فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و دوم شماره 11 (بهمن 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/11/18
  • تعداد عناوین: 20
|
  • هاشم وضوحی، ایرج میرزایی*، نادر پورمحمود حصار، مجید عباس علیزاده صفحات 1-10
    در مطالعه حاضر به بررسی و شبیه سازی وضعیت موجود توزیع هوای سرد در سالن یک مرکز ماکروویو پرداخته شده و روش جدیدی برای بهبود وضعیت دمای سالن پیشنهاد شده است. در ابتدا، سالن با چینش حاضر به کمک روش دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شده و با استفاده از داده های تجربی اندازه گیری شده توسط حس گرهای به کار رفته در خروجی رک ها اعتبارسنجی شده است. مقایسه نتایج شبیه سازی و داده های تجربی موجود نشان دهنده تطابق بسیار خوبی بین این داده ها می باشد. اندازه گیری دما با خطای کمتر از 1 درجه نشان دهنده انتخاب صحیح روش حل عددی در مطالعه حاضر است. در روش حل دینامیک سیالات محاسباتی، تاثیر نحوه قرارگیری رک ها با تغییر چینش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با جابه جایی رک ها می توان به حالات بهتر خنک کاری دست یافت. در مرحله پایانی با استفاده از خروجی های حل دینامیک سیالات محاسباتی و استفاده از شبکه عصبی بهترین چینش رک ها پیشنهاد گردیده است. بر اساس شبیه سازی عددی انجام شده کمترین و بیشترین شاخص گرمای تولیدی به ترتیب، 456/0 و 631/0 بدست می آید و با توجه به تعریف شاخص گرمای تولیدی هر چه این مقدار کمتر باشد نشان دهنده راندمان سرمایشی بالاتر آن چینش می باشد. چینش بهینه از نتایج شبیه سازی حاصل گردیده است. میانگین دمای دیواره رک ها در بهینه سازی به کار گرفته شده است. میانگین دمای رک های چینش بهینه به دست آمده از شبکه عصبی برابر با 9/21 سانتیگراد می باشد که به میزان 7/0 درجه سانتی گراد نسبت به بهترین حالت شبیه سازی کمتر است.
    کلیدواژگان: سرمایش، بهینه سازی، رک، شبکه عصبی، دینامیک سیالات محاسباتی
  • ابوالفضل عبدالهی فر*، سید محمدحسین کریمیان صفحات 11-20

    در این پژوهش عملکرد آیرودینامیکی توربین بادی محور عمودی از نوع داریوس پره مستقیم به عنوان جایگزین رم-ایرهای متداول مورد استفاده در هواپیما بررسی شده است. فاصله ی کمتر این توربین ها از بدنه ی هواپیما باعث کاهش طول بازوی گشتاور نیروی پسا و حفظ تعادل هواپیما می شود. همچنین توربین های محور عمودی در نسبت سرعت نوک پره ی پایین تر نسبت به نوع محور افقی توان بیشینه ی خود را تولید می کنند؛ این مورد نیز باعث کاهش احتمال ایجاد پدیده شوک در رم-ایرها می شود. برای ارزیابی عملکرد توربین پیشنهادی، از اطلاعات موجود درباره ی رم-ایر ایرباس a320 استفاده شده و ابعاد توربین پیشنهادی مشابه ابعاد این رم-ایر انتخاب شده است. توان متوسط تولیدی و نیروی پسای متوسط برای توربین پیشنهادی به کمک شبیه سازی سه بعدی محاسبه شده و مقادیر آن با رم-ایر a320 مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد توربین پیشنهادی به همراه جایگذاری صفحات دیسک نازک و کوچک در دو انتهای پره، توان متوسط نزدیک به رم-ایر a320 و 19/3 درصد نیروی پسای کمتری نسبت به آن تولید می کند. همچنین عملکرد توربین پیشنهادی هنگامی که از زاویه سمت 30- تا 30+ درجه در داخل بدنه ی هواپیما قرار گیرد نیز مورد بررسی قرار گرفت؛ این مورد گرچه منجر به افت توان در اثر جدایش لبه ی انحنا شد اما باعث کاهش محسوس بیرون زدگی توربین از بدنه ی هواپیما گردید. در مجموع عملکرد توربین پیشنهادی نشان دهنده ی پتانسیل قابل توجه آن به عنوان جایگزین رم-ایرهای متداول است.

    کلیدواژگان: توربین های رم-ایر، توربین بادی داریوس، پره مستقیم، شبیه سازی عددی
  • احمد شرفی*، متین آل هوز صفحات 21-30
    در این تحقیق، اثر دمش جانبی ثابت بر روی ضرایب آیرودینامیکی یک مدل بال هواپیمای جنگنده مانور پذیر، با استفاده از نرم افزار فلوینت به صورت سه بعدی شبیه سازی شده و مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی ها در عدد ماخ 0.4 و در زوایای حمله مختلف با استفاده از شبکه بی سازمان و مدل آشفتگیk-w sst انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان داد که دمش جانبی و به موازات لبه حمله بال، باعث ایجاد جریان در امتداد محور گردابه لبه حمله می شود و فروپاشی گردابه را تا زوایای حمله بالا به تعویق می اندازد. درنتیجه مقدار ضریب برآ در زوایای حمله بالاتر افزایش می یابد که این افزایش، با مقدار ضریب دمش رابطه مستقیم دارد. با اعمال دمش، به دلیل فروپاشی گردابه بر روی سطح بال، ضریب پسا افزایش بیشتری نسبت به حالت بدون دمش تا زاویه حمله 24 درجه دارد و پس از این زاویه، مقدار ضریب پسا نسبت به حالت بدون دمش کاهش می یابد. بنابراین در ضرایب دمش بیشتر، ضریب پسا کمتر کاهش می یابد. با تزریق جریان بر روی بال، گردابه موجود در مقاطع طولی مختلف قوی تر شده و افت فشار بیشتری بر روی سطح بالایی بال ایجاد می کند. همچنین بیشترین مقدارافت فشار در دهانه داخلی بال و در نزدیکی لبه حمله بال مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: جنگنده مانور پذیر، دمش جانبی، ضرایب آیرودینامیکی، شبیه سازی عددی، جدایش جریان
  • نعمت الله فولادی*، اسماعیل محمدی، علی مددی صفحات 31-40

    غالبا جهت تست زمینی موتورهای مورد استفاده در فضا از سکوی شبیه ساز ارتفاع استفاده می شود. این سکو مجهز به یک دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت است. جریان گازهای احتراقی خروجی از موتور به طور خودکار از طریق دیفیوزر به محیط اتمسفر تخلیه شده و فشار پایین مطلوب در اطراف موتور برقرار می شود. در صورتی که فشار موتور از حدی پایین تر باشد، جریان مافوق صوت در دیفیوزر برقرار نمی شود. در این حالت نیاز است از اجکتور کمکی در انتهای دیفیوزر استفاده شود. در تحقیق حاضر، الگوریتم جدیدی در طراحی اجکتور مافوق صوت توسعه داده شده است. برخلاف روش های رایج، الگوریتم مزبور قابلیت استفاده از سیال اولیه (ورودی از نازل اجکتور) و سیال ثانویه (خروجی از انتهای دیفیوزر) مختلف را دارد. در طراحی اجکتور، پارامترهای اصلی توسط الگوریتم تعیین می شوند؛ در حالیکه پارامترهای فرعی از نتایج تست تجربی مراجع معتبر و یا شبیه سازی عددی انتخاب می شوند. در الگوریتم طراحی، حاشیه اطمینان لازم برای کارکرد مطلوب اجکتور پیش بینی شده است که توسط شبیه سازی عددی جریان به دست می آید. همچنین از شبیه سازی عددی جریان برای تایید روش طراحی استفاده می شود. در انتها با استفاده از الگوریتم ارایه شده، یک اجکتور برای کم کردن فشار استارت یک مجموعه موتور-دیفیوزر مافوق صوت، طراحی شده است. شبیه سازی یکپارچه دیفیوزر-اجکتور برای دو حالت موتور خاموش و موتور روشن انجام شده و مناسب بودن طراحی انجام شده برای اجکتور در هر دو حالت مورد تایید قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: شبیه ساز ارتفاع، اجکتور سیال ثانویه، دیفیوزر مافوق صوت، الگوریتم طراحی، شبیه سازی عددی
  • امین امامیان، محمود نوروزی*، حسین عبدل نژاد صفحات 41-50
    بررسی جریان های دو فازی به خصوص بررسی های مربوط به حرکت قطرات یک سیال در سیالی دیگر دارای کاربرد گسترده ای از جمله در صنایع نفت و گاز، صنایع پزشکی و داروسازی، استخراج فلزات، نیروگاه ها و مبدلهای حرارتی دارد. در مقاله حاضر، دینامیک یک قطره نیوتنی در حال سقوط در رژیم آرام مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور ایجاد جریان لختی از ویسکوزیته 340 سانتی پویز برای سیال بیرون استفاده شده است. در بخش آزمایشگاهی، از آب یون زدایی شده (دیونیزه) و گلیسیرین با نسبت های حجمی 79:21 و 83:17 به عنوان فاز قطره استفاده شده است. با افزایش حجم قطره و به تبع آن افزایش نیروی لختی، شکل قطره در حال سقوط در فاز نیوتنی از حالت کروی خارج می شود و حفره ای در قسمت انتهایی آن ایجاد می شود. نیروهای لختی، کشش سطحی و تنش های هیدرودینامیکی بیشترین تاثیر را روی شکل قطره در حال سقوط دارند. با افزایش حجم قطره نیوتنی در حال سقوط، حفره انتهای قطره رشد کرده و در نتیجه نیروی درگ آن افزایش و به تبع آن سرعت حد قطره کاهش پیدا می کند. طبق مشاهدات آزمایشگاهی، تغییرات نسبت لزجت روی شکل قطرات تاثیر چندانی ندارد و افزایش عدد رینولدز باعث کاهش ضریب فشار قطره می شود. همچنین نشان داده می شود که نتایج آزمایشگاهی با نتایج تحلیلی مطابقت خوبی دارند.
    کلیدواژگان: دینامیک قطره، عدد رینولدز، سرعت حد، نیروی درگ
  • امین جابری*، مهران تاج فر صفحات 51-60
    در این پژوهش، فیزیک جریان جت های مایع دو بعدی تزریق شده به درون جریان هوای ساکن به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. از سه انژکتور با ضخامت 0.35 میلیمتر و با ضرایب منظری 30، 60 و 90 برای ایجاد جریان مایع دو بعدی بهره گرفته شده است. آزمایش ها در بازه گسترده ای از دبی حجمی، بین 10 تا 120 لیتر بر ثانیه انجام شده و تصویربرداری سرعت بالا برای آشکارسازی و ثبت ساختار لحظه ای جریان مایع دو بعدی استفاده شده است. به کمک تصاویر آشکارسازی، رفتار جریان جت دو بعدی در رژیم های مختلف شناسایی و برای اولین بار در چهار گروه دسته بندی شده است. این چهار گروه شامل رژیم قطره چکان، رژیم ستونی، رژیم مثلثی و رژیم حفره ای می شود. همچنین پارامترهای مختلف صفحه جت مایع دو بعدی همچون زاویه همگرایی جت، طول همگرایی جت، سرعت عقب نشینی صفحه مایع و طول شکست جت اندازه گیری شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که طول همگرایی جت با افزایش ضریب منظری جت افزایش پیدا می کند. همچنین دیده شد که زاویه همگرایی و سرعت عقب نشینی جت مستقل از ضریب منظری جت است و برای همه انژکتورها رفتار یکسانی دارد. براساس نتایج تجربی به دست آمده، روابط تجربی برای پارامترهای مختلف جریان ارایه شده است.
    کلیدواژگان: پاشش سوخت، جت دو بعدی، شکست جت مایع، تزریق مایع
  • سید محمد نادری، قاسم حیدری نژاد*، محمد صفرزاده صفحات 61-70
    با توجه به نقش تعیین کننده ی زاویه ی پیوند در کارایی فیستول برای دیالیز، پیوندهای منفرجه با زوایای 90، 120، 135 و 145 طراحی و شبیه سازی شده و نتایج از نقطه نظر الگوهای جریان در محل پیوند و تنش برشی در دیواره ی فیستول مورد ارزیابی قرار گرفتند. در این پژوهش، جهت مقایسه ی نتایج در فیستول از دو مدل خون نیوتونی و غیرنیوتونی با مدل کاریو استفاده شده و در دبی بیشینه و متوسط از منحنی ضربانی خون (به ترتیب در دبی جریان در زمان 2/0 ثانیه و 4/0 ثانیه) مدل-سازی شدند. در زاویه ی 90 درجه، ابعاد گردابه های تشکیل شده، به علت جدایش جریان در هنگام عبور از محل پیوند، به طور محسوسی بزرگ تر از زوایای منفرجه می-باشند و درنتیجه احتمال گرفتگی در محل جریان به شدت افزایش می یابد. بنابراین از نقطه نظر الگوی جریان، زاویه ی 90 درجه پیوند مناسبی برای ایجاد فیستول نمی باشد. در زوایای منفرجه ابعاد این گردابه‏ها بسیار کوچکتر می شوند و در این صورت زوایای منفرجه انتخاب بهتری محسوب می شوند. از نقطه نظر تنش برشی بیشینه، پیوند با زوایای منفرجه نسبت به پیوند با زاویه ی 90 درجه، مقادیر تنش برشی بیشینه ی کم تری دارند. محدوده ی درگیر در تنش برشی بیشینه در پیوند با زاویه ی 90 درجه بسیار بزرگتر از محدوده ی پیوند با زوایای منفرجه می باشد. بنابراین احتمال بروز ترومبوز (عامل اصلی شکست فیستول) در آن بسیار بیشتر است. در این شبیه‏سازی نتایج مربوط به مدل های نیوتونی و غیر نیوتونی بسیار به هم نزدیک بوده و مدل غیر نیوتونی، مقادیر تنش برشی را کمی بیشتر پیش بینی کرده است.
    کلیدواژگان: همودیالیز، زاویهی فیستول منفرجه، ترمبوز، آتروسکلروز، تنشبرشی
  • علی مهرابی، علیرضا داوری* صفحات 71-80
    در این مطالعه از یک دستگاه آزمایشگاهی چند منظوره ساخته شده به همراه یک بدنه مدل با ملخ های پشت سرهم برای انجام تعدادی از آزمایش ها به منظور درک دقیق رفتار جریان درون ریز و فرو وزش این ملخ ها استفاده شد. نتایج بدست آمده نشان دادند که برای یک ملخ تنها، جریان درون ریز در نواحی به غیر از نوک و سه پنجم میانی طول ملخ، نزولی است. با استفاده از داده های حاصل از آزمایش ها، یک الگوی تقریبی از جریان درون ریز و فرو وزش ملخ مورد آزمایش ارایه شد. نتایج نشان دادند که در پیکره بندی ملخ های پشت سرهم، انتشار نوسانات و همچنین اغتشاشات ناشی از جریان های حلقوی لبه فرار پره های ملخ جلویی بر جریان درون ریز ملخ عقبی تاثیر گذاشته و باعث تغییر رفتار آن نسبت به یک ملخ تنها می شود. مشاهده شد که با لحاظ نمودن اثرات بدنه، نوسانات حقیقی و پدیده های غیر دایم روی داده در تحقیق حاضر، نتایج بدست آمده واقعی تر بودند. تجربیات این پژوهش نشان دادند که مقادیر سرعت فرووزش در زیر نواحی غیر مرکزی ملخ بیشتر از مقدار سرعت درون ریز آنها هستند ولی تقریبا در تمام نقاط طول ملخ، این مقادیر کمتر از 2 برابر هستند. بنابر این رابطه استخراج شده از تیوری اندازه حرکت در مورد ارتباط جریان درون ریز و فرو وزش ملخ های کوچک این آزمایش ها صدق نکرد. بنابر این با توجه به تفاوت پدیده های حاکم برملخ پهپادهای عمودپرواز با ملخ های مرسوم بالگردها نیاز است تا در پیش بینی عملکرد و طراحی این نوع وسایل پرنده، به این تفاوت ها و تغییر رفتارها توجه شود.
    کلیدواژگان: جریان درون ریز، فرو وزش، سامانه آزمایشگاهی، ملخ های پشت سرهم، پهپاد عمودپرواز
  • محمد تقیلو*، سجاد زارعی صفحات 81-90
    در این مقاله، شرایط همگرایی و همسازی ترمودینامیکی مدل کوپراشتاخ به منظور شبیه سازی یک قطره ی دو بعدی، بررسی شده است. برای انجام این کار، منحنی همزیستی دو فاز مایع و گاز با توجه به پارامترهای مربوط به تابع پتانسیل و ضریب وزنی نیروهای بین مولکولی، به چهار سطح تقسیم گردید. بر این اساس، محدوده ای برای ثابت تابع پتانسیل، k در هر سطح گزارش شد. این محدوده برای سطح یک با کمترین نسبت چگالی، در بازه ی 0.05= kmin تا 0.22= kmax و برای سطح چهار با بیشترین نسبت چگالی، در بازه ی 0.002= kmin تا 0.01= kmax قرار می گیرد. همچنین ضریب وزنی مناسب برای نیروهای بین مولکولی، Afit به منظور ایجاد همسازی ترمودینامیکی در سطوح یک تا چهار به ترتیب به صورت 0.25، 0.025، 0.082- و 0.125-به دست آمد. علاوه بر آن تاثیر ضریب وزنی نیرو در مقدار و جهت نیرو در فصل مشترک دو فاز بررسی شد. نتایج نشان می دهد که انتخاب مقدار 0.5=A سبب ایجاد نیروی متقارن و 0.0=A سبب ایجاد نیروی نامتقارن در فصل مشترک می شود. به عبارت دیگر، ترکیب دو نیروی متقارن و غیر متقارن، شرایط را برای کاهش سرعت های مجازی و افزایش شرایط پایداری، فراهم می کند. در انتها نیز مسئله بقاء جرم در چهار سطح مختلف از نسبت چگالی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که مدل کوپراشتاخ در کنترل جرم قطره در نسبت چگالی های بزرگ رفتار مناسب تری دارد. به طوریکه تغییر جرم قطره در سطح یک تا بیش از 20 درصد و در سطح چهار کمتر از یک درصد گزارش شده است.
    کلیدواژگان: روش بولتزمن شبکه ای، مدل پتانسیل ساختگی، منحنی همزیستی دو فاز، نیروهای بین مولکولی
  • مهران پارسایی، محمد سفید، علی اکبر دهقان*، آزاده جعفری، احسان ایزدپناه صفحات 91-100

    هدف پژوهش حاضر شبیه سازی جریان چندلایه از نوع هسته- حلقه درون یک کانال دوبعدی است که در آن سیال نیوتنی در هسته قرار گرفته و بوسیله سیال ویسکوپلاستیک از نوع نظم یافته بینگهام به عنوان روانکار احاطه شده است. این شبیه سازی بر اساس تکنیک حجم سیال انجام گرفته، و در نواحی اختلاط دو سیال، تنش از درونیابی هارمونیک به دست آمده است. معادلات جریان و غلظت، به روش المان طیفی گسسته سازی مکانی شده اند. طرح تصحیح سرعت، به عنوان یک الگوریتم مرتبه بالا، برای جدا سازی متغیرهای سرعت و فشار برای جریان دو فاز با روان کار ویسکوپلاستیک توسعه، داده شده است. اعمال فرضیات جریان توسعه یافته، منجر به معادله غیر خطی در ناحیه پلاستیک جریان می شود که به صورت عددی حل شده و به عنوان حل نیمه تحلیلی شناخته می شود. این حل برای اعتبار سنجی نتایج المان طیفی، در کنار کارهای گذشته، استفاده شده است. اثر پارامترهای اصلی جریان، یعنی عدد بینگهام، نسبت لزجت دو سیال و ضخامت هسته، بر افت فشار و ضخامت ناحیه تسلیم نشده مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که در عدد رینولدز ثابت، عدد بینگهام نسبت به ضخامت هسته و نسبت لزجت دو سیال، تاثیر بیشتری بر افت فشار و ضخامت ناحیه تسلیم نشده دارد. همچنین توزیع متغیرهای ثانویه، شامل لزجت ظاهری و تنش برشی، در مقطع کانال ارایه شده و نشان می دهد وجود اختلاط در مرز دو سیال در عدد پکله محدود، باعث تفاوت بین حل عددی و نیمه تحلیلی می گردد.

    کلیدواژگان: روش المان طیفی، جریان هسته- حلقه، کانال دوبعدی، روانکار ویسکوپلاستیک، حل نیمه تحلیلی
  • محسن سروشان، حمید پرهیزکار*، جاماسب پیرکندی صفحات 101-110

    آنتروپی به عنوان یک پارامتر کلیدی، محدودیت تیوری عملکرد و کیفیت بسیاری از کاربردهای مهندسی را فراهم آورده است. در این پژوهش تحلیل سه بعدی تولید آنتروپی، تولید آنتروپی محلی و اگزرژی تخریبی پره استاتور توربین به کمک کدنویسی udf صورت گرفته است. نوآوری کار حاضر محاسبه ی نرخ اگزرژی تخریبی پره سه بعدی توربین به کمک نرم افزار فلوینت است. برای پیش بینی مناسب چسبندگی موثر و هدایت حرارتی موثر از مدل k-ω (SST) و اسپالارت آلماراس استفاده شده است. به علت حساسیت به انحنای نوک پره و جریانات ویک، مدل k-ω (SST) مقدار متوسط مقدار تولید آنتروپی روی خط مرجع حدود 85 درصد بیشتر نسبت به مدل اسپالارت آلماراس بدست آورده است. آنتروپی تولیدی محلی با توجه به مقیاس صورت گرفته از ریشه تا نوک پره (به دلیل انحنای پره) افزایش یافته است. اختلاف مقادیر تولید آنتروپی محلی با قانون دوم ترمودینامیک برای مدل های k-ω (SST) و اسپالارت آلماراس به ترتیب 7/4 و 2/10 درصد است. ضرایب توربولانس تقریبی به کمک تابع کاربری ساده در نرم افزار فلوینت کدنویسی شده که باعث افزایش تولید آنتروپی محلی حدود 130 درصد بر روی خط مرجع شده است. مدل k-ω (SST) مقدار اگزرژی تخریبی یک طبقه توربین را (طبق قضیه گویا-استودلا) 1098 کیلو وات محاسبه کرده که به علت مقیاس درنظر گرفته شده 4 برابر حالت دو بعدی است. مقادیر تولید آنتروپی محلی محاسبه شده در مقایسه با پره ی استاتور توربین مقاله معتبر اعتبارسنجی شده است که تطابق قابل قبولی دارد.

    کلیدواژگان: پره استاتور توربین آزمایشگاهی، تولید آنتروپی محلی، قانون دوم ترمودینامیک، اگزرژی تخریبی، شبیه سازی عددی سه بعدی
  • عباس عباسی*، حسین تمیم، ناصر فتورائی صفحات 111-120
    لیپوپروتیین های کم چگال (ال دی ال)، که به عنوان کلسترول بد شناخته می شوند، عامل اصلی شکل گیری عارضه تصلب شرایین به حساب می آیند. تجمع غیرطبیعی ال دی ال در دیواره شریان و در نتیجه تشکیل اکسید ال دی ال می تواند منجر به تصلب شریان گردد. از این رو در تحقیق حاضر، لایه مرزی غلظت ال دی ال در مجرای شریانی مستقیم به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم شامل معادلات پیوستگی، بقای مومنتوم و انتقال جرم ذرات ال دی ال در خون با استفاده از یکی از قدرتمندترین تکنیک های دینامیک سیالات محاسباتی موسوم به روش تصویر تحت شرایط مرزی مناسب حل گردیده است. نتایج در قالب پروفیل ها و کانتورهای غلظت ال دی ال، سرعت خون و تنش برشی دیواره شریان با جزییات به دست آمده و همخوانی خوبی با نتایج عددی و تحلیلی مطالعات پیشین دارد. تاثیر عواملی نظیر سرعت فیلتراسیون و تنش برشی دیواره بر غلظت سطحی ال دی ال و همچنین ضخامت لایه مرزی غلظت ال دی ال مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد افزایش سرعت مکش دیواره شریان (فشار خون بالا) و کاهش تنش برشی دیواره موجب افرایش غلظت سطحی ال دی ال می گردد. افزایش عدد رینولدز و عدد اشمیت جریان خون موجب کاهش ضخامت لایه مرزی شده و افزایش متوسط 7 درصدی در غلظت سطحی ال دی ال نسبت مقدار آن در جریان آزاد مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: روش تصویر، دینامیک سیالات محاسباتی، انتقال لیپوپروتئین های کم چگال، دیواره شریان، تنش برشی دیواره
  • سید امیرمسعود صالحی زاده، علیرضا شفیعی* صفحات 121-130

    در مطالعه حاضر، یک مدل عددی کوپل برای مسایل گذرای اندرکنش سیال - سازه الاستیک برپایه روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) پیشنهاد شده است. فرایند کوپل بین یک مدل سیال هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم ناپذیر (ISPH) و مدل سازه کاملا لاگرانژی صورت میگیرد. در روش ISPH، با توجه به اهمیت توزیع مناسب ذرات برای شبیه سازی دقیق و پایدار و تولید یک میدان فشار بدون اغتشاش، یک الگوریتم جدید برای انتقال ذرات جهت منظم سازی توزیع ذرات توسعه داده شده است. با توجه به ناکامل بودن دامنه پوشش کرنلی در سطح آزاد و خطاهای موجود در روش انتقال ذرات سنتی، این الگوریتم به عنوان یک راه حل مناسب برای مرزهای ناپیوسته همچون سطح آزاد، بدون نیاز به تنظیم پارامتر جدید، قادر به ایجاد بهینه توزیع ذرات می باشد. عملکرد مدل سازه کاملا لاگرانژی با استفاده از شبیه سازی یک مسئله دینامیکی مورد ارزیابی قرار گرفت. قابلیت مدل پیشنهادی با شبیه سازی چند نمونه از مسایل کاربردی در اندرکنش سیال- سازه بررسی شد و نتایج حاصل با نتایج تحلیلی ، آزمایشگاهی و نتایج عددی مقایسه شد. تطابق نتایج ارایه شده در مطالعه حاضر با داده های دیگر محققان، توانایی این مدل پیشنهادی را در شبیه سازی پدیده اندرکنش سیال- سازه نشان می دهد.

    کلیدواژگان: روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم ناپذیر، اندرکنش سیال - سازه، مدل سازه کاملا لاگرانژی، طرح منظم سازی توزیع ذرات
  • سید حمیدرضا سادات پور، علی مددی* صفحات 131-140

    دهانه ورودی به بخشی از هواپیما گفته می شود که وظیفه تامین هوای موتور به صورت یکنواخت و با حداقل افت فشار کل را عهده دار است. امروزه با توجه به کاربردهای فراوان دهانه های ورودی S-شکل، بهینه سازی این دهانه ها موردتوجه قرار گرفته است. این مسئله ازآن جهت اهمیت دارد که توزیع یکنواخت جریان در ورودی کمپرسور، تاثیر مستقیم بر عملکرد موتور داشته و عدم یکنواختی جریان در ورودی احتمال سرج کمپرسور را افزایش می دهد. از طرف دیگر جدایش در طول دهانه جریان موجب کاهش بازیابی فشار و در نتیجه کاهش نیروی پیشرانش موتور می شود. در این مقاله یک مجرای S-شکل باهدف کاهش افت فشار کل و کاهش اعوجاج جریان بهینه سازی شده است. به منظور بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی کوپل شده اند تا اهداف موردنظر در کوتاه ترین زمان ممکن حاصل شوند. در این مقاله دو بهینه سازی با شرایط مختلف انجام شده است. در بهینه سازی اول، با تغییر مختصات خط مرکزی و نسبت مساحت مقاطع، هندسه های جدید تولیدشده است. تجزیه وتحلیل انجام شده در بهینه سازی اول موجب بهبود %5/32 ضریب بازیابی فشار و کاهش %8/35 اعوجاج شده است. در بهینه سازی دوم علاوه بر مختصات خط مرکزی و نسبت مساحت مقاطع، طول دهانه نیز کاهش یافته است. کاهش طول دهانه از طرفی موجب کاهش وزن وسیله پرنده شده و از طرف دیگر فضای مفید داخل بدنه را افزایش می یابد. این بهینه سازی بهبود %96/35 ضریب بازیابی فشار، کاهش %4/39 اعوجاج و کاهش %25 طول دهانه را به همراه داشته است. دلیل اصلی این میزان بهبود، کاهش اصطکاک دیواره ها ناشی از کاهش طول مجرا می باشد.

    کلیدواژگان: دهانه ورودی، الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبی، یکنواختی جریان، بازیابی فشار
  • رضا کاوه، محمد سفید*، محسن مظفری شمسی صفحات 141-150
    در مطالعه حاضر اختلاط دو سیال با لزجت های متفاوت در یک میکرو کانال مجهز به پره نوسانی منحنی شکل به روش شبکه بولتزمن با زمان آسایش چندگانه شبیه سازی شده و اثرات شکل هندسی، سرعت و دامنه نوسان پره منحنی شکل و نسبت لگاریتمی لزجت بر بازده اختلاط بررسی شده است. اکثر مطالعات صورت گرفته، به بررسی اختلاط دو سیال کاملا یکسان پرداخته اند درصورتی که اختلاط زمانی مفهوم پیدا می کند که خواص دو سیال مخلوط شونده متفاوت باشد. همچنین در مطالعات صورت گرفته در زمینه اختلاط، پره در میکرو کانال به شکل استوانه و یا مستطیل در نظر گرفته شده است. در این تحقیق برای اولین بار از پره منحنی شکل جهت اختلاط دو سیال با لزجت متفاوت استفاده شده است. شبیه سازی در عدد رینولدز 80، عدد اشمیت 10 انجام شده و برای پره منحنی از شکل ایرفویل NASA/LANGLEY LS(1)-0417 (GA(W)-1) استفاده شده است. در بررسی اثر شکل هندسی، نتایج نشان داد که بازده اختلاط دو سیال با لزجت یکسان و متفاوت، در میکرو کانال مجهز به پره منحنی شکل بالاتر از میکرو کانال مجهز به پره مستطیل شکل است. نتایج بررسی اثر سرعت و دامنه نوسان پره بر بازده نیز نشان داد که در دامنه های نوسان بررسی شده با افزایش عدد استروهال، بازده نیز افزایش می یابد و بازده اختلاط در دامنه نوسان 5/0 در تمام اعداد استروهال بررسی شده یک مقدار بهینه را دارد. همچنین با افزایش نسبت لگاریتمی لزجت در اعداد استروهال بررسی شده، بازده کاهش می یابد و این کاهش در اعداد استروهال بالا قابل ملاحظه است.
    کلیدواژگان: اختلاط، میکرو کانال، لزجت متفاوت، روش شبکه بولتزمن با زمان آسایش چندگانه، پره منحنی شکل نوسانی
  • سید مسعود سیدی*، مهدی هاشمی تیله نویی، عبدالستار دوگونچی صفحات 151-160

    امروزه مدارهای جابجایی طبیعی در سیستمهای صنعتی مختلفی مانند سیستم های گرمایش خورشیدی، راکتورهای هسته ای، سیستم های زمین گرمایی، خنک سازی قطعات الکترونیکی و غیره کاربرد دارند. در یک مدار جابه جایی طبیعی، سیال عامل گرمای گرفته شده از منبع گرم (هیتر) را به منبع سرد (کولر) تحویل می دهد. هدف اصلی این مقاله، بررسی اثرات جهت قرارگیری هیتر و کولر بر دبی جرمی مدار و توزیع دما در مدار جابه جایی طبیعی می باشد زیرا دبی جرمی مدار جابه جایی طبیعی رابطه مستقیمی با میزان انتقال حرارت دارد. برای رسیدن به این هدف، معادلات حاکم بر مدار جابه جایی طبیعی به صورت بدون بعد نوشته می شوند. نانو سیال آب - مس به عنوان سیال عامل در نظر گرفته شده و تاثیر درصد نانو ذرات بر دبی جرمی بررسی می گردد. همچنین، اثرات دیگر پارامترها مانند قطر لوله ، ارتفاع مدار، زاویه شیب مدار نسبت به قایم، و توان هیتر بر روی نرخ دبی جرمی مدار و توزیع دما در مدار بررسی می گردند. نتایج نشان می دهد که افزایش قطر لوله های مدار، درصد نانو ذره و توان هیتر باعث افزایش نرخ دبی جرمی می گردند. اما با افزایش زاویه شیب مدار نسبت به قایم، نرخ دبی جرمی کاهش می یابد. نرخ دبی جرمی با افزایش ارتفاع ممکن است کاهش یا افزایش یابد که بستگی به جهت قرارگیری هیتر و کولر دارد. در یک توان ثابت هیتر، افزایش دمای نانو سیال در هیتر در حالتی که هیتر و کولر هر دو در حالت عمودی قرار می گیرند، نسبت به بقیه حالت های قرارگیری هیتر وکولر بسیار بیشتر است.

    کلیدواژگان: مدار جابه جایی مینیاتوری، نرخ دبی جرمی، هیتر و کولر، نانو سیال
  • حبیب کلاهدوز، محمدحسن کیهانی، محسن نظری*، رضا ابراهیمی صفحات 161-170

    نحوه انتشار و شکل جبهه شعله پیش آمیخته استوکیومتری متان-هوا در یک محفظه بسته با ابعاد cm50×11×8 و اثر مانع متخلخل با درصد تخلخل 95 با 20 حفره در اینچ مربع در مسیر جریان، مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. مطالعه رفتار شعله به کمک عکس برداری با دوربین سرعت بالا انجام شده که جهت عکس برداری یک وجه محفظه با ابعادcm 8×50 از جنس پلکسی گلس شفاف ساخته شده است. تغییرات فشار داخل محفظه به کمک سنسور و مبدل فشار که در بالای محفظه نصب شده ثبت می گردد. نتایج برای محفظه بدون مانع فرآیند تشکیل شعله گل لاله کلاسیک در داخل محفظه بسته را به درستی نمایش می دهد. دامنه تغییرات فشار و محل تشکیل شعله گل لاله نیز با نمونه کارهای مرجع انطباق داشته و معتبرسازی شده است. موقعیت مکانی مانع متخلخل برای چهار فاصله مختلف cm 5، cm 10، cm 15 و cm 20 از محل جرقه مورد آزمایش قرار گرفته است. در محفظه بدون مانع شعله گل لاله در موقعیت مکانی cm 25 از محل جرقه و فاصله زمانی 50 میلی ثانیه از زمان تولید جرقه ایجاد شده است. نتایج برای چهار حالت با حضور مانع متخلخل نشان می دهد که آشفتگی ایجاد شده در میدان جریان می تواند موقعیت مکانی تشکیل شعله گل لاله و همچنین زمان تشکیل آن را جابجا کند. برای فاصله cm 20 مانع متخلخل از محل جرقه، آشفتگی میدان جریان به میزان حداکثر خود در بین 4 فاصله مختلف مانع رسیده و جبهه شعله با تفاوت اساسی مشابه شعله گل لاله کلاسیک تشکیل می شود.

    کلیدواژگان: احتراق، مخلوط استوکیومتری متان-هوا، مانع متخلخل، محفظه بسته، شعله گل لاله
  • سید امید حقانی، ابراهیم براتی* صفحات 171-180
    طراحی یک سیستم تهویه اضطراری کارآمد یکی از راهکارهای اصلی مقابله با پدیده خطرناک آتش سوزی در تونل است. یکی از مهمترین پارامترها در مبحث کنترل دود، سرعت بحرانی تهویه می باشد. در کار حاضر پارامتری به نام دبی حجمی بحرانی معرفی می شود که بیانگر حداقل دبی حجمی می باشد که از برگشت دود به بالادست آتش جلوگیری می کند. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار اف دی اس آتش سوزی داخل تونل شبیه سازی شده و بررسی تاثیر مکان قرارگیری دمنده بر بیشینه دما، گسترش جریان دود و دبی حجمی بحرانی در آتش سوزی داخل تونل ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مکان قرارگیری دمنده تاثیر چشم گیری روی سرعت بحرانی و دبی حجمی بحرانی دارد. دبی حجمی بحرانی با قرارگرفتن سیستم دمنده در نیمه بالایی سطح مقطع نسبت به شرایطی که در کل مقطع تونل جریان یکنواخت ایجاد می کند، در نرخ های مختلف رهایش حرارت، حداقل 11 درصد کمتر است. همچنین به منظور بررسی دقیق تر، با ایجاد شرایط متنوع در سیستم دمنده، اثر ارتفاع منبع آتش نیز بر روی دبی حجمی بحرانی تحقیق شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش ارتفاع منبع آتش تاثیر چندانی بر روی دبی حجمی بحرانی و سرعت بحرانی نخواهد داشت. در بررسی فاصله طولی سیستم دمنده از منبع آتش نیز در شرایطی که برگشت جریان دود وجود دارد، نتایج نشان می دهد نزدیک شدن سیستم دمنده به منبع آتش منجر به کاهش طول جریان برگشتی دود و افزایش بیشینه دما خواهد شد.
    کلیدواژگان: مکان دمنده، آتش سوزی، دبی حجمی بحرانی، حداکثر دما
  • محمدرضا هاشمی نسب، محمدجعفر کرمانی*، سید سلمان نورآذر، محمدحسن خودسیانی صفحات 181-190

    در پژوهش حاضر تاثیر استوکیومتری آند،کاتد و دمای گازهای ورودی بر مدیریت آب و عملکرد پیل سوختی غشای پلیمری با استفاده از تکنیک طراحی آزمایش و عکس برداری مستقیم موردمطالعه قرارگرفته است. به منظور مشاهده انباشت آب در کانال های جریان سمت کاتد، پیل سوختی غشای پلیمری با صفحات انتهایی شفاف در آزمایشگاه تحقیقاتی پیل سوختی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر طراحی و ساخته شده است. طراحی کلیه آزمایش ها با استفاده از روش رویه پاسخ و طرح مرکب مرکزی انجام پذیرفته است. در هر شرایط کارکردی، نمودارهای عملکردی برحسب زمان برای پیل ثبت و هم زمان از کانال های جریان سمت کاتد فیلم برداری گردیده است. در ادامه با استفاده از تکنیک پردازش تصویر دیجیتال، مساحتی از کانال ها که توسط توده های آب اشغال شده، اندازه گیری و ثبت شده است. پارامتر ضریب آب پوشانی که از تقسیم مساحت توده های آب انباشته شده در کانال های جریان به مساحت کانال ها حاصل می گردد به عنوان معیار مطالعه پدیده طغیان مورداستفاده قرارگرفته است. نتایج این مطالعه نشان می دهد افزایش استوکیومتری آند، کاتد و دمای گازهای ورودی سبب کاهش ضریب آب پوشانی می گردد. همچنین در مقادیر توان بهینه میزان ضریب آب پوشانی در محدوده 1/8 تا 4/3 قرار می گیرد. بررسی تاثیر شرایط کارکردی مختلف نشان می دهد که در مقادیر استوکیومتری کاتد بالا بایستی دمای گازهای ورودی و نرخ استوکیومتری آند در مقادیر پایین قرار گیرند. از طرفی مطالعه نحوه اثرگذاری دمای گازهای ورودی نشان می دهد که به هنگام استفاده از گازهای گرم، مقادیر استوکیومتری کم آند و کاتد سبب دستیابی به حداکثر توان می گردد.

    کلیدواژگان: پیل سوختی غشا پلیمری، مدیریت آب در پیل سوختی غشای پلیمری، طراحی آزمایش، روش رویه پاسخ، پردازش تصویر دیجیتال
  • محمد مهدی برزگری*، مصطفی حبیب نیا، محمد مومنی فر، مجتبی قدیمی، کمال محمدی صفحات 191-200

    مقاومت تماسی بین صفحات پیل سوختی تاثیر زیادی در بازدهی پیل های سوختی پلیمری دارد. هندسه صفحه انتهایی پیل سوختی پلیمری تاثیر قابل توجهی بر توزیع فشار تماسی روی مجموعه غشا و الکترود و میزان مقاومت تماسی بین صفحات دارد. در این پژوهش، به بررسی تاثیر هندسه صفحه انتهایی بر توزیع فشار تماسی روی مجموعه غشا و الکترود از طریق شبیه سازی اجزای محدود با استفاده از نرم افزار Abaqus پرداخته شد. همچنین، یک هندسه جدید برای صفحه انتهایی پیشنهاد و مورد بررسی قرار گرفته شد. نتایج بدست آمده از آن با نتایج صفحات انتهایی تخت مقایسه شد. در ادامه، پارامترهای هندسی صفحه انتهایی با انحنا با استفاده از شبیه سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته و اثر این پارامترها بر توزیع فشار تماسی روی مجموعه غشا و الکترود تحلیل گردید. در این شبیه سازی ها پیل سوختی به صورت سه بعدی مدلسازی شد. نتایج بدست آمده از شبیه سازی ها عملکرد مناسب صفحات انتهایی طراحی شده و توزیع یکنواخت فشار تماسی روی سطح فعال پیل سوختی را در مقایسه با صفحات انتهایی متداول مورد استفاده در پیل های سوختی نشان می دهد. در نهایت، یک پیل سوختی پلیمری تک سلی با مشخصات هندسی بدست آمده از شبیه سازی اجزای محدود ساخته شد و توزیع تنش تماسی بر روی غشا با استفاده از فیلم های اندازه گیری فشار شرکت فوجی فیلم با هدف صحه گذاری طراحی مورد بررسی قرار گرفت.

    کلیدواژگان: صفحه انتهایی منحنی شکل، توزیع فشار تماسی، غشا، فیلم اندازه گیری فشار
|
  • Hashem Vozouhi, Iraj Mirzaee *, Nader Pormahmod Hesar, Majid Abbasalizadeh Pages 1-10
    The present study investigates and simulates the status of cold air distribution in a microwave oven hall and proposes a new method to improve the room temperature. Initially, the present hall is simulated by computational fluid dynamics method and validated using empirical data measured by sensors used in rack output. Comparison of the simulation results and the available experimental data shows very good agreement between these data. Temperature measurement with error less than 1 degree indicates the correct choice of numerical solution method in the present study. In the computational fluid dynamics method, the effect of the arrangement of the racks was investigated by changing the arrangement. The results showed that by moving the racks, better cooling conditions can be achieved. In the final step, using the computational fluid dynamics solution and neural network is proposed the best arrangement of racks. Based on the numerical simulation, the lowest and highest supply heat index are 0.456 and 0.631, respectively, and the lower the heat index, the higher the cooling efficiency. The optimal alignment is obtained from the simulation results. The average wall temperature of the racks has been used in optimization. The average temperature of the optimum alignment rack obtained from the neural network is 21.9 ° C which is 0.7 ° C lower than the best simulation.
    Keywords: cooling, Optimizatio, Rack, neural networks, computational fluid dynamics
  • Abolfazl Abdolahifar *, S. M. Hossein Karimian Pages 11-20

    In present work, aerodynamic performance of a straight-blade Darrieus VAWT is examined in order to use instead of conventional ram air turbines of airplane. These turbines can operate closer to airplane fuselage and it leads them to have shorter torque arm for its drag force; therefore it makes more stability for the whole airplane. In addition VAWTs generally generate their maximum output power in lower TSRs in comparison to HAWTs; this case also can reduce the possibility of shock waves phenomena on the turbine blades. In order to evaluate performance of proposed turbine, the ram air turbine of Airbus a320 is selected and also its dimensions is chosen for proposed turbine. Average of output power and drag force of proposed turbine are computed using 3D simulation and their values are compared with the values of ram air turbine of a320. Results show that proposed turbine which has small and thin endplates, produces almost equal average of output power along with 19.3% less drag force in comparison to ram air turbine of a320. In addition performance of proposed turbine also investigated while it locates in the airplane body between its azimuth angles of -30° to +30°. Although this configuration reduces clearly turbine’s emergence; but it also reduces its output power due to separation in the curved edge. Overllay, performance of proposed turbine indicates its prominent potential to use instead of conventional ram air turbines.

    Keywords: Ram air turbines, Darrieus wind turbine, Straight blade, numerical simulation
  • Ahmad Sharafi *, Matin Al Havaz Pages 21-30
    In this study, the effect of steady spanwise blowing on the Aerodynamic Coefficients of a Maneuverable Aircraft Wing Model have been simulated in three dimensions and investigated applying the fluent software. The simulations have been performed at the Mach number of 0.4 and different angles of attack, using unstructured grid and the k-w sst turbulent model. Numerical simulation results showed that the spanwise blowing along the wing leading edge caused a flow along the axis of leading edge vortex and delayed the vortex breakdown until the high angles of attack. As a result, the lift coefficient increases at higher angles of attack, which is directly related to the jet momentum coefficient. By applying blowing, due to the vortex breakdown on the wing surface, drag coefficient is greater than no blowing condition until angle of attack 24 degree and after this angle, the drag coefficient decreases. Therefore, drag coefficient decrease lower at greater jet momentum coefficients. By injecting the flow on the wing, the vortex increases in the different longitudinal sections and causes a greater pressure drop on the upper surface of the wing. Also, the greatest amount of pressure in the inner span of the wing and near the edge of the wing attack is observed.
    Keywords: Maneuverable Aircraft, spanwise blowing, aerodynamic coefficients, numerical simulation, Flow separation
  • Nematollah Fouladi *, Esmail Mohammadi, Ali Madadi Pages 31-40

    Usually, ground testing of space engines is performed in high altitude test facility. The facility is equipped with a supersonic diffuser that expels automatically engine gases to the atmospheric pressure and maintains a vacuum pressure around its nozzle and motor. If the motor pressure is lower than a certain amount, the supersonic flow in the diffuser will not be established. In this situation, it is necessary to use auxiliary ejector at the end of the diffuser. In the present study, a new algorithm has been developed in the design of supersonic ejector. Unlike conventional methods, this algorithm can be used for different primary (input from the ejector nozzle) and secondary fluids (outlet from the diffuser end). In the design of the ejector, the main parameters are determined by the algorithm, while the secondary parameters are selected from the empirical test results of the proved references. In this algorithm, a safe margin is considered for the safe operation of the ejector and this margin is predicted by numerical simulation. Also, numerical simulation is used to validate the design method. Finally, using the proposed algorithm, an ejector is designed to reduce the start-up pressure of an engine-diffuser assembly. An integrated simulation of the diffuser-ejector was performed for both cases that rocket motor is off and on, and the appropriateness of the designed ejector was confirmed in both modes of operation

    Keywords: Altitude Simulator, Secondary Flow Ejector, Supersonic Diffuser, Design algorithm, numerical simulation
  • Amin Emamian, Mahmood Norouzi *, Hossein Abdolnejad Pages 41-50
    Two phases flows particularly motion droplets into a second fluid have variety of application in different industries including oil and gas industry, medicine and pharmaceutical, extraction of metals, power plants as well as heat exchangers. In this paper, dynamic of a Newtonian drop falling in laminar regime is studied. A fluid which its viscosity is 340 cP is used in order to produce an inertia flow. In experimental section, de-ionized water and glycerin solutions with volume concentrations of 21:79 and 17:83 are used for drop phase. By increasing the volume of drop that leads to rising the inertia force, the drop shape is changed from spherically and a dimple at the rear of drop is appeared. Inertial forces, surface tension and hydrodynamic tension play a significant role on drop shape. Increasing the drop volume causes expanding the dimple consequently drag force is enhanced and terminal velocity of drop is decreased as well. According to the experimental observations, variations of viscosity ratio does not have a profound effect on drop deformation. Moreover, increasing the Reynolds number leads to reduction of pressure coefficient. It is shown that the experimental observations have an appropriate agreement with analytical results.
    Keywords: Drop dynamics, Reynolds number, Terminal velocity, Drag force
  • Amin Jaberi *, Mehran Tadjfar Pages 51-60
    In this study, the flow physics of two-dimensional liquid jets discharged into still ambient are experimentally studied. Three injectors with thickness of 0.35 mm and aspect ratios of 30, 60 and 90 were manufactured from stainless steel to produce two-dimensional liquid jets. The experiments were conducted for a wide range of liquid volume flow rate varying from 10 to 120 L/h. High speed photography was used to visualize and capture the instantaneous structure of fluid flow at different flow conditions. Based on the visualizations, the behavior of two-dimensional liquid jets was recognized and for the first time categorized into four regimes. These regimes are dripping, column, triangular and perforation. Moreover, different parameters of the liquid sheet including convergence angle, convergence length, retraction velocity and jet length were measured. It was shown that the sheet convergence length increases with aspect ratio. Also, it was observed that the convergence angle and retraction velocity are independent from aspect ratio and manifest similar behavior in all jets. Empirical relations were proposed to describe convergence angle, convergence length and retraction velocity.
    Keywords: Fuel injection, two-dimensional jet, jet breakup, liquid injection
  • Mohammad Naderi, Ghassem Heidarinejad *, Mohamad Safarzadeh Pages 61-70
    Regarding the major determinant of Anastomosis angle in the efficiency of fistula for dialysis, obtuse angle Anastomosises are designed and simulated with angles of90,120,135and145 degree and the obtained results are evaluated from standpoint of flow patterns at the region of the Anastomosis and shear stress in the fistula wall. In this study, in order to compare obtained results in fistula, two Newtonian and carreau non-Newtonian blood models are used at maximum flow rate of blood pulsation curve (flow rate at the time of0.2and0.4seconds respectively). At angle of 90degrees, the formed vortices dimensions, due to the separation of the flow during passing through the region of the Anastomosis, significantly larger than obtuse angles. Consequently, the probability of deposition in the region of the flow increases sharply. from the standpoint of flow pattern, the 90degree angles are inappropriate Anastomosis angle for fistula. At the obtuse angles, the dimensions of these vortexes become much smaller, and then the obtuse angles are considered a better choice. From the standpoint of maximum shear-stress, Anastomosis with obtuse angles in comparison with the Anastomosis angle of 90degrees, has lower maximum shear stress values and the range involved in the maximum shear stress in Anastomosis with 90degree is much wider than the range of Anastomosis with the obtuse. Hence, the probability of manifestation of thrombosis (the main factor of fistula failure) is much higher. In this simulation, the results related to the Newtonian and non-Newtonian models are very close, and the non-Newtonian model predicts shear stress slightly more.
    Keywords: Hemodialysis, Fistula obtuse angle, thrombosis, atherosclerosis, shear stress
  • Ali Mehrabi, Ali R. Davari * Pages 71-80
    In this study, a multipurpose testing equipment with a sub-scale model body with tandem rotors configuration was used to carry out a number of experiments in order to understand the inflow and down wash behavior of these rotors. The results showed that for single rotor, inflow is descending except in central areas. By using the data obtained from the experiments, an approximate pattern of inflow and downwash of rotor was presented. This pattern was found to be similar to the pattern that was presented for conventional helicopters rotors under settling with power condition. This phenomenon is one of the reasons contributing to the formation of an unstable turbulent flow in the central areas of the rotor. The results showed that interacting of the two tandem rotors has an effect on the behavior of the rear rotor inflow and changes its behavior in comparison with single rotor. It was observed that the results obtained from this study were more realistic due to considering the effects of the body, actual fluctuations of the flow. The experiments in this study showed differences exist in the principles governing the aerodynamic performance of rotors used in UAVs in comparison with conventional helicopters rotors. Therefore, it is necessary to pay enough attention to these differences and behaviors in predicting the aerodynamic performance and design of this type of flying machines.
    Keywords: Inflow, down wash, testing equipment, tandem rotors, UAV
  • Taghilou Taghilou *, Sajad Zarei Pages 81-90
    In this paper, the conditions of convergence and thermodynamic consistency of the Kupershtokh model for simulating a 2D droplet are investigated. Hence, the coexistence curve of liquid and vapor phases is divided into four levels according to the constant of potential function, k and the weight coefficient of the inter-molecular forces, A. Accordingly, a range is reported for k at each level. This range for level 1 with the lowest density ratio is kmin= 0.05 to kmax = 0.22 and for the fourth level with the highest density ratio is kmin=0.002 to kmax = 0.01. Also, the appropriate weight coefficient for inter-molecular forces, Afit is obtained for yielding the thermodynamic consistency at levels 1 to 4 equal with 0.25, 0.025, -0.082 and -0.125, respectively. The effect of weight coefficient on the amount and direction of interface forces is also investigated. Results show that the choice of A=0.5 produces symmetric and A=0 causes asymmetric forces in the interface. In other words, the combination of two symmetrical and non-symmetric forces provides conditions for reducing the parasitic velocities and increasing the stability conditions. Finally, the problem of mass conservation in four levels of density ratio is investigated. Results show that Kupeshtokh model has a better behavior in controlling the mass of the droplet in the high density ratios. So, the change in the mass of the droplet at level 1 is more than 20% and at the level of 4 is less than 1%.
    Keywords: Lattice Boltzmann method, Pseudo-potential model, Coexistence curve, Intermolecular forces
  • Mehran Parsaei, Mohammad Sefid, AliAkbar Dehghan *, Azadeh Jafari, Ehsan Izadpanah Pages 91-100

    The aim of this research is the simulation of multi-layer flows of the core-annular type in a 2-dimensional channels, in which the Newtonian fluid in the core is surrounded by a viscoplastic fluid of the regularized Bingham type as a lubricant. This simulation is based on the volume of fluid technique and in the mixing regions of the two fluids, the stress is achieved by harmonic interpolation. Flow and concentration equations are discretized spatially by spectral element method. The velocity correction scheme, as a high order algorithm, is developed for splitting the velocity and pressure variables for the viscoplastically lubricated two phase flow. Applying the developed flow considerations leads to a nonlinear equation in the plastic region of the flow, which is solved numerically and is called semi-analytic solution. This solution, along with previously published works, is used to validate the spectral element results. The effect of the main parameters of the flow, i.e. Bingham number, viscosity ratio and core thickness on the pressure drop and un-yielded region thickness is evaluated. The results show that, for constant Reynolds number, the Bingham number is the most effective parameter on the pressure drop and un-yielded region thickness, respect to the core flow thickness and viscosity ratio. Also the profiles of secondary variables, including apparent viscosity and shear stress, across the channel section is presented and show that in the interface of the fluids, there is a difference between numerical and semi-analytic solutions due to the mixing of the two fluids.

    Keywords: Spectral Element Method, Core-Annular Flow, Two-Dimensional Channel, Viscoplastic lubricant, Semi-Analytic Solution
  • Mohsen Soroushan, Hamid Parhizkar *, Jamasb Pirkandi Pages 101-110

    Entropy serves as a key parameter in achieving the theoretical limits of performance and quality in many engineering applications. In this paper, the three-dimensional analysis of entropy generation, local entropy generation and exergy destruction of turbine stator vane by udf code has been done. The current innovation is to measure the exergy destruction rate of the turbine three-dimensional vane with the help of FLUENT. The k-ω (SST) and Spalart-Allmaras models are suitable for prediction of proper effective viscous and thermal conductivity. Due to the sensitivity to the vane tip and the wake flows, k-ω (SST) model obtained the mean value of entropy generation on the reference line by about 85% more than the Spalart-Allmaras model. Local entropy generation has increased with respect to the scale from the root to the tip of the vane. The difference between the values of local entropy generation and the second law of thermodynamic for k-ω (SST) and Spalart-Allmaras models are 7.4% and 10.2%, respectively. Approximate turbulence coefficients have been introduced with the aid of a custom field function that increases the local entropy generation about 130% on the reference line. The k-ω (SST) model calculated the exergy destruction value of a turbine stage (according to Gouy-Stodola theorem) of 1098 kW, which is 4 times the size of the two-dimensional mode due to the scale. The values of local entropy generation calculated in comparison with the stator vane of the turbine of the authentic paper are validated, which has acceptable adaptation.

    Keywords: Laboratory stator turbine vane, Local entropy generation, Second law of thermodynamics, Exergy destruction, Three-dimensional numerical simulation
  • Abbas Abbassi *, Hossein Tamim, Nasser Fatouraee Pages 111-120
    Low-density lipoprotein (LDL), which is recognized as bad cholesterol, typically has been regarded as a main cause of atherosclerosis. An abnormal accumulation of LDL in the artery wall and, as a result, in the formation of LDL oxide, can lead to atherogenesis. Therefore in present study, the concentration boundary layer of LDL in a straight artery is investigated numerically. The governing equations consist of continuity, momentum conservation and the LDL transport in the blood based on appropriate boundary conditions have been solved using one of the most powerful computational fluid dynamics techniques known as Projection method. Results are obtained and presented as profiles and contours of concentration, blood velocity and wall shear stress, which are in good agreement with numerical and analytical results of previous studies. Effects of factors such as: filtration velocity and wall shear stress on the LDL surface concentration and concentration boundary layer thickness are investigated. The results show that increasing the wall suction (high blood pressure) and reducing the Wall Shear Stress (WSS) results in an increase in the surface concentration of LDL. Increasing the Reynolds number and the Schmidt number decreases the concentration boundary layer thickness, and LDL surface concentration increase about 7% higher than that of the bulk flow.
    Keywords: Projection Method, computational fluid dynamics, Low-Density Lipoprotein Transport, Arterial Wall, wall shear stress
  • AmirMasoud Salehizadeh, AliReza Shafiei * Pages 121-130

    This study, an enhanced computational coupling method is proposed for the transient problems of incompressible fluid-elastic structure interaction based on the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method. The coupling process is conducted between an incompressible SPH (ISPH) fluid model and a totally Lagrangian SPH (TLSPH) structural model. In the ISPH method, due to the importance of smoothing particle distribution for the accurate and stable simulations with noise-free pressure field, a new scheme for particle shifting has been proposed to regulate particle distribution. In contrast to numerical errors at the free surface in traditional particle shifting algorithm, this proposed algorithm as a suitable treatment for discontinuous boundaries such as the free surface presents an optimized particle shifting scheme without need to adjust the new parameter. The performance of the totally Lagrangian structural model is evaluated using simulation of the dynamic problem. The proposed numerical coupling method was examined by simulating several benchmarks in fluid-structure interaction and the results were compared with experimental and numerical results. The considered problems of fluid-structure interaction in this paper include the dam-breaking with an elastic gate and the deflection of an elastic obstacle due to fluid sloshing. The agreement between presented results with literature data shows the ability of the proposed model to simulate the phenomenon of fluid-structure interaction.

    Keywords: Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics, Fluid-Structure Interaction, Totally Lagrangian SPH, Optimized Particle Shifting Scheme
  • Seyed Hamidreza Sadatpour, Ali Madadi * Pages 131-140

    The intake is part of the aircraft, which provides air to the engine uniformly and with a minimum total pressure loss. Today, due to the abundant application of S-shaped inlet, optimization of these inlets has been considered by the researchers. The uniform distribution of the flow at the inlet of the compressor has a direct effect on engine performance. On the other hand, the separation of the flow through the duct reduces the pressure recovery and the engine thrust. In this article, an S-duct intake has been optimized to reduce the total pressure loss and flow distortion. The neural network, coupled with the genetic algorithm, is used to optimize the objectives in the shortest possible time. Two optimizations have been done. In the first case, new geometries have been generated by changing the center line coordinate and the cross-sectional area ratios. The first optimization results in an enhancement of 32.5% for pressure recovery coefficient and a reduction of 35.8% for flow distortion. In the second optimization, the length of the duct has also been decreased. By decreasing the length of the duct, the weight of the aerial vehicle is reduced, and on the other hand, the useful space inside the body is increased. This optimization gave an enhancement of 35.96% for pressure recovery coefficient and a reduction of 39.4% for flow distortion and a 25% reduction in the duct length.

    Keywords: Intake, genetic algorithm, Neural Network, Flow uniformity, Pressure recovery
  • Reza Kaveh, Mohammad Sefid *, Mohsen Mozafari Shamsi Pages 141-150
    In the present study, mixing of two fluids of different viscosities in a micro channel with an oscillating curved stirrer was simulated by MRT-LBM and the effect of geometric shape, oscillating speed and amplitude and viscosity logarithmic ratio on mixing efficiency was analyzed. Most researches in this field have studied the mixing of two same fluids but the mixing makes sense when two miscible fluids have different properties. Also in these researches, stirrers in micro channel are considered cylinder or rectangle shape. In this study, a curved stirrer was used for mixing two fluids of different viscosities in micro channel for the first time. The simulation was performed at Re=80 and Sc=10 and NASA/LANGLEY LS(1)-0417 (GA(W)-1) airfoil shape was used for curved stirrer. At the study of geometric shape, results showed that mixing efficiency of two fluids of same and different viscosities in micro channel with oscillating curved stirrer was higher than micro channel with oscillating rectangle stirrer. The results of stirrer oscillating amplitude and velocity survey revealed that increase in Strouhal number causes increase in mixing efficiency on studied oscillating amplitude and Optimum efficiency is on oscillating amplitude 0.5 on all studied Strouhal numbers. Also mixing efficiency decreases with increase of viscosity logarithmic ratio on studied Strouhal numbers and this decrease is noticeable in high Strouhal numbers.
    Keywords: Mixing, Micro channel, Different viscosities, MRT-LBM, Oscillating curved stirrer
  • Seyyed Masoud Seyyedi *, Mehdi HashemiTilehnoee, A.S. Dogonchi Pages 151-160

    Todays, natural circulation loops (NCLs) are used in various industrial applications such as nuclear reactors, geothermal systems, electronic device cooling and so on. In a natural circulation loop, working fluid receives heat from a heat source (heater) and rejects it to a heat sink (cooler). The main objective of this paper is to investigate the effects of orientation of heater and cooler on the mass flow rate and temperature distribution in the natural circulation loop since the mass flow rate of the natural circulation loop is directly related to the heat transfer rate .The governing equations of the natural circulation loop are written as dimensionless form Cu-Water nanofluid considered as the working fluid and the effect of nanoparticles percentage on mass flow rate is investigated. Also, the effects of other parameters such as pipe diameter, height of the loop, loop inclination angle and the heater power on the mass flow rate of the loop and temperature distribution are investigated. The results show that increasing the diameter of the pipes, the percentage of nanoparticles, and the heater power increase the mass flow rate. However, the mass flow rate decreases with increasing loop inclination angle. The mass flow rate may be decreased or increased with increasing height depending on the orientation of the heater and cooler. In a constant heater power, the increase in the temperature of the nanofluid is much higher than other orientations when both the heater and the cooler are in the vertical position.

    Keywords: Mini natural circulation loop, Mass flow rate, Heater, cooler, Nanofluid
  • Habib Kolahdooz, MohammadHasan Kayhani, Mohsen Nazari *, Reza Ebrahimi Pages 161-170

    The propagation and shape of methane-air premix flame in an enclosure with dimensions of 50 × 11 × 8 cm and the effect of porous obstacle with a porosity percentage of 95 with 20 cavities per square inch in the flow path has been studied in a laboratory. The study of flame behavior has been done with high speed camera photography. One side of the enclosure is made of transparent plexiglas with dimensions of 8 x 50 cm for photographing. The pressure variations inside the enclosure are recorded with the help of a pressure sensor and converter located on top of the enclosure. The results for the unobstructed enclosure correctly represent the process of forming the classical tulip flame inside the enclosure. The range of pressure variations has been adapted to the reference samples and has been validated. The location of the porous obstacle has been tested for four different spacings of 5 cm, 10 cm, 15 cm and 20 cm from the spark location. In the chamber without obstacle, the tulip flame at a location of 25 cm from the spark and 50 ms from the time of sparking was created. The results for the four porous obstacle states indicate that the turbulence created in the flow field can change the location of formation of the tulip flame, as well as its formation time. For a distance of 20 cm the porous obstacle from the spark location, the turbulence of the flow field is at its maximum.

    Keywords: Combustion, Premixed methane-air, Porous obstacle, Closed duct, Tulip flame
  • Seyyed Omid Haghani, Ebrahim Barati * Pages 171-180
    Designing of an efficient emergency ventilation system is one of the main approaches to prevent the perilous fire in tunnel phenomenon.One of the most considerable factors in smoke control is critical velocity.In the present work, a parameter is called a critical volume flux, which indicates at least a volumetric flow that prevents smoke from flowing upstream of the fire. In this study, fire in tunnel is simulated using Fire Dynamics Simulator code (FDS) and The effect of blower location on maximum temperature, spread of smoke and critical volume flux of fire in the tunnel has been investigated. The results show that the blower location has a significant effect on critical velocity and volumetric flux and it can reduce critical volumetric flux by at least 11 percent . Also, for a closer look by creating a variety of conditions in the blower system, the effect of fire source height has been investigated on the critical volume flux. The results also show that increasing the fire source's height does not have a significant effect on volumetric flux and critical velocity. In the study of longitudinal distance of the blower system from the fire source, in the case of back-layering smoke, the results show that the approach of the blower to the fire would reduce the smoke back-layering length and increase the maximum temperature.
    Keywords: blower location, Fire, critical volume flux, maximum temperature
  • Mohammadreza Hasheminasab, Mohammad J. Kermani *, Seyed Salman Nourazar, Mohammadhassan Khodsiani Pages 181-190

    In this research, the effect of anode stoichiometry, cathode stoichiometry and temperature of inlet gases on water management and performance of a PEM fuel cell is studied by means of DOE (Design of Experiments) and direct visualization. In order to visualize the liquid water accumulation in cathode flow channels, a transparent PEM fuel cell is designed and manufactured in fuel cell research laboratory of Amirkabir University of Technology. Design of experiments is based on response surface method and central composite design. Cell’s performance is recorded over the test time and a video is simultaneously captured from its transparent cathode flow channels. Then, a digital image processing technique is used to detect and quantify channel areas that are occupied by liquid water. Area of regions containing liquid water is divided by total area of flow channels to calculate a parameter called water coverage ratio (WCR) which is then used to study flooding phenomenon. Results show that increase in cathode stoichiometry, anode stoichiometry and gas inlet temperature leads to a decrease in WCR. Also, WCR lies between 1.8 and 4.3 when an optimized produced power is reached. It is also proved that anode and cathode stoichiometry has to be minimized to reach the maximum produced power at a high inlet gas temperature.

    Keywords: PEM fuel cell (PEMFC), Water management in PEMFC, Design of Experiment (DOE), Response Surface Method (RSM), Digital Image Processing
  • MohammadMahdi Barzegari *, Mostafa Habibnia, Mohammad Momenifar, Mojtaba Ghadimi, Kamal Mohammadi Pages 191-200

    The contact resistance between polymer exchange membrane fuel cell (PEMFC) components has a crucial effect on cell performance. The geometry of the endplate, on the other hand, plays an essential role in the contact pressure distribution on the membrane electrode assembly (MEA) and the amount of contact resistance between plates. In this paper, the effect of endplate geometry on the contact pressure distribution over the MEA is simulated using ABAQUS software. In addition, a new geometry endplate is provided and the obtained results are compared with flat endplates. Geometrical parameters of an endplate with curvature (bomb-shaped endplate) are considered, and the effects of these parameters on the contact pressure distribution over the MEA are investigated. In this simulation, a 3D model of the fuel cell is developed. Our simulation results show good performances for the designed endplate and uniform contact pressure distribution on the fuel cell active area. Finally, a single fuel cell was manufactured and assembled using the simulation parameters, and experimental tests are conducted using pressure measurement films to validate the design.

    Keywords: Bomb-shaped end plate, Contact pressure distribution, Membrane, Pressure measurement film