد و در برخی از نرخ جریان ها، 1/0 و 2/0، حباب های تک ردیف و دو ردیف در میکروکانال تولید می شوند. همچنین، تاثیر افزایش نرخ جریان در فشار ثابت که باعث کاهش سایز حباب (از فوم خشک به فوم تر) و تاثیر افزایش فشارکاری در نرخ جریان ثابت که باعث افزایش سایز حباب (از فوم تر به فوم خشک) می شود، مورد بررسی دقیق قرارگرفته است.

    کلیدواژگان: میکروسیالات، حباب، فوم، دستگاه جریان متمرکز
  • علی باباخانی، علی امیری جاغرق* صفحات 31-40

    سطوح فوق آب گریز به واسطه ی ویژگی هایی نظیر کاهش مقاومت سطح در مقابل جریان و اثر خود تمیز شوندگی بسیار مورد توجه هستند. به ویژه در جریان درون میکروکانال ها که به علت کاهش ابعاد اثر نیروهای سطحی غالب است، استفاده از این سطوح کاربرد فراوان دارد. یکی از راه های تولید سطوح فوق آب گریز ایجاد شیار روی سطح میکروکانال است. جریان گازی درون شیار با توجه به فشار گاز و ابعاد میکروحفره ممکن است در محدوده جریان رقیق شده باشد. در این صورت باید از روش های ذره-مبنا برای حل جریان گازی استفاده شود. در این مقاله با استفاده از حل ترکیبی شبیه سازی مستقیم مونت کارلو و نویر استوکس (DSMC-NS) جریان آرام درون میکروکانال فوق آب گریز با دندانه و حفره عمود بر راستای جریان مطالعه شده است. از آن جا که سرعت جریان گازی پایین است، برای کاهش نوسانات حل DSMC، از روش نگه داری اطلاعات (IP) استفاده شده است. اثر ابعاد میکروحفره روی پارامترهای جریان مانند طول لغزش موثر، سرعت لغزشی و پروفیل سرعت با استفاده از حل ترکیبی DSMC-NS بررسی و نتایج با حل ساده سازی شده جریان برش آزاد (SF) روی سطح تماس آب-هوا، مقایسه شده است. این بررسی نشان می دهد که هرچند با افزایش کسر برش آزاد اختلاف نتایج دو رهیافت DSMC-NS و SF افزایش می یابد، اما این اختلاف در شرایط مورد بررسی در این مطالعه همواره کمتر از % 6 است. بنابراین با هدف کاهش هزینه های محاسباتی، می توان با دقت قابل قبولی از حل SF استفاده کرد. بویژه در نسبت کسر برش آزاد 0.2>fc که میزان اختلاف به کمتر از% 3 کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: حل ترکیبی DSMC-NS، شبیه سازی مستقیم مونت کارلو، روش نگه داری اطلاعات، جریان رقیق شده، سطوح فوق آب گریز
  • رامین ذاکری*، رامین کمالی مقدم، محمود مانی صفحات 41-50
    در این مقاله به توسعه الگوریتم DSMC برای تحلیل جریان حول هندسه های پیچیده متقارن محوری در شرایط رقیق با رویکرد کاهش هزینه محاسباتی نسبت به حالت سه بعدی کامل با در نظر گرفتن دقت مناسب نتایج و همچنین انتخاب مناسب تعداد ذرات پرداخته خواهد شد. یکی از چالش های موجود چگونگی توسعه کد به هندسه های پیچیده و همچنین چگونگی توسعه کد به هندسه های کاربردی تقارن محوری می باشد. الگوریتم توسعه یافته شده شامل بررسی حالات مختلف حرکت و برخورد ذرات با یکدیگر و یا دیواره می باشد بشکلی که کمترین میزان محاسبات اعمال شده و راندمان حل بالا باشد. همچنین اعمال چگونگی شرایط استخراج شده تقارن محوری برای هندسه مختلف برای هر نوع هندسه ارایه شده است. در بخش نتایج، هندسه های مختلف از جمله هندسه ساده (هندسه استوانه در مقابل جریان رقیق سرعت بالا) و هندسه پیچیده (شامل دو مخروط همگرا با زوایای مختلف در جریان گاز رقیق سرعت بالا و تشکیل موج لاندا) بررسی شده و نتایج حاضر با نتایج موجود اعتبارسنجی شده است. نتایج بدست آمده دقت مناسب الگوریتم ارایه شده در مقایسه با حلگرهای سه بعدی را نشان می دهند. همچنین انتخاب تعداد ذرات مناسب نیز از جمله مواردی می باشد که در راستای انتخاب مناسب تعداد ذرات مطالعه و بررسی شده است. نتایج حاضر نشان می دهند که الگوریتم حاضر قابلیت استفاده برای هندسه های پیچیده در شرایط گاز رقیق را دراست.
    کلیدواژگان: الگوریتم DSMC، تقارن محوری، هندسه پیچیده
  • یوسف رضائی*، مهران تاج فر صفحات 51-60
    مشخصه‎های جریان جت های آب دایروی و بیضوی تزریق شده به درون جریان جانبی هوا به صورت تجربی بررسی شده است. دو انژکتور بیضوی با نسبت منظری های متفاوت و یک انژکتور دایروی با مساحت مقطع برابر به عنوان هندسه معیار مورد مطالعه قرار گرفته اند. محور بزرگ انژکتورهای بیضوی در دو حالت موازی و عمود بر جهت جریان هوا قرار گرفته شده است. جت های مایع توسط تکنیک سایه نگاری آشکارسازی شده و وضعیت لحظه ای جت ها با بهره گیری از یک دوربین سرعت بالا ضبط و ثبت شده است. آزمایشات در نسبت ممنتوم مایع به هوا و وبر هوای مختلف، برای بررسی تاثیراتشان بر روی پارامترهایی همچون مسیر ستون جت، نقطه شکست و رژیم های شکست، انجام شده است. رفتار فیزیکی جت های دایروی و بیضوی در رژیم های مختلف با استفاده از تصاویر آشکارسازی مورد مطالعه قرار گرفته شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که برخی از مشخصه های جت تزریق شده به داخل جریان جانبی هوا مانند عمق نفوذ جت و مسیر جت مایع با تغییر شکل هندسه خروجی نازل تحت تاثیر قرار می گیرند. همچنین نتایج حاکی از آن است که جت های بیضوی به دلیل پایداری کمتر آن ها نسبت به جت دایروی، زودتر شکسته شده و نفوذ کمتری به درون جریان هوا می کنند. بطوری که ارتفاع شکست بی بعد جت دایروی 29.5 و ارتفاع شکست بی بعد جت بیضوی با نسبت منظری 3 زمانی که محور بزرگ آن عمود بر جهت جریان هوا قرار گرفته است، مقدار 21.53 می باشد. در این مطالعه دو نوع مختلف از رژیم های شکست، رژیم شکست ستونی و رژیم شکست کیسه ای مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: جریان جانبی، تزریق جت مایع، جت بیضوی، شکست ستون جت، مسیر جت
  • نعمت الله فولادی*، سید احمدرضا میربابایی، مهدی خسرو انجم صفحات 61-70

    به منظور آزمون عملکرد موتور‏های مورد استفاده در ارتفاعات بالا از سکوی شبیه ‏ساز ارتفاع مجهز به دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت استفاده می‏شود. غالبا، دمای گاز خروجی از نازل این موتورها بسیار بالاتر از حد تحمل بدنه فلزی دیفیوزر است. در تست موتورهای سوخت جامد برخورد ذرات اکسید آلومینیوم با دمای بالاتر از 2500 درجه سانتی گراد به دیواره دیفیوزر شرایط انتقال حرارت را در محل برخورد بحرانی می‏کند. هدف تحقیق حاضر ارزیابی روش خنک کاری با اسپری آب بدنه فلزی یک دیفیوزر با انجام تست‏های تجربی با یک موتور سوخت جامد آزمایشگاهی می‏باشد. ابتدا به منظور شناسایی نقاط بحرانی دمایی، تست موتور با فشار متوسط 60 بار و دمای محفظه 3100 درجه سانتی گراد در شبیه‏ساز خلاء بدون خنک‏کاری دیفیوزر فلزی انجام شده است. نتایج حاکی از رسیدن دمای بدنه دیفیوزر در ناحیه ورودی و همگرایی به دمای بالاتر از 1500 درجه سانتی گراد است، به طوری که منجر به ذوب و سوراخ شدن بدنه دیفیوزر در این ناحیه شده است. در ادامه دو تست دیگر با فشارهای موتور میانگین 33 و 55 بار به همراه خنک‏کاری بدنه دیفیوزر با اسپری آب انجام شده است. نتایج نشان می‏دهد که در دو تست خنک کاری انجام شده بیشترین دما در سطح بیرونی دیفیوزر به مقادیری کمتر از 200 و 400 درجه سانتی گراد رسیده و تا انتهای تست ثابت مانده است. همگرا شدن بیشینه دماهای ثبت شده در سطح بیرونی دیفیوزر به دماهای مورد انتظار در این تست ها تاییدی بر عملکرد مناسب سیستم خنک‏کاری طراحی شده می باشد.

    کلیدواژگان: دیفیوزر خروجی گاز مافوق ‏صوت، شبیه‏ سازی خلاء، خنک کاری با اسپری آب، ذرات اکسید آلومینیوم، تست تجربی
  • محمدعلی ملجائی، جواد سپاهی یونسی* صفحات 71-80

    یک ورودی هوای فراصوتی از نوع تراکم ترکیبی با هندسه ی تقارن محوری در سه عدد ماخ 8/1، 0/2 و 2/2 و زاویه ی حمله ی صفر درجه به صورت تجربی در تونل باد آزمایش شده است. در کنار استفاده از حسگرهای فشار، از سیستم سایه نگاری برای آشکارسازی جریان استفاده شده است. در این ورودی با ایجاد مکش لایه ی مرزی بر روی سطح تراکم خارجی در بالادست گلوگاه، اثرات تغییر مساحت دهانه های ورودی و خروجی مجرای مکش بر پارامترهای عملکردی ورودی از قبیل نسبت دبی جرمی، بازیافت فشار کل، اعوجاج جریان و نسبت دبی جرمی مجرای مکش مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش مساحت دهانه ی ورودی مجرای مکش، بازیافت فشار کل در شرایط بحرانی و فروبحرانی افزایش یافته و اگر همزمان مساحت دهانه ی خروجی مجرای مکش نیز زیاد شود، بازیافت فشار خصوصا در شرایط فروبحرانی بهبود بیشتری می یابد. نتایج همچنین نشان می دهد که اگر مساحت دهانه ی ورودی مجرای مکش بیش از حد زیاد شود می تواند اثر معکوسی بر عملکرد ورودی داشته باشد و خصوصا در شرایط بحرانی حتی بیشتر از زمانی که دهانه ی ورودی مجرای مکش کاملا بسته است، موجب افت کمیت های عملکردی ورودی شود. با این حال استفاده از دهانه ی ورودی بزرگ برای مجرای مکش می تواند در شرایط خارج از نقطه ی طراحی موجب تاخیر در شروع پدیده ی باز شود.

    کلیدواژگان: ورودی فراصوتی، عملکرد ورودی، مجرای مکش لایه ی مرزی، بازیافت فشار کل، نسبت دبی جرمی
  • احسان حبیبی سیاه پوش، محمدرضا انصاری* صفحات 81-90

    ردیابی و شناسایی نویز حاصل از تشکیل حباب یکی از روش های بررسی خصوصیات فیزیکی حبابها می باشد. در این تحقیق مدل تخمین نویزهای حاصل از تشکیل حباب در ستون سیال، با اعمال روش ترکیبی مدلسازی آشفتگی، در نظر گرفتن جریان تراکم پذیر، اعمال روش مناسب شبیه سازی سطح مشترک و استفاده از سطح مناسب برداشت داده های آکوستیک بهبود داده شده است. براین اساس شبیه سازی سه بعدی جریان دوفازی تراکم پذیر با کمک روش VOF انجام شده است. مدل ترکیبی RANS /LES برای ارتقای توانایی تصویر سازی CFD در شکل گیری حباب و روش HRIC جهت بهبود تصویر سازی نمایش سطح مشترک استفاده شده است. همچنین با استفاده از سطح مناسب برداشت داده های آکوستیک و با کمک معادلات FWH نویزهای حاصل از تشکیل حباب شناسایی شده است. شایان ذکر است ضمن نمایش استقلال مدل از شبکه، اعتبار سنجی مدل توسط تطبیق دادن نتایج با تیوری های موجود، و مقایسه با داده های تجربی صورت پذیرفته است. در این میان نتایج حاصل از حجم حباب های ایجادشده، سرعت ترمینال، نحوه تغییر شکل حباب ها و فرکانس طبیعی تولید حباب ها بررسی و مقایسه گردیده است. نشان داده شده است که با افزایش سایز حباب فرکانس طبیعی کاهش یافته است. همچنین وارد کردن تراکم پذیری به مدل و همچنین برداشت داده ها در محل تولید حباب، سبب ایجاد تصویر دقیق تری از نمایش نوسانات شده است.

    کلیدواژگان: تشکیل حباب، نویز های آیرودینامیکی، فرکانس طبیعی حباب
  • فاطمه میراخورلی، بهمن وحیدی*، مرضیه پازوکی صفحات 91-100
    آمبولی ریوی یکی از شایع ترین بیماری ها در میان جوامع بشری به خصوص بیماران بستری است. با این وجود، تاکنون این پدیده از منظر مکانیکی مورد بررسی قرار نگرفته و اطلاعات اندکی درباره ی عوامل همودینامیکی موثر در مسیر حرکت لخته و برهم کنش میان آن ها وجود دارد. این بیماری علی رغم درمان پذیری مناسب در صورت تشخیص به موقع، به دلیل داشتن علایمی مشترک با سایر بیماری ها و در نتیجه دشوار شدن تشخیص به موقع و آسان آن، اغلب در شرایط حاد منجر به مرگ می شود. در این پژوهش، با استفاده از تصاویر پزشکی مربوط به یک بیمار، هندسه ی بخشی از شریان ریوی مطابق با آناتومی یک بیمار خاص ساخته شد. با استفاده از معادلات حاکم بر جریان خون و لخته که توسط الگوریتم محاسباتی برهم کنش سیال-سازه و در یک سیستم فرمول بندی لاگرانژی-اویلری دلخواه (ALE) حل شد، حرکت لخته در شریان شبیه سازی شد. برای مدل جامد نیز از یک مدل ویسکوالاستیک مطابق با خواص لخته های وریدی استفاده شد. نتایج نشان داد که بیشترین تنش وارد شده بر لخته در زمان s 46841/0به میزان Pa 56/957 در هنگام عبور از انشعاب شریان رخ داد. با توجه به زمان اسقرار مقادیر تنش بیشینه در لخته، نسبت به رشد یا گسیختگی لخته می توان پیش بینی هایی داشت. حضور لخته در جریان به طور متوسط سبب افت تنش برشی وارد بر دیواره ها از Pa 7697/1 به Pa 02761/1 می شود که می تواند در صورتی که لخته ها مکررا از مسیر شریان های ریوی عبور کنند، موجب کاهش انعطاف پذیری، افزایش مقاومت عروقی و اختلال در عملکرد سلول های اندوتلیال و متعاقبا بیماری هایی از قبیل افزایش فشار ریوی (PAH) شود.
    کلیدواژگان: آمبولی ریوی، برهم کنش سیال-سازه، ویسکوالاستیسیته، لخته ی خونی
  • ابوالفضل عبدالهی فر*، سید محمدحسین کریمیان صفحات 101-110

    پره های پشت به باد توربین های ساونیوس اثر منفی در تولید گشتاور این توربین ها دارند. با افزایش نسبت سرعت نوک پره این اثر منفی در تولید گشتاور بیشتر می شود. به همین علت بخش ساونیوس در توربین های ترکیبی داریوس-ساونیوس پس از شروع به حرکت و با افزایش نسبت سرعت نوک پره، گشتاور منفی تولید می نماید. در پژوهش حاضر، مقابل پره های پشت به باد توربین ساونیوس یک دیواره قرار داده شده است تا اثرات منفی این پره ها در تولید گشتاور کاهش یابد و در نتیجه عملکرد آیرودینامیکی آن بهبود داده شود. دو نوع پره ی ساونیوس با طول قوس مختلف و سه نوع دیواره با جانمایی مختلف به صورت سه بعدی شبیه سازی شده و گشتاور تولیدی و مقدار نوسانات گشتاور آن ها در یک دور کامل محاسبه شده است. توربین ساونیوسی که بیشترین گشتاور متوسط و کم ترین نوسانات گشتاور را دارد روی یک توربین داریوس پره مستقیم سوار شده و توربین ترکیبی را تشکیل داد ه است. در مقایسه با توربین داریوس پره مستقیم، در نسبت سرعت نوک پره ی 0.9 توربین ترکیبی پیشنهادی  2.3 درصد گشتاور متوسط بیشتر و 40 درصد نوسانات گشتاور کمتری دارد. این امر نشان می دهد توربین ترکیبی پیشنهادی در مقایسه با مدل های متداول خود از نظر نسبت سرعت نوک پره، حوزه ی کاری گسترده تری دارد.

    کلیدواژگان: داریوس، ساونیوس، توربین ترکیبی، حالت دورانی، شبیه سازی عددی
  • علیرضا موحدی، علی اکبر دهقان*، مجتبی دهقان منشادی صفحات 111-120

    در مطالعه حاضر، نویز آیروآکوستیکی دوردست ناشی از جریان حول مدل ساختمان استاندارد CAARC متصل به کف در زوایای حمله مختلف به روش نیمه تحلیلی پیش بینی شده است. هدف این مطالعه، محاسبه فشار آکوستیکی دوردست به کمک داده های تجربی فشار سطحی روی مدل است. فشار سطحی روی نقاط مختلف مدل ثبت و سپس با استفاده از این داده ها و معادله FW-H که در یک کد پیاده سازی شده است فشار آکوستیکی در دوردست محاسبه می شود. مشخصات آیرودینامیکی و آکوستیکی جریان و نویز منتشر شده برای جریان حول یک سیلندر مربعی دو بعدی و مدل اصلی ارایه گردیده است. مشخص شد در طیف فشار سطحی مربوط به سنسورهای فشار واقع در وجوه جانبی سیلندر قله مربوط به ریزش گردابه قابل مشاهده است که در هماهنگی با فرکانس ریزش گردابه به دست آمده از جریان سنج سیم داغ بود. عدد استروهال برای مدل بسته به زاویه حمله در محدوده 0.08-0.1 به دست آمد. مشخص شد که الگوی انتشار صدای دوقطبی برای هندسه های سه بعدی نیز قابل مشاهده است که مرتبط با منشا ایجاد آن یعنی پدیده ریزش گردابه است. با توجه به عدم تقارن کامل سطح مقطع مدل مورد بررسی، با تغییر زاویه حمله، صدای پیش بینی شده بسته به محل شنونده رفتار متفاوتی دارد.

    کلیدواژگان: ساختمان بلند CAARC، نویز آیرودینامیکی، فشار سطحی، معادله FW-H، ریزش گردابه
  • سید مصطفی زارعی، مصطفی جمشیدیان*، شاهرخ سپهری رهنما، سعید ضیایی راد صفحات 121-130

    استفاده از امواج آکوستیکی برای کنترل و دست کاری ذرات معلق در سیال، توجه ویژه ای را در دو دهه ی اخیر به خود جلب کرده است. انتشار امواج آکوستیکی در محیط سیال، ذرات معلق در آن را عمدتا به دو صورت می تواند تحت تاثیر قرار دهد. اثر اولیه ی انتشار موج به صورت مستقیم بر ذرات عمل کرده و موجب اعمال نیرویی از طرف سیال بر آن ها می شود. در سیال ویسکوز با توجه به تضعیف موج و ایجاد گرادیان های سرعت ناشی از وجود ویسکوزیته، جریان هایی در سیال شکل می گیرد که می توانند به صورت غیر مستقیم بر ذرات اثرگذار باشند. با توجه به کاربرد این تکنولوژی در زمینه های پزشکی و بیولوژی و پیچیدگی کارهای تجربی آزمایشگاهی در ابعاد میکرومتر، نیاز مبرمی به مطالعات تحلیلی و بینش تیوری در این موضوع احساس می گردد. موضوع مقاله حاضر، مروری بر مطالعات تحلیلی انجام شده در رابطه با مکانیزم های موثر بر حرکت ذرات تحت تاثیر امواج آکوستیکی انتشاریافته در محیط سیال در ابعاد میکرومتر است. در این مقاله تاریخچه ای از نظریه های ابتدایی محاسبه ی نیروهای تابشی آکوستیکی و جریان آکوستیکی و روند پیشرفت این نظریه ها تا زمان حاضر ارایه شده است. همچنین، نقدی بر نتایج بدست آمده از پژوهش های گذشته، مشکلات و کمبودها و میزان تاثیر پارامترهای مختلف در برآورد این نتایج ارایه شده است.

    کلیدواژگان: آکوستوفلویدیک، نیروی تابشی آکوستیکی، نیروی اندرکنشی، جریان آکوستیکی
  • محمد تقیلو، جلال قاسمی*، عارف سلیمی صفحات 131-140
    این مقاله به بررسی کمی روش‏های مختلف اعمال شرط مرزی عدم لغزش بر روی استوانه ثابت و دوار در چارچوب روش بولتزمن شبکه‏ ای، می‏ پردازد. بدین منظور، از پنج روش بازگشت به عقب، وای-ام-ال-اس خطی، وای-ام-ال-اس درجه دو، بی-اف-ال خطی و بی-اف-ال درجه دو استفاده شده است. چالش اساسی در همه این روش‏ ها چگونگی محاسبه و میان‏یابی توابع توزیع مجهول در نقاط اویلری پیرامون نقاط مرزی است. نتایج نشان می‏ دهد که در شرایط پایدار (20=Re و 40=Re) حداکثر خطای محاسبه زاویه جدایش 6/7 % و مربوط به روش بازگشت به عقب است، درحالی که در شرایط پایدار اختلاف معناداری میان ضرایب پسا در روش های مذکور مشاهده نمی شود. همچنین روش بی-اف-ال خطی در محاسبه ی طول ناحیه جدایش نسبت به روش‏ های دیگر دارای خطای بیشتری است (6 % برای 20=Re و 8.82 % برای 40=Re). با افزایش عدد رینولدز و ناپایدار شدن جریان و افزایش سرعت بی‏ بعد دوران، روش بازگشت به عقب در پیش ‏بینی ضرایب برآ و پسا دچار اختلاف با نتایج روش ‏های دیگر می ‏گردد؛ به‏ طوریکه میان مقادیر ضریب پسا در زمان‏ های اولیه 7.78>*t و برای شرایط 0.2=k و 200=Re در روش بازگشت به عقب و روش های دیگر، اختلاف ایجاد می‏ شو د، اما با افزایش زمان، این اختلاف کاهش می‏ یابد؛ حال آن که سه روش وای-ام-ال-اس خطی، بی-اف-ال خطی و بی-اف-ال درجه دو همچنان نتایج مشابهی را ایجاد می‏ کنند. بررسی ها نشان می دهد که انتخاب مقادیر ضریب رهاسازی یگانه τ، تاثیر جدی بر همگرایی روش های بیان شده دارد، به طوریکه، دو روش وای-ام-ال-اس درجه دو و بی-اف-ال درجه دو، محدوه همگرایی کوچک‏تری دارند.
    کلیدواژگان: روش بولتزمن شبکه‏‏ ای، شرط عدم لغزش، استوانه دوار، روش تبادل تکانه
  • محمدرضا مسلمان یزدی، احمدرضا فقیه خراسانی*، شهرام طالبی صفحات 141-150

    در طی فرآیند ریخته گری مداوم فولاد، تاندیش آخرین عمل کننده متالورژیکی است که در آن فرصتی برای حذف ناخالصی های موجود در مذاب فراهم خواهد شد. بنابراین بهبود پدیده های مربوط به جریان سیال در داخل تاندیش ریخته گری مداوم از جمله نوع الگوی جریان، افزایش مدت زمان ماندگاری آخال در تاندیش، کاهش حجم سیال راکد و همچنین افزایش جریان سیال در حال چرخش در تاندیش می تواند باعث بهبود فرآیند جداسازی آخال از مذاب و تهیه فولادی تمیز گردد. در این تحقیق با شبیه سازی عددی و تجربی، رفتار جریان در تاندیش ریخته گری مداوم فولاد مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. در روش عددی از نرم افزار فلوینت جهت شبیه سازی جریان استفاده گردیده و در روش تجربی با ساخت تاندیشی از جنس شیشه با مقیاس 1:4 و شبیه سازی فیزیکی جریان سیال، تاثیر بکارگیری مانع در تاندیش و همچنین تغییر ارتفاع مذاب بر رفتار جریان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی ها نشان داده است که کاهش ارتفاع مذاب در تاندیش، سبب افزایش آخال جدا شده از مذاب گردیده و زمان ماندگاری آخال در تاندیش را افزایش می دهد. همچنین بکارگیری مانع در محل ورودی جریان به تاندیش همراه با مانع بلند در طرفین تاندیش، باعث بهبود الگوی جریان و افزایش آخال جدا شده از مذاب می گردد.

    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، بررسی تجربی، تاندیش، الگوی جریان، جداسازی آخال
  • صبا تیموری، احسان خواصی* صفحات 151-160
    در این پژوهش انتشار جریان چگال پیوسته سه بعدی حاوی دو نوع ذره در برخورد با مانع به روش گردابه های بزرگ و با استفاده از کد اپن فوم، بهصورت عددی مدل سازی شده است. از روش اویلری-اویلری استفاده شده است و برای هر نوع ذره یک معادله غلظت، که دارای پارامتر سقوط ذرات است، حل میشود. به منظور بررسی اثر مانع بر روی رفتار جریان و رسوب گذاری، مسیله برای کانال با مانع و بدون مانع حل شده است. جریان برای ذرات با سه قطر متفاوت، 12، 20 و 30 میکرون شبیه سازی شده است. اثر غلظت ورودی ذرات نیز با تغییر غلظت ورودی به صورت 6/0 و 3/0 مورد مطالعه قرار گرفته است. شکل کلی پروفیل سرعت در حالتی که مانع حضور دارد مشابه حالت بدون مانع است. نتایج نشان می دهند که در شرایط ورودی مشابه، قبل از مانع تغییر چندانی در پروفیل سرعت جریان در حالت با مانع و بدون مانع ایجاد نمی شود، ولی حضور مانع سرعت ماکزیمم جریان را 10% کاهش می دهد. همچنین بار ذرات معلق نیز در عرض کانال برروی مانع کاهش می یابد. در حالت شبه پایدار نهایی، غلظت ماکزیمم (بعد از مانع) 3/%15 نسبت به حالت بدون مانع کاهش یافته است. با افزایش قطر ذرات تا 20 و 30 میکرون، ماکزیمم غلظت به ترتیب 5/12% و 3/22% افزایش می یابد. بار ذرات معلق نیز برای ذرات با قطر 20 و 30 میکرون به ترتیب 21% و 68% کاهش می یابد. تغییر غلظت ورودی در حالت ذره با قطر کمتر، موجب افزایش بار ذرات معلق شده است.
    کلیدواژگان: جریان چگال پیوسته، مانع، آشفتگی، ذرات، شبیه سازی گردابه های بزرگ
  • محسن غفاریان عیدگاهی، محمدمحسن شاه مردان*، محمود نوروزی صفحات 161-170

    میراگر هیدرولیکی مغناطیسی بعنوان یکی از پرکاربردترین تجهیزات در صنایع مختلف برای اولین بار با رویکرد بررسی خصوصیات مولکولی سیال مغناطیسی عامل در آن با استفاده از روش مدل سازی مولکولی دینامک ذره استهلاکی مورد مطالعه و بهینه سازی قرار گرفته است. با استفاده از مدل اصلاح شده بوک ون شرایط پسماند مغناطیس و نیروی میراگری برای فراهم شدن توان میراگری 10 نیوتن مورد نیاز در میکرو ماشین ها محاسبه شده و پس از معتبرسازی با نتایج تجربی موجود در مقالات اثر خصوصیات مولکولی سیال مغناطیسی عامل بر آن بررسی شده است. نتایج حاصل از مدل سازی مولکولی به روش دینامیک ذره استهلاکی نشان می دهد با افزایش جرم و قطر ذرات مغناطیسی نیروی میراگری افزایش می یابد، در حالی که با افزایش چگالی این ذرات و افزایش جرم ذرات سیال حامل، نیروی میراگری ابتدا افزایش و سپس کاهش پیدا می کند، بنابراین لازم است تا مقادیر بهینه تعیین شوند. همچنین مشاهده می شود که با کاهش ضخامت لایه فعال در سطح ذرات مغناطیسی نیروی میراگری افزایش می یابد. در نهایت با توجه به نتایج بدست آمده، مقادیر بهینه هر یک از پارامترهای مورد مطالعه بمنظور فراهم آمدن توان میراگری 10 نیوتن با کمترین مقدار مصرف انرژی توسط میراگر تعیین شده و از میان سیال های مغناطیسی تجاری سیال 132-دی جی بعنوان بهترین سیال انتخاب می شود.

    کلیدواژگان: میراگر هیدرولیکی مغناطیسی، مدل سازی دینامیک ذره استهلاکی، سیال مغناطیسی، نیروی میراگری، پسماند مغناطیسی
  • پوریا اکبرزاده*، میلاد امین زاده، امیر رضازاده صفحات 171-180
    افزایش مصرف آب شیرین درنتیجه رشد جمعیت، تغییرات اقلیمی و خشکسالی، نیاز محافظت از منابع آبی را روشن می سازد. در نواحی خشک، بخش قابل توجهی از حجم مخازنی که برای تامین آب فصول کم بارش مورد استفاده قرار می گیرند، با تبخیر ازبین می روند. از میان روش های گوناگون جلوگیری از تبخیر، پوشاندن سطح مخازن با اجسام شناور، راهکاری ساده و قابل اطمینان می باشد. علیرغم مطالعات گسترده روی پوشش های شناور، تاثیر این روش درحضور جریان های سطحی تاکنون موردبررسی دقیق قرار نگرفته است. لذا در این مطالعه به مدل سازی و بررسی آزمایشگاهی تاثیر جریان سطحی بر میزان تبخیر مخازن ذخیره آب پوشیده با اجسام شناور پرداخته می شود. بدین منظور از یک مخزن 500-لیتری برای ذخیره سازی آب، از توپ های سیاه و سفید برای پوشش دهی و از یک پمپ جهت ایجاد جریان سطحی استفاده شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که میزان تبخیر تا یک دبی مشخص از جریان سطحی (دبی بهینه)، کاهش و مجددا با افزایش دبی، افزایش می یابد. همچنین در تمامی شرایط وجود/عدم وجود جریان، کمترین میزان تبخیر در پوشش دهی با توپ های سفید رخ می دهد. درضمن پوشش دهی به صورت مخلوطی مساوی از توپ های سیاه و سفید و پوشش با توپ های سیاه به ترتیب در رتبه های بعدی کاهش تبخیر قرار دارند (بیشترین تبخیر مربوط به حالت بدون پوشش می باشد). مطالعه حاضر به خوبی نشان می دهد که حضور جریان های سطحی با دبی مناسب می تواند راندمان کاهش تبخیر اجسام شناور را افزایش دهد. همچنین مقایسه نتایج حاصل از مدل سازی بالانس انرژی و آزمایشگاهی نشان می دهد که روابط حاکم بر مدل سازی، دقت قابل قبولی در تخمین میزان تبخیر سطحی برای تمامی حالت های بدون -پوشش/پوشش دهی همراه با وجود/عدم وجود جریان سطحی خواهد داشت.
    کلیدواژگان: تبخیر سطحی، جریان سطحی، توپ های شناور، دبی بهینه، بالانس انرژی
  • امیر هنریار، محمود غیاثی* صفحات 181-190
    ربات خودکار زیرآبی طراحی و ساخته شده با فرم بدنه نوین شبه ماهی برای هدف بازرسی خطوط لوله و کابل زیردریا مورد ارزیابی هیدرودینامیکی قرار گرفته است. افزایش پایداری دینامیکی ربات های بازرس زیرآبی علاوه بر کاهش مصرف انرژی به دلیل افزایش قابلیت حفظ مسیر حرکت ربات، موجب تسهیل در کنترل رفتار دینامیکی آن در محیط پراغتشاش اعماق دریا با توجه به وجود جریان های دریایی می شود. انحراف از مسیر اصلی به علت ناپایداری دینامیکی زاویه ای حول محور طولی یا رول، یک پدیده نامطلوب دینامیکی برای ربات های زیرآبی است. پس از بیان معادلات حرکت حاکم بر وسیله، گشتاور هیدرودینامیکی وارد بر بدنه از طرف جریان سیال آب با مدلسازی عددی در دینامیک سیالات محاسباتی استخراج شده است. ربات به عنوان جسم صلب و جریان اطراف آن به صورت پایا و تراکم ناپذیر فرض شده است. با بیان ارتباط خطی بین گشتاور هیدرودینامیکی و سرعت زاویه ای جریان، ضریب هیدرودینامیکی خطی بازدارنده یا میرایی مورد نیاز محاسبه شده است. به کمک ضریب هیدرودینامیکی بازدارنده استخراج شده، پایداری دینامیکی ربات حول محور طولی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای اطمینان از صحت نتایج، یافته های پژوهش حاضر با داده های آزمایشگاهی بدنه متقارن محوری متعلق به دپارتمان هیدرودینامیک کشتی مرکز تحقیقات دیوید تیلور مقایسه شده است؛ یافته های عددی تطابق خوبی را با آزمایش نشان می دهد. نتایج نشان می دهد که پایداری دینامیکی رول برای ربات با فرم بدنه پیشنهادی با مقطع مثلثی در این مقاله 10 برابر بیشتر از ربات های با فرم بدنه رایج متقارن محوری با مقطع دایروی است.
    کلیدواژگان: ربات خودکار زیرآبی، فرم بدنه شبه ماهی، پایداری دینامیکی رول، دینامیک سیالات محاسباتی، ضریب هیدرودینامیکی بازدارنده
|
  • Fatemeh Karami, Afshin Ahmadi Nodoushan *, Yaghoob Tadi Bani Pages 1-10
    The aim of this paper is the investigation of fully developed flow of Newtonian and non-Newtonian fluids in two-dimensional microchannel based on a completely consistent couple stress theory and the calculation of the length scale parameters of these fluids. Therefore, the analytical solutions of the velocity and flow rate are obtained for Newtonian and power law non-Newtonian fluids. Afterward, the characteristic material length of Newtonian water and non-Newtonian blood fluids are calculated using the obtained relations and experimental data. Comparing characteristic material length for water and blood can perceive that the characteristic length scale depends on the fluid type. The blood velocity profile is calculated based on the couple stress theory using the obtained length scale and compared with the results of classical Navier Stokes theory. These results show the difference between the obtained values of the couple stress and classical theories increases by increasing the flow rate. This increase in the difference means decreasing of precision of classical theory for investigating flow through a microchannel. Comparing the calculated and experimental velocity profiles for water shows a good agreement between theoretical and experimental results.
    Keywords: Couple stress, Power-law fluid, Characteristic material length, Volumetric flow rate, Microchannel
  • Erfan Nematollahi, Mohammad Sefid * Pages 11-20
    In this simulation mixing behavior of two fluids water and ethanol with various density and viscosity mixing in 5 types of T-micromixers numerically has been studied. The five Geometries under research are: 1 and 2 geometries are Multiple T-micromixer with non-aligned inputs in one and two plane respectively, and the 3, 4 and 5 geometries are included Multiple T-micromixer, double T-micromixer and T-micromixer. Simulation has been performed using computational fluid dynamics commerical code of Ansys fluent 18 at Schmidt number of 752.26 for 6 different Reynolds number in range of 1 to 200. In creeping flow range viscosity force and in laminar flow (non-creeping) the chaotic of flow was the main mixing factors for all studied geometry. For double T-micromixer and multiple T-micromixers two and three different types for input fluids respectively investigated and the most efficient mixing type has been specified. Cortes-Quiroz et al numerical results used for validation present investigation. Mixing results compared for specific flow types in double and multiple micromixers with single flow type in T-micromixer. The results show mixing index and pressure drop are function of inputs’ number and position also for geometries with more than two inputs, types of input fluids have effect on these parameters.maximum mixing index which was 0.4878 has been observed using flow 1 in Multiple T-micromixer at Re= 1
    Keywords: Numerical study-Double, multiple T-micromixers, non-aligned, Pressure drop
  • HR. Zanganeh, A .Bazzazi, Mohsen Nazari *, MH. Kayhani Pages 21-30

    Small scale tests can be conducted using Lab-on-a-chip devices with very tiny amount of fluids. In the case that the fluid is in the gas phase, it should be carried inside a bubble. In this paper, this type of bubbles is generated with certain size in a flow focusing microfluidic device. Microfluidic device can be manufactured by SOFT LITHOGRAPHY. when the bubble density is high enough in a channel, they come in to contact, and they flow in the form of crystal foam. the flow of the foams in the channel depends on the liquid flow rate and inlet gas pressure. This shall determine dynamic behaviors of the flow such as super-stability. Two types of foam including wet and dry foams are generated in flow focusing device. At certain pressure of 600 to 700 (mbar), the foam behavior is switched to non-linear behavior in which the shape of bubble is changed in period of time. At specific flow rate of 0.1 and 0.2 (ml/hr), it is observed that bubbles are generated in one raw and some others are in two within channel which are called hex-one and hex-two. The effects of increasing the flow rate at constant pressure (which reduces the size of the bubble from dry foam to wet foam) and the effects of increasing the pressure in the constant flow rate (which increases the size of the bubble from wet foam to dry foam) are investigated.

    Keywords: Microfluidics, Bubble, Foam, flow focusing device
  • Ali Babakhani, Ali Amiri Jaghargh * Pages 31-40

    In the recent years, superhydrophobic surfaces have received significant attention due to properties such as drag reduction and self-cleaning. Specially in microchannels where the surface forces are dominant, superhydrophobic surfaces are widely applicable. A superhydrophobic surface can be made by grooving the surface. In this case, flow of gas caught in grooves may represent rarefied flow depending on the gas pressure and the length scale of the microcavity. Therefore, the gas flow should be treated with particle based approaches such as direct simulation of Monte Carlo, DSMC. In this paper laminar flow in superhydrophobic microchannels with ribs and cavities aligned perpendicular to the channel axis is investigated using a hybrid DSMC-NS (Navier-Stokes) method. In addition, Information preservation technique (IP) is employed to reduce statistical fluctuations of the DSMC method due to low speed flow in gaseous phase. The effects of the length of the cavity on the flow parameters such as effective slip length, velocity slip and velocity profile are investigated and the results are compared with the simplified method of using NS equations with shear free (SF) boundary condition on the gas-liquid interface. It is shown that the differences between the hybrid DSMC-NS method and SF solution increase as the shear free fraction increases. However, the difference is less than 6% for cases studied in this work. Therefore, it is acceptable to use the SF approach to reduce computational costs. Specially for Fc < 0.2 where the difference is less than 3%.

    Keywords: hybrid DSMC-NS method, Direct Simulation Monte Carlo, Information preservation method, Rarefied flow, Superhydrophobic Surfaces
  • Ramin Zakeri *, Ramin Kamalimoghadam, Mahmoud Mani Pages 41-50
    In this paper, the development of the DSMC algorithm for flow analysis around axial symmetric complex geometries in rarefied conditions with a computational cost reduction approach compared to a full three-dimensional state, taking into account the appropriate accuracy of the results, as well as the proper selection of particles. One of the challenges is the development of code for complex geometries, as well as the development of code to the functional geometries of axial symmetry. The developed algorithm involves studying different modes of motion and collision of particles with each other or the wall in such a way that the least computations are applied and the high-efficiency solution. Also apply how the extracted condition of axial symmetry is presented for different geometries for each geometry. In the results section, various geometries such as simple geometry (cylinder geometry versus high velocity stream) and complex geometry (including two converging cones with different angles in the airflow of high velocity gas and λ wave formation) were investigated and the results were compared with the results Validated. The results show the accuracy of the proposed algorithm compared with the 3D solvers. Also, the selection of the number of suitable particles is one of the issues that has been studied in order to select the appropriate number of particles. The present results show that the present algorithm is able to use for complex geometries in dilute gas conditions.
    Keywords: DSMC Algorithm, Asymmetric, complex geometry
  • Yosef Rezaei *, Mehran Tadjfar Pages 51-60
    The flow characteristics of liquid jets issuing from elliptical and circular injectors into an air crossflow were experimentally investigated. Two elliptical injectors with different aspect ratio and a circular injector as the reference case with the same cross-sectional area was employed. The major axis of the elliptical nozzles was aligned parallel and perpendicular to the air crossflow direction. The liquid jet was visualized using shadowgraph technique and a high speed camera was used to record the instantaneous status of the jets. The liquid / air momentum flux ratio and air Weber number were varied to examine their effects on different parameters of the flow like liquid jet column trajectory, breakup point and breakup regimes. The results revealed that some characteristics of injected liquid jets into the air crossflow such as penetration depth and the trajectory of liquid jet were affected by changing the nozzle exit shape. Based on the obtained results elliptical liquid jets because of the lower stability than circular jet, break up sooner and penetrate lower into the air crossflow. As the normalized breakup height of circular jet is obtained 29.5 but the normalized breakup height of elliptic jet with the aspect ratio of 3 and when its major axis was perpendicular to the crossflow direction, is obtained 21.53. In this study two different breakup regimes were observed, column breakup and bag breakup regimes.
    Keywords: Cross flow, Injection of liquid jet, Elliptical jet, jet column breakup, Trajectory of liquid jet
  • Nematollah Fouladi *, Seyed Ahmadreza Mirbabaei, Mehdi Khosroanjom Pages 61-70

    A supersonic exhaust diffuser provides the required test cell vacuum conditions by self-pumping of nozzle exhaust gases to the atmosphere in high altitude simulator. However, the plume temperature is often much higher than the allowable temperature of the diffuser structure. Moreover, in solid-fuel engines, the impact of aluminum oxide particles on the diffuser wall internal surfaces with high temperatures intensifies critical thermal conditions. In the present study, a spray cooling system design method is presented for a supersonic exhaust diffuser. The method is evaluated by performing several experimental tests. First, in order to identify the critical temperature region, the test of the motor with a chamber pressure of 60 bar and a chamber temperature of 3100 ° C is performed with a non-cooled metal diffuser. The results indicate that the temperature of the diffuser body in the inlet and ramp regions reaches a temperature above 1500 ° C, which leads to the melting and perforation of the diffuser in these regions. Two other tests are performed with average motor chamber pressures of 33 bar and 55 bar along with the spray cooling of diffuser body. The results show that the designed cooling system keeps the maximum temperatures of the external surface of the diffuser at the values smaller than 200 and 400 ° C in these tests. The achieved critical temperatures are well matched with the respected ones in the design procedure. This confirms the present spray cooling system design procedure.

    Keywords: Supersonic exhaust diffuser, vacuum simulator stand, water spray cooling, aluminum oxide particles, Experimental test
  • MohammadAli Maljaee, Javad Sepahi Younsi * Pages 71-80

    A supersonic axisymmetric mixed compression air intake has been experimentally studied in a wind tunnel at three free stream Mach numbers of 1.8, 2.0 and 2.2 at zero degrees angle of attack. Shadowgraph flow visualization has been used as well as the pressure transducers. By applying a suction slot over the external compression surface upstream of the throat, the effects of changing the area of the bleed entrance and exit on the intake performance parameters such as mass flow ratio, total pressure recovery, flow distortion and bleed mass flow ratio have been investigated. The results showed that by increasing the area of the bleed entrance, total pressure recovery increases in critical and subcritical conditions and if simultaneously the area of the bleed exit increases, the pressure recovery will be further improved, especially in subcritical condition. The results also indicated that if the area of the bleed entrance becomes very large, it can have an adverse effect on the intake performance, especially in critical condition even worse than the no bleed case. However, using a large bleed entrance can postpone the buzz onset at off-design conditions.

    Keywords: Supersonic Intake, Intake Performance, Boundary Layer Bleed, Total Pressure Recovery, Mass Flow Ratio
  • Ehsan Habibi Siyahpoosha, MohammadReza Ansari * Pages 81-90

    Frequency analysis is one of the most important methods to estimate parameters of bubble formation in vertical column. In the present article, the sound noises estimation model due to bubble generation in the vertical liquid column is upgraded by applying turbulence modeling. The combined model of RANS/LES to increase the CFD in bubble initiation is also applied. The frequency of bubble formation was studied and the model of frequency prediction is modified by adding the compressibility effect and proper extracting of acoustic data. The numerical simulation conducted in three dimensional space where the VOF method is used. Due to the importance of interface tracking in sound sources recognition and the problems which occur during adding LES model in the simulation, different interface reconstruction methods has been compared. High Resolution Interface Capturing scheme (HRIC) is selected as the best method. The results are verified by theoretical and empirical data. Furthermore it is shown natural frequency of bubble reduced due to bubbles size increased. By considering the compressibility effect, the obtained results are more accurate and the model behavior is more physical.

    Keywords: Bubble Formation, Aerodynamic Noises, Natural Frequency of Bubble
  • Fateme Mirakhorly, Bahman Vahidi *, Marzieh Pazoki Pages 91-100
    Pulmonary embolism (PE) is one of the most prevalent diseases amid hospitalized patients and takes many people lives annually. However, this phenomenon has not been investigated in the field of biomechanics so far and insufficient information is available about hemodynamic factors affecting this phenomenon. Inexplicit signs and symptoms of this illness make it intricate to be diagnosed. In this research, a patient-specific anatomical model of pulmonary arteries has been constructed from computed tomography images (CT images). The fluid-structure interactions method was used to simulate motion of the blood clot. In addition, Navier-Stokes equations, as the governing equations, have been solved in an arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation. Furthermore, viscoelastic parameters were adopted in accordance with the red blood clot (stemmed from deep veins) properties for the structure model (emboli). Results revealed that the maximum shear stress magnitude applied on the embolus equals 957.56 Pa at 0.46841 s that was occurred when the clot plow into the wall of the artery. Based on the residence time of high magnitudes of stress in the clot, some predictions on clot lysis or development may be elaborated. In addition, the average shear stress of the arterial wall was reduced from 1.7697 to 1.02761 Pa due to the presence of the embolus. This reduction may lead to such phenomena as high pulmonary arterial resistance, low pulmonary arterial compliance, endothelial dysfunction, and consequently cause right heart dysfunction and pulmonary arterial hypertension (PAH) if different clots repeatedly pass through the arteries.
    Keywords: Pulmonary Embolism (PE), Fluid-Structure Interactions (FSI), Viscoelasticity, Blood clot
  • Abolfazl Abdolahifar *, S. M. Hossein Karimian Pages 101-110

    Returning blades of Savonius vertical axis wind turbines make negative effects on total moment produced by the turbines especially at high TSRs. For hybrid Darrieus-Savonius VAWTs at dynamic mode, with TSR increment from self-starting to that of high values, returning blades of its Savonius part make the whole part to produce negative moment. In present work, in order to reduce negative effects of returning blades of Savonius VAWTs and consequently improve its aerodynamic performance, a wall is placed in front of them. Several configurations including two types of blade shapes with three types of wall placements are simulated three dimensionally and their output-moment and moment fluctuations are computed for one complete cycle. Desired Savonius VAWT with suitable wall which produces the most average-moment and the least moment fluctuations are mounted on a straight-blade Darrieus VAWT and they formed a hybrid VAWT. In comparison to straight-blade VAWT, at TSR of 0.9 proposed hybrid VAWT produces 2.3% more average-moment along with 40% less moment fluctuations. This means in term of TSR values, proposed hybrid VAWT has wider operating range in comparison to its general types.

    Keywords: Darrieus, Savonius, Hybrid turbine, Dynamic mode, numerical simulation
  • Alireza Movahedi, AliAkbar Dehghan *, Mojtaba Dehghan Manshadi Pages 111-120

    In the present study, far-field aeroacoustic noise emitted from flow over CAARC tall building model at different angles of attack is investigated. The unsteady surface pressure measurements are conducted in a wind tunnel. The purpose of this study is to estimate the far-field noise emitted by measuring the unsteady surface pressures. The surface pressure data are used as input of a numerical algorithm to solve Fw-H equation. The aerodynamic and aeroacoustic characteristics of flow over a 2D square cylinder and the CAARC model are presented. The results revealed that the peak of vortex shedding frequency could be observed in the spectrum of surface pressure signals of sensors located on the side surfaces of the model. Its frequency is in an excellent agreement with the hot wire measurement results. The Strouhal number for flow around CAARC model changes in the range of 0.08-0.1 depending on the angle of attack. Also dipole pattern for sound radiation was also observed for 3D model which is related to the vortex shedding phenomenon. The effect of angle of attack on the SPL is also dependent to the reciever’s location.

    Keywords: CAARC tall building, Aeroacoustic Noise, Surface pressure, FW-H equation, vortex shedding
  • Sayed Mostafa Zareei, Mostafa Jamshidian *, Shahrokh Sepehrirahnama, Saeed Ziaei Rad Pages 121-130

    The use of acoustic waves to control and manipulate suspended particles in the fluid has attracted particular attention in the last two decades. The propagation of acoustic waves in the fluid medium may affect the suspended particles mainly by two factors. The initial effect of wave propagation directly acts on the particles and causes the application of force on them via fluid medium. In viscous fluid, due to the wave attenuation and the formation of velocity gradients due to viscosity, secondary fluid streaming form that can indirectly affect the particles. Due to the wide applications of this technology in medical and biological fields and the complexity of the experimental work in micrometer dimensions, there is a growing demand for analytic studies and theoretical insights on this subject. The subject of the present paper is a review on the analytical studies of the mechanisms affecting the movement of particles under the influence of acoustic waves propagating in the microfluidic systems. This review article presents a historical review of the early theories for the calculations of acoustic radiation forces and also the progress of these theories up to the now. Also, a review of the existing research results, problems and limitations, and the effect of different parameters on estimating these results is presented.

    Keywords: Acoustofluidics, acoustic radiation force, acoustic interaction force, acoustic streaming
  • Taghilou Taghilou, Jalal Ghasemi *, Aref Salimi Pages 131-140
    This paper examines the various methods of applying no slip boundary condition on a fixed and rotary cylinder in the lattice Boltzmann framework. For this purpose, five methods of bounce back, LYMLS, QYMLS, LBFL and QBFL are chosen. The main challenge in all of these methods is how to calculate and interpolate the unknown distribution functions at the points around the boundary points. Results show that in the stable conditions (Re=20 and Re=40), the maximum error of calculation of the separation angle is 6.7 % and it is related to the bounce back method, while in the stable conditions, a significant difference cannot be seen between the bounce back and other methods. Also, the LBFL method has the most error in calculating the separation length (6% for Re=20 and 8.82 % for Re=40). By increasing the Reynolds number and increasing the rotational velocity, the bounce back method differs in the prediction of the lift and drag coefficients respect to other methods; so that there is a difference in the lift coefficient in the early times, t*> 7.78 for the conditions of k=0.2 and Re=200, between the bounce back and other methods, however with increasing time, this difference reduces, whereas the three methods of LYMLS, LBFL and QYMLS continue to produce similar results. Investigations show that the choice of the single release time τ has a serious effect on the convergence of the stated methods, so that the two methods of the QYMLS and QBFL have a smaller convergence limit.
    Keywords: Lattice Boltzmann method, No slip boundary condition, Rotary cylinder, Momentum exchange method
  • MohamadReza Mosalman Yazdi, AhmadReza Faghih Khorasani *, Shahram Talebi Pages 141-150

    During the continuous casting process, Tundish is the last metallurgical actuator in which there will be an opportunity for removal of impurities present in the melt. Therefore, improving of the fluid flow phenomena inside the tundish, including the type of flow pattern, increasing of inclusion residence time in the tundish, decreasing of volume of stagnant fluid and increasing of fluid flow in the rotation, can improve the process of separation of the inclusion and the preparation of clean steel. In the mathematical method, the FLUENT software is used and in the experimental method, by manufacturing of the glass tundish in 1:4 scale and flow physical simulation, the effect of applying the dam in the tundish, as well as the change in the height of the melt on the behavior of the flow has been investigated, and it has been determined that decreasing of the molten height in the tundish increases the separated inclusion from the molten and inclusion residence time in Tundish. Also, by using the dam at inlet nozzle with a tall dam on the sides of the tundish, flow pattern is improved and the inclusion removal will be.

    Keywords: numerical simulation, experimental simulation, tundish, Fluid flow, inclusion removal
  • Saba Teymouri, Ehsan Khavasi * Pages 151-160
    In the present study, the propagation of a continuous three-dimensional, in the collision with obstacle and bi-disperse particle-laden turbidity current with a large eddy simulation method was modeled. Due to the presence of large number of suspended particles, the Eulerian-Eulerian method has been used and for each particle a concentration equation, which the particle settling velocity has been added to, is solved. The density current is simulated for particles with three different diameters 12, 20 and 30 microns. The inlet concentration effect of the particles has been studied by changing the inlet concentration to 0.6 and 0.3. The results show that in the same entrance conditions, before the obstacle, there is no significant change in the current speed profile in with and without obstacle state, but presence of an obstacle decreases the maximum velocity by 10%, also the amount of suspended particles on the obstacle decreases in channel width. In the final semi-stable state, the maximum concentration (after obstacle) 15.3% is reduced in compared to without obstacle state. By increasing the particle diameter to 20 and 30 microns, the maximum concentration is increased by 12.5% and 22.3%, the amount of suspended particles also decreases by 68% and 21%, respectively. As a result, particles with larger diameter precipitate more and rapidly and fine particles are transported over longer intervals by current. Changing the inlet concentration in the case of smaller diameter particle increases the amount of suspended particles by 11.2% and current will have more capability for carrying suspended particles.
    Keywords: density continuous current, obstacle, turbidity, particles, LES
  • Mohsen Ghafarian Eidgahi, MohammadMohsen Shahmardan *, Mahmood Norouzi Pages 161-170

    Magnetorheological damper, as one of the most widely used equipment in the various industries, was firstly studied and optimized using a molecular properties analysis of operating magnetic fluid in it utilizing dissipative particle dynamics as molecular modeling method. By use of modified Bouc-wen model, hysteresis and damping force level has been calculated in order to provide the required 10 N power requirement in micro-machines and After validation with experimental results presented in papers, the effect of molecular properties of magnetic fluid operating on it has been investigated. Results of molecular modeling by dissipative particle dynamics method show that by increasing mass and diameter of magnetic particles, damping force increases, while by increasing number density of these particles and increasing mass of carrier fluid particles, damping force firstly increases and then decreases, therefore It is necessary to set optimal values. It is also observed that by decreasing thickness of surfactant layer at the surface of the magnetic particles, damping force increases. Finally, according to the obtained results, the optimal values of each studied parameters were determined to provide 10 N damping force with the least amount of energy consumed by damper and selected from commercial magnetic fluids 132-DG fluid as suitable magnetorheological fluid.

    Keywords: Magnetorheological damper, Dissipative particle dynamics modeling, Magnetic fluid, Damping force, Hysteresis
  • Pooria Akbarzadeh *, Milad Aminzadeh, Amir Rezzazadeh Pages 171-180
    The increase in fresh-water demand due to the rapid population growth and climate changes with severe droughts highlights the protection of limited fresh-water resources. In arid regions, evaporation accounts for a significant fraction of losses from water reservoirs. Among different methods for suppressing evaporative loss, the use of modular floating elements offers a simple and reliable technique. Despite numerous studies on application of floating elements, performance of this method in the presence of surface flows is not yet addressed comprehensively. Hence, the present study aims to investigate the effect of surface flows on evaporation from covered reservoirs. For this purpose, a 500-liter water reservoir was covered with white and black balls and a water-pump provided surface flows at different rates. The results show that in the presence of surface flows evaporation decreases to a specified rate, called optimal-flow-rate, and then increases with increasing the flow rate from the optimal case. Regardless of surface flow condition, the results indicate that the lowest water evaporation occurs for the coverage with white balls while coverage using a mixture of black and white balls and only with black balls showed higher evaporation rates, respectively (the highest evaporation is also for the uncovered surface). The experimental findings demonstrate that surface flows with appropriate rates can effectively enhance evaporation suppression efficiency of floating elements. Comparison of the modeling results with experimental outputs highlights application of the physically-based energy balance model in estimating surface evaporation for covered and uncovered water surfaces with and without surface flow conditions.
    Keywords: Surface water evaporation, Surface flows, Floating balls, Optimal flow rate, Energy balance
  • Amir Honaryar, Mahmoud Ghiasi * Pages 181-190
    An autonomous underwater vehicle designed and manufactured with fish-like hull shape in order to subsea pipeline and cable inspection. The behavior of the vehicle is analysed hydrodynamically. Not only does having high hydrodynamic stability decrease energy consumption because of high course keeping ability, but also it facilitates dynamic behavior control of robot regarding the disturbances like marine currents in water. Roll dynamic instability would be an adverse phenomenon for underwater vehicles results in deviation from the main path. After mentioning governing motion equations of vehicle, hydrodynamic moment acting on the body has been computed numerically using computational fluid dynamics. The robot is assumed to be a solid body and the flow passing over it is considered steady and incompressible. Having extracted relationship between moment and flow angular velocity, the linear hydrodynamic coefficient needed for stability analysis is estimated. Using this damping coefficient, roll dynamic stability of the robot has been evaluated. To ensure accuracy of numerical results, computations are compared with axisymmetric body designed and manufactured in Ship Hydrodynamic Department of David Taylor Research Center; Comparisons show firmly good agreement with experiments. Results reveal that roll dynamic stability of proposed hull shape with triangular cross section is 10 times as great as that of conventional axisymmetric body with circular cross section.
    Keywords: Autonomous underwater vehicle, roll dynamic stability, CFD, hydrodynamic damping coefficient