فهرست مطالب

مکانیک سیالات و آیرودینامیک - سال نهم شماره 2 (پاییز و زمستان 1399)

مجله مکانیک سیالات و آیرودینامیک
سال نهم شماره 2 (پاییز و زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/10
  • تعداد عناوین: 12
|
  • امیر باقری، علی اسماعیلی*، جواد طهماسبی، حسین جباری، سید علی توکلی صبور صفحات 1-15

    در پژوهش پیشرو، یک افزونه جدید ترابرپذیر که قابلیت نصب بر روی پرتابه های دوچرخشه را دارد؛ با رویکردی عددی طراحی و بهینه سازی شده است. همچنین اثرات آیرودینامیکی و پایداری دینامیکی این افزونه به گونه ای بررسی شد که با افزایش عملکرد آن، امکان اصلاح مسیر پرتابه توسط افزونه ی بهینه، فراهم شود. شایان ذکر است که در روند شبیه سازی ها، مدل آشفتگی کا-اپسیلون به منظور دست یابی به اهداف این تحقیق، در نظر گرفته شده است. این افزونه در قسمت غیر چرخان با چهار کاناردمنجر به افزایش ضریب گشتاور و در نتیجه تصحیح مسیر پرتابه می شود. ابتدای امر، به منظوردست یابی به پارامترهای طراحی، شبیه سازی های مختلفی صورت پذیرفت و اثرات پارامترهای گوناگون بر آیرودینامیک و پایداری پرتابه مورد مطالعه قرارگرفته است. در همین راستا،مطابق با شرایط واقعی در ماخ های 2 تا 3 و در زوایایحمله 0 و 2 درجه،شبیه سازی پرتابه با افزونه جدید صورت پذیرفت. در ادامه، نتایج حاصله با جریان حول پرتابه بدون افزونه مقایسه گردید؛ سپس با تعیین پارامترهای طراحی و تابع هدف مختلف از جنبه آیرودینامیکی و پایداری، بهینه سازی این افزونه ی دارای کانارد، بحث و بررسی شد. در انتها، با استفاده از روش پاسخ سطح برای توابع پاسخ متفاوتی همچون پایداری دینامیکی و ژیروسکوپیکی در فاز ابتدایی و قدرت چرخش در فاز نهایی، مدل سازی و بهینه سازی برای نمونه مورد نظر صورت پذیرفت. یافته های حاصله از پایداری پرتابه با افزونه بهینه شده جدید نشان از قابلیت های آیرودینامیکی بسیار خوب افزونه یبهینه شده، دارد. اگرچه افزونه جدید منجر به افزایش جزیی در ناپایداری پرتابه خواهد شد؛اماکماکان شروط پایداری به طور کامل ارضا می شود و می توان از این افزونه جدید ترابرپذیر در پرتابه های دوچرخشه بسیار بهره برد.

    کلیدواژگان: پرتابه چرخشی، افزونه ترابرپذیر، روش پاسخ سطح، پایداری، ضرایب آیرودینامیکی
  • سید آرش سید شمس طالقانی*، احمد قنبری مطلق، سهیلا عبدالهی صفحات 17-28
    در فرآیند تشکیل موج شوک انعکاسی، جدایش جریان در محل انعکاس، یک پدیده متداول است. این پدیده که به جدایش جریان القایی از شوک معروف است، در برخی موارد منجر به وقوع اتفاقات نامطلوب مانند کاهش حجم و اختلال در جریان هوای ورودی به موتورهای رم جت و اسکرمجت می شود. لذا سعی می شود به روش های کنترل جریانی مختلف این اثرات نامطلوب کاهش یابد.در تحقیق حاضر به وسیله مگنتوهیدرودینامیک که یکی از روش های پیشرفته کنترل جریان فعال است، با شتاب دهی به لایه مرزیبه وسیله نیروی لورنتس، حباب جدایش کوچک می شود. هدف این پژوهش مطالعه عددیتاثیرات این روش بر جدایش ناشی از موج شوک انعکاسیو همچنین زاویه موج شوک است. شبیه سازی در شرایط دوبعدی به ازای اعداد هارتمن مختلف انجام و تاثیرات آن بر مشخصات جریان مانند فشار، سرعت و خطوط جریان بررسی شد. نتایج حاکی از آن است که اعمال میدان مگنتوهیدرودینامیک می تواندبه طور قابل توجهی گرادیان فشار معکوس و جریان گردابه ای را کاهش داده و اندازه حباب جدایش را 40 درصدکوچک کند.علاوه برآن اعمال این میدان زاویه شوک را کمتر کرده که منجر به حرکت رو به جلو حباب جدایش تا حدود 2 درصد طول کانال شده است.
    کلیدواژگان: مگنتوهیدرودینامیک، کنترل جریان، موج شوک انعکاسی، جدایش جریان
  • هلن میرزایی، مسعود ترابی آزاد*، افشین محسنی آراسته صفحات 29-38

    با استفاده از اطلاعات هیدروگرافی منطقه خلیج فارس و توسطنرم افزار 21Mike حرکت لکه نفتی در اطراف جزیره خارک مطالعه شده است. در این مدل ازشبکه بندی مثلثی نامنظم با 11325 گره و در نظر گرفتن سطح تراز جزر و مدی جزیره هنگام در تنگه هرمز و مرز خشکی در سواحل، شار جریان آببه دست آمده است. سپس جریان هایجزر و مدی در منطقه خارک بادر نظر گرفتن 3 مرز بازویک مرز خشکی (ساحل بوشهر) شبیه سازی شد.به منظور کالیبراسیون اطلاعات،سطح تراز جزر و مدی در ایستگاه خارک با خروجی سطح تراز جزر و مدی مدل مقایسه گردید. بر اساس نتایج مدل میزان نوسان های سطح آب ناشی از جزر و مد از15-25 فوریه 2011، 33/0 تا 27/2 مترواندازه سرعتجریان هایجزر و مدی از 0 تا 7/0 متربرثانیه محاسبه شد.همچنین میزان نوسان های سطح آب ناشی از جزر و مد از 10 الی 20 آگوست 2011،36/0 تا 19/2 متر و اندازه سرعتجریان هایجزر و مدی0 تا 6/0 متر بر ثانیه حاصل شد.بر اساس مقدار جریان به دست آمده از مدل برای یک ایستگاه،سری زمانی جریان جزر و مدی رسم و معادله مکان زمان آن به دست آورده شد. برای به دست آوردن مسیر طی شده توسط لکه نفتی با استفاده از نرم افزار 2Adiose مدت زمان رسیدن لکه به حالت امولوسیون کامل ودر نتیجه توقف لکه به دست آمده است.سرعت جریان هایجزر و مدیبه دست آمدهدرماه فوریه 2011 بیشتر از آگوست 2011 استودر نتیجه در فوریه 2011 در حرکت لکه نفتی نوسان زیادی مشاهده می شود.

    کلیدواژگان: جریان جزرومدی، مدل عددی لکه نفتی، نرم افزار Mike 21، نرم افزارAdiose 2، جزیره خارک، خلیج فارس
  • محمد سعیدی، رضا آقایی طوق* صفحات 39-52

    در این تحقیق به بررسی اثر ترکیب هم زماننیم پره  و شیار طولی در تعویق جدایش جریان ایرفویل متداول توربین بادی پرداخته شده است و چهار نوع شیار مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی آیرودینامیکیانجام شده، بر اساس جریان پایای عبوری از روی ایرفویل NREL S809 و روش حل به صورت عددی و با استفاده از شبکه با سازمان انجام شده است. نتایج نشان می دهد که در عدد رینولدز 106و با زاویه حمله 22/16 درجه ، با افزودن نیم پره، جدایش جریان از 47/0=x/c تا 67/0=x/cبه تعویق می افتد و ضریب برا  از مقدار 17/1 تا مقدار 92/1و به میزان 64%  افزایش می یابد. سپس با بررسی افزودن چندین نوع شیار طولی در لبه فرار ایرفویل مشاهده گردید که نوعی شیار سینوسی شکل با 45 درجه تقدم فاز بهترین کارایی را دارد و با انجام شبیه سازی های مختلف روی مقادیر دهانه، عمق و محل شیار سینوسی، مناسب ترینمقدار پارامترهای متغیر، به ترتیب با مقدار دهانه 3% وتر ، عمق 5/0% وتر و محل 85/0=x/cبه دست آمد که با حذف کامل جدایش جریان در رینولدز و زاویه حمله ذکرشده، ضریب برا تا مقدار 54/2و به میزان 117% افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: جدایش جریان، پره توربین بادی، ایرفویل، شیارهای طولی، نیم پره، تعویق جدایش جریان
  • مهدی کیهانپور، فاطمه السادات میرعابدینی، مجید قاسمی* صفحات 53-63
    بیماری های قلبی- عروقی در دهه های اخیر از علت های اصلی مرگ و میر در دنیا می باشند. یکی از متدوال ترین بیماری های قلبی، گرفتگی سرخرگ های بدن می باشد که معمولا از میانسالی به بعد رخ می دهد. این بیماری که آترواسکلروسیس نامیده می شود موجب کاهش غیرطبیعی قطر داخلی رگ می شود. در این پژوهش، اثر میدان مغناطیسی یکنواخت بر جریان خون و دیواره رگ مورد بررسی قرار گرفته است. هندسه مساله به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. معادلات حاکم بر مساله که شاملپیوستگی، ممنتوم، قانون اهم، تنش- کرنش ماده الاستیک خطی و برهم کنش سیال- جامد با روش شبکه متحرک است با یک کد المان محدود در نرم افزار کامسول تعریف، کوپل و حل شده اند. نتایج نشان داد، میدان مغناطیسی بر رفتار جریان خون و دیواره رگ اثر قابل ملاحظه ایدارد. به طور مثال عدد هارتمنبا سرعت جریان خون رابطه عکسو با تنش برشی دیواره، تنش فون میزس و جابجایی دیواره رگ رابطه مستقیم دارد.همچنین مشاهده شد که روند تغییرات با مدل لزجت غیرنیوتنی بیشتر از لزجت نیوتنی است.
    کلیدواژگان: گرفتگی، عدد هارتمن، جریان خون، دیواره رگ، برهم کنش سیال- جامد، تنش
  • امیرحمزه فرج الهی*، علی اصغر نادری، محسن رستمی، محمدرضا سلیمی صفحات 65-78

    در پژوهش حاضر، با استفاده از نرم افزار Ansys-Fluent،شبیه سازیسه بعدی جریان عبوری از روی دو نمونه بال سالم و بالآسیب دیده ستاره ای شکل ناشی از اصابت گلوله با فرض جریان ناپایا، تراکم- ناپذیر و لزج صورت گرفت تا اثرات ناشی از وجود آسیب روی بال بر روی ضرایب و عملکرد آیرودینامیکی مانند ضرایب برآ و پسا مشاهده گردد. جهت انجام این مطالعه برای بال متشکل از ایرفویل مقدار عدد رینولدز برابر با در نظر گرفته شده است. پس از شبکه بندیو استقلال حل از شبکه، اعتبارسنجی نتایج صورت گرفته است. به دلیل آشفته بودن رژیم جریان، جهت بررسی دقیق مساله در نزدیک دیواره و لایه های خارجی از مدل توربولانسی استفاده شده است. نوآوری تحقیق حاضر، علاوه بر مدل توربولانسیاشاره شده، از مدل های توربولانسی و  نیز جهت شبیه سازی مساله استفاده گردیده و به بررسی تفاوت های ناشی از به کارگیری آنان پرداخته شده است. نتایج عددی با نتایج معتبر موجود اعتبارسنجی شده و تطابق خوبی بین این دو مشاهده گردید. سپس نتایج عددی حاصل نشان می دهند که صدمه ستاره ای روی بال منجر به کاهش نیروی برآ، افزایش نیروی پسا و در نتیجه کاهش عملکرد آیرودینامیکی بال می گردد. همچنین نتایج نشان دادند که با افزایش زاویه حمله، صدمه ستاره ای روی بال به شدت نیروی پسا را افزایش و نیروی برآ را کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: اصابت گلوله، بال هواپیما، شبیه سازی عددی، مدل ستاره ای
  • فاطمه بشارتی، امید جهانیان* صفحات 79-100
    در مقاله حاضر اثر اتلاف لزج بر روی جریان و انتقال حرارت مزدوج نانو سیال آب- آلومینا در یک میکروکانال دوبعدی که تحت تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت قراردارد، با استفاده از روش شبکه بولتزمن تراکم ناپذیر بررسی می شود. دیوار بالایی میکروکانال عایق است و شار حرارتی ثابت به دیوار پایینی در منطقه جامد اعمال می شود. این مسئله در اعداد رینولدز 50، 75 و 100، نانوسیال با کسر حجمی 2%، قطر نانوذرات 10 تا 50 نانومتر و اعداد هارتمن 0 تا 30 بررسی شده است.نتایج نشان دادند،در شرایط صرف نظر کردن از اتلاف لزج، استفاده از میدان مغناطیسی در انتقال حرارت مزدوج، نه تنها تاثیر منفی بر عددناسلت میانگین ندارد،بلکه می تواند آن را به ویژه در اعداد رینولدز بالاتر افزایش دهد. همچنین می توان ذکر کرد که عدد ناسلت میانگین در حالت در نظر نگرفتن اثر اتلاف لزج بیشتر از حالت اعمال ترم اتلاف لزج است به طوری که بیشترین مقدار عدد ناسلت دراین حالت، در عدد رینولدز 100 و عدد هارتمن 30 مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: روش شبکه ی بولتزمن، انتقال حرارت مزدوج، نانوسیال، میدان مغناطیسی، اتلاف ویسکوز
  • فرزاد بازدیدی طهرانی*، ابراهیم شریفی سده، محمدصادق عابدی نژاد صفحات 101-111

    در مقاله حاضر، تاثیر افزودن نانوذرات آلومینا بر تبخیر قطرات سوخت دیزل مورد تحلیل عددی قرار گرفته است. نانوسوخت حاصل ازافزودن 5/0 و 1 درصدحجمی ذرات آلومینا به سوخت پایه دیزلبه صورت تکفازدرنظرگرفته شده است. جریان دو فاز متشکل از قطرات سوخت و هوای ورودی با نگرش اویلر-لاگرانژ مدل سازی شده است. هم چنین، برای تحلیل مشخصه های جریان واکنشی آشفته رهیافت متوسط گیری رینولدز ناویر استوکس به همراه مدل انتقال حرارت تشعشعی جهات مجزا و مدل احتراقی فلیملت پایا به کارگرفته شده است. به منظوراطمینان از  صحت نتایج مقایسه هایی با نتایج تجربی انجام شده است. نتایج حاکی از آن است که با افزودن نانوذرات آلومینا، ظرفیت گرمایی و طول عمر قطرات سوخت افزایش می یابد. هم چنین، عمق نفوذ قطرات در حضور نانوذرات بیشتر شده و قطرات در فواصل دورتری از ورودی تبخیر می شوند. ایننکته بیان گر کاهش نرخ تبخیر قطرات سوخت دیزل در حضور نانوذرات آلومینا است.

    کلیدواژگان: محفظه احتراق مدل، جریان دو فاز، نانوذرات آلومینا، تبخیر قطرات
  • محمدحسن جوارشکیان*، یگانه آذرگون صفحات 113-124

    در این تحقیق،اثرسطح بر واماندگی دینامیکی یک پرنده بالزن ساده و با بال دارای زاویه شکستگی در پرواز رو به جلو توسط روش تجربی بررسی شده است. برای این منظور، ابتدا یکساز و کاربالزن به همراه تجهیزات نصب در تونل باد طراحی و ساخته شده است. سپس بالزن ساده و بالزن دارای زاویه شکستگی، در فاصله از سطح 1 و 5/1 برابر طول وتر، فرکانس بالزنی Hz5/3 و زاویه حمله های00تا 50/22در تونل باد با سرعت m/s3 مورد آزمایش قرار گرفته اند. همچنینبه منظور بررسی تاثیر فرکانس بالزنی و فاصله از سطح بر نیروی برآ، نیروی پیشران و توان مفید، بالزن ساده و شکسته با زاویه حمله صفر، در فاصله از سطح های1، 5/1 و 2برابر طول وتر و فرکانس های بالزنیHz0، 2، 5/3 و5 درسرعت  m/s3 تست شده است. نتایج نشان می دهند که واماندگی دینامیکی بالزن ساده با کاهش فاصله از سطح، در زاویه حمله کمتری نسبت به بال دارای شکستگی اتفاق می افتد. در کمترین فاصله از سطح (1 برابر طول وتر)، واماندگی بالزن ساده و بالزن با زاویه شکستگی 1070 به ترتیب در 50/12 و 150 رخ داده است. علاوه بر این،بالزن با زاویه شکستگی عملکرد بهتری نسبت به بالزن ساده دارد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با کاهش فاصله از سطح و افزایش فرکانس بالزنی، نیروهای آیرودینامیکی و توان مفید افزایشیافته است.

    کلیدواژگان: آیرودینامیک تجربی، اثر سطح، واماندگی پرنده بالزن، شکستگی خمشی، پرواز رو به جلو، ریزپرنده
  • رضا بابایی مقدم، محمدمهدی علیشاهی*، مجتبی میرزایی صفحات 125-139

    با انجام آزمایش در آزمایشگاه های ایروبالستیک می توان ضرایب آیرودینامیکی یک جسم پرنده را با دقت بالا استخراج نمود. اما برای برنامه ریزی انجام آزمایش ها، تعیین تعداد و نوع متغیرهای اندازه گیری شده، چینش ایستگاه های اندازه گیری در هر آزمایش ضروری می باشد. بدین منظور می توان حساسیت مقادیر اندازه گیری شده نسبت به ضرایب آیرودینامیکی مورد نظر را محاسبه و بررسی نمود. در این مقاله با توجه به غیرخطی بودن معادلات حرکت شش درجه آزادی یک وسیله پرنده، با استفاده از روش حداقل مربعات و ماتریس اطلاعات فیشر از داده های شبیه ساز آزمایش ایروبالستیک، ضرایب آیرودینامیک استخراج شده و حساسیت هر یک از خروجی ها نسبت به تغییرات ضرایب آیرودینامیکی بررسی و ارایه شده است. به بیان دیگر این نتایج بیان می کند که در یک آزمایش ایروبالستیک، اگر داده های آزمایش نظیر سرعت و زاویه پیچ اندازه گیری شود دقت و حساسیت آن ها نسبت به هر کدام از ضرایب آیرودینامیکی و خطای ضرایب چه مقدار خواهد بود.

    کلیدواژگان: ایروبالستیک، آیرودینامیک، شناسایی ضرایب، روش حداقل مربعات، ضرائب آیرودینامیکی، حساسیت سنجی
  • امیرحسین زرعی جورشری، محمدحسن جوارشکیان* صفحات 141-158

    در این پژوهش با استفاده از یک شبیه سازی شبه پایا توسط روش المان تیغه، سه مدل متفاوت نیروی چرخشی در بررسی یک بال الهام گرفته شده از حشره میوه با حرکت ترکیبی بال زدن و پیچش، مورد ارزیابی و مقایسه با نتایج منتشرشده قرار می گیرد. در ادامه این مدل ها با یکدیگر مقایسه شده و مدل با خطای نسبی کمتر معرفی می شود. مدل نیروی چرخشی سنتی که وابسته به سرعت انتقالی بال است، در ابتدا و انتهای نیم کورس ها هیچ نیروی چرخشی در نظر نمی گیرد. مدل های جدید نیروی چرخشی برای پیش بینی دقیق این نیرو، جزء دوم نیروی چرخشی ناشیاز پیچش خالص بال را نیز در نظر می گیرند. در این تحقیق ضرایب نیروی برآ و پسای لحظه ای و متوسط در نظریه المان تیغه، با نتایج تجربی و دینامیک سیالات عددی منتشرشده مقایسه شده است. هم چنین خطای پیش بینی نقطه حداکثر منحنی ضرایب نیروی مدل شده توسط هر کدام از مدل ها نیز مقایسه شده است. بررسی خطای موثر نشان می دهد که یکی از مدل های بر مبنای نتایج دینامیک سیالات عددی که شامل دو جزء نیروی چرخشی مرتبط با نظریه کوتا-جاکوفسکی و نیروی ناشی از پیچش خالص است، نسبت به مدل های دیگر از دقت نسبی بالاتری برخوردار بوده و می تواند در شبیه سازی های شبه پایا مورد توجه قرار گیرد

    کلیدواژگان: بال زن، نظریه المان تیغه، نیروهای شبه پایا، نیروی چرخشی
  • علی اسماعیلی*، امیر باقری، حسین جباری صفحات 159-175

    نیروی پیشران در وسایل پرنده بدون سرنشین معمولا توسط ملخ ها تامین می شود. یک پرنده بدون سرنشین برای انجام عملیات مختلف نیازمند بیشینه بودن نیروی پیشرانش و درعین حال کمینه بودن نیروی پسا است. عملکرد این وسیله پرنده می تواند تحت تاثیر اسپینر ملخ باشد. در صورت تحلیل صحیح از شکل آیرودینامیکی اسپینر،عملکرد ملخ می تواند بهبود یابد. در این تحقیق، طراحی آیرودینامیکی اسپینر مدنظرقرارگرفته و پارامترهای هندسی تاثیرگذار بر عملکرد پرنده مورد مطالعه قرار می گیرد. هدف نهایی، استفاده از اسپینر بهینه شده برای هواپیمای بدون سرنشین با ملخ دو پره ای است. این مهم با شناخت و بهینه یابی اجزای این دست از پرنده ها میسر می شود. ازاینرو در ابتدا شناخت و بررسی تاثیر هندسه اسپینر بر عملکرد آیرودینامیکی ملخ هول دهنده مورد بررسی قرار گرفت.سپس با شبیه سازی عددی بر پایه دینامیک سیالات محاسباتی وجود یا عدم وجود اسپینر مقایسه می شود. شبیه سازی عددی انجام شده در حالت گذرا و با در نظر گرفتن آشفتگی جریان به صورت سه بعدیانجام شده وبه منظور اعتبارسنجی حل عددی نیز نتایج حاصله با نتایج منتشرشده مقایسه می شود. انگیزه پژوهش پیش رو، بهبودپنج متغیر طراحی  (شعاع صفحه مبنای اسپینر)،  (طول مبنای اسپینر)،  (فاصله خالی میان اسپینر و کویلینگ)،  (زاویه شیب مبنای اسپینر) و  (زاویه شیب کلاهک اسپینر) اسپینر ملخ هول دهنده و ارایه راهکارهایی برای انتخاب اسپینر مناسب توسط روشی کارآمد همچون تاگوچی، بوده است. این روند به گونه ای پیگیری شده است تا بازدهی مطلوبی برای ملخ حاصل گردد. در انتها این تلاش به بهینه سازی، طراحی و شبیه سازییک اسپینر با عملکرد بالاتر ختم شد. در نتیجه وسیله پرنده با اسپینرپیشنهادشده برای ملخ آن از بازده پیشرانش و نیروی پسای بدنه مناسبی برخوردار می باشد.

    کلیدواژگان: ملخ هول دهنده، اسپینر، بهینه سازی، طراحی آزمایش، تاگوچی، پرنده بدون سرنشین
|
  • Amir Bagheri, Ali Esmaeili *, Javad Tahmasebi, Hossein Jabbari, Ali Tavakoli Sabor Pages 1-15

    In this paper, a new portable plugin extension has been designed and optimized, which can be installed on dual-spin projectiles. The aerodynamic and dynamic stability effects of this plugin extension have been investigated in such a way that byincreasing its performance, it is possible to modify the projectile path by the optimal extension. This portable device with four canards mounted on the projectile's non-rotating part can increase the torque coefficient and correct the projectile path. Initially, to achieve the design parameters, various simulations were performed, and the effects of several parameters on the aerodynamics and stability of the projectile were studied. Adjusting to real conditions of Mach 2 to 3 and at the attack angles of 0 and 2 degrees, the projectile was simulated with the new add-on, and the results were compared with that of the projectile without any extensions. By defining the design variables and objective functions in terms of aerodynamics and stability, the optimization of this plugin extension with canard was investigated by the response surface method (RSM). In the first phase of optimization, dynamic and gyroscopic stabilities were mentioned as response functions, and rotational power was chosen in the next phase of the study. As a result, the projectile's stability was investigated with a new optimized extension, and the optimum add-on system displayed excellent aerodynamic capabilities. Although the new plugin device leads to a slight increase in the projectile instability, the stability conditions are still fully met, and the optimized plugin extension can be used in dual-spin projectiles.

    Keywords: Spinning projectile, portable plugin, response surface method (RSM), Stability, Aerodynamic Coefficient
  • S.Arash S. Shams *, Ahmad Ghanbari Motlagh, Soheila Abdolahipour, Seyed Arash Seyed Shams Taleghani Pages 17-28
    In the process of forming a reflective shock wave, the separation of the flow in the reflection site is a common phenomenon. This phenomenon, known as the shock-induced flow separation, sometimes leads to undesirable effects such as reducing the volume and disrupting the flow of air into the ramjet and scrarmjet engines. Therefore, we try to reduce these undesirable effects by different flow control methods. Magnetohydrodynamics is one of the advanced methods for controlling the flow, which shrinks the bubble separation by accelerating to the boundary layer by Lorentz force. The purpose of this research is the numerical study of the effects of this method on the separation caused by the reflection shock wave. The simulations are performed in two-dimensional conditions for different Hartmann numbers and the effects on flow characteristics such as pressure, velocity and flow stream line are investigated. The results indicate that the application of the magnetohydrodynamic field can significantly reduce the adverse pressure gradient and the vortex flow, and it can also reduce the size of the separation bubble by 40% and increase the skin friction coefficient by increasing the wall shear stress. Moreover, the application of the magnetohydrodynamic field can change the shock angle, causing the separation bubble to move forward by about 2% of the channel length.
    Keywords: Magnetohydrodynamic, Flow Control, Reflective shock wave, Flow Separation
  • Helen Mirzaie, Masoud Torabi Azad *, Afshin Mohseni Arasteh Pages 29-38

    In this paper, the movement of an oil spill around the Khark Island has been studied, using the hydrographic information of the Persian Gulf region and the Mike21 software. To obtain the water flow flux, a model with an irregular triangular network containing 11325 nodes was assumed and the tidal level of Hengam Island in the Strait of Hormuz and the land boundary condition on the coast were considered. Then the tidal currents in the Khark region were simulated by considering 3 open boundaries and one land boundary (the Bushehr coast). In order to calibrate the information, the tidal level in Khark station was compared with the output of the model tidal level. Based on the results of the model, the amount of water level fluctuations caused by the tides from February 15-25, 2011 were calculated to be in the range of 0.33 to 2.27 meters and the speed of the tidal currents were calculated from 0 to 0.7 meters per second. Also, the amount of water level fluctuations caused by the tides from 10 to 20 August 2011 were 0.36 to 2.19 meters and the speed of tidal currents were 0 to 0.6 meters per second. Based on the value of current obtained from the model for a station, the tidal current time series was plotted and its time-space equation was obtained. To obtain the path taken by the oil spill, the time for the spill to reach full emulsion and thus stop, is obtained using Adios2 software. In 2011 the tidal currents obtained in February were faster than August and as a result, in February 2011, there were a lot of fluctuations in the movement of the oil spill.

    Keywords: Tidal current, Oil spill –Mike 21 soft ware, Adios soft ware, Persian Gulf, khark Island
  • Mohammad Saeedi, Reza Aghaei Tough * Pages 39-52

    This study is conducted on the effects of leading-edge slat and longitudinal slots in delaying the flow separation. The case study is a conventional wind turbine airfoil and four different types of slots have been investigated. The aerodynamic simulation is performed on the basis of a steady state air flow over the NREL S809 airfoil and the solution is obtained numerically using the structured grids. The results show that at Reynolds number of 1e+6 and an angle of attack equal to 16.22o, with the addition of leading-edge slat, the separation is delayed from x / c = 0.47 to x / c = 0.67 and the lift coefficient is increased by 64% (from 1.17 to 1.92). So, by adding several types of longitudinal slots, it is observed that a sinusoidal slot with 45o of phase lead, has the best performance.Through studying the values of the aperture, depth and location of the sinusoidal slot, the best values of these parameters were obtained as follows: 3% of the chord for the aperture value, 0.5% of the chord for the depth value and 0.85 for the x/c ratio. By completely removing the flow separation, at the mentioned Reynolds number with the same angle of attack, the lift coefficient has 117% increase, reaching the value of 2.54.

    Keywords: Flow Separation, wind turbine blade, Airfoil, longitudinal slot, slat, delaying flow separation
  • Mahdi Keyhanpour, Fatemeh Sadat Mirabedini, Majid Ghasemi * Pages 53-63
    Cardiovascular diseases have been one of the main causes of death throughout the world in recent decades.One of the most common heart diseases is stenotic arteries, which usually appears with middle age. This disease, called atherosclerosis, causes an abnormal reduction in the inside diameter of blood vessels. In this study, the effect of a uniform magnetic field on blood flow and artery walls is investigated. The geometry of the problem is simulated in three dimensions. The governing equations, which include continuity, momentum, ohm’s law, stress-strain of linear elastic material, and fluid-solid interaction with moving mesh method, are defined, coupled, and solved with a finite element code in the Comsol software.The results indicate that the magnetic field has a significant effect on the behavior of blood flow and artery walls. For example, the Hartmann number is inversely related to the blood flow velocity and is directly related to the wall shear stress, the von Mises stress, and the artery wall displacement. It is also observed that the trend of changes with non-Newtonian viscosity model is greater than the Newtonian model.
    Keywords: Stenosis, Hartmann number, Blood Flow, Artery Wall, Fluid-Solid Interaction (FSI), Stress
  • Amirhamzeh Farajollahi *, AliAsghar Naderi, Mohsen Rostami, MohammazReza Salimi Pages 65-78

    In the present research, studies were conducted by a three-dimensional simulation of fluid flow passing around both an undamaged wing and a wing damaged by a bullet (namely a star-shaped damaged wing), using the Ansys-Fluent numerical software. We assumed a viscous, unsteady and incompressible flow to observe the effects of wing damage on aerodynamic performance and coefficients such as the lift and drag coefficients. In order to conduct the study, for the wing consisting of  airfoil, the Reynolds number  value was considered equal to . After meshing and gaining grid independency, the results were validated. Due to the turbulence of the flow regime, we have used the  turbulence model to properly investigate the problem near the wall and outer layers. As a novelty in the present study, in addition to the mentioned model, and turbulence models have also been used to simulate the problem and examine the differences resulting from their usage. The numerical results were validated with the valid results available, as a good agreement was observed. The numerical results show that a star-shaped damaged in the wing leads to reducing the lift force, increasing the drag forces and thus reducing the aerodynamic performance of the wing. Also, the results show that by increasing the angle of attack, a severe star-shaped damage on the wing reduces the lift forces and increases the drag forces.

    Keywords: Bullet shot, Aircraft wing, Numerical Simulation, Star shape model
  • Fatemeh Besharati, Omid Jahanian * Pages 79-100
    In the present study, the effect of viscousdissipation on the flow and conjugate heat transfer of water-alumina nanofluid in a two-dimensional microchannel under the influence of a magnetic field is investigated, using the incompressible lattice Boltzmann method.The upper wall of the microchannel is insulated and uniform heat flux is imposed on the lower wall of the solid region. The investigation has been carried out at Reynolds numbers of 50, 75 and 100, for a nanofluid with 2% volume fraction. The nanoparticle diameters varied from 10 to 50 nm and variable Hartmann numbers ranging from 0 to 30 were considered. The results showed that in the case of ignoring viscous dissipations, using a magnetic field in conjugate heat transfer does not have a significant negative effect on the average Nusselt number, and despite the usual expectation, can increase the Nusselt number, especially at higher Reynolds numbers. It is also noted that the average Nusselt number when ignoring the viscous dissipations, is higher than when these dissipations are taken into account. Hence, the highest Nusselt number in this case, is observed at Reynolds and Hartmann number values of 100 and 30, respectively.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Conjugate Heat Transfer, Nanofluid, Magnetic Field, Viscous Dissipations
  • Farzad Bazdidi Tehrani *, Ebrahim Sharifi Sade, MohammadSadegh Abedinejad Pages 101-111

    In the present article, the influence of alumina nanoparticles addition on the evaporation of diesel fuel droplets in the combustion chamber of the gas turbine model has been numerically investigated. The nano-fuel, resulting from adding the alumina nanoparticles in volume fractions of 0.5 and 1 percent, has been considered as a single-phase fluid. To model the two-phase flow, which is consisted of fuel droplets and inlet air, the Eulerian-Lagrangian approach is applied. In order to investigate the characteristics of the reactive spray flow, Reynolds Averaged Navier-Stokes turbulence approach, discrete ordinates radiation heat transfer model, and steady diffusion flamelet combustion model have been employed. Comparisons between the present results and the existing experimental data have been made to evaluate the obtained accuracy. The results show that, with the addition of alumina nanoparticles, the heat capacity and lifetime of fuel droplets are increased. Also, in the presence of nanoparticles, the penetration depth of the droplets increases, and droplets evaporate in further distances from the inlet boundary. This implies a reduction in the evaporation rate of fuel droplets in the presence of alumina nanoparticles.

    Keywords: Model Combustion Chamber, Two-Phase Flow, Alumina Nanoparticles, Droplet Evaporation
  • MohammadHassan Djavareshkian *, Yeganeh Azargoon Pages 113-124

    In the present study, the ground effect on the dynamics stall of the flapping wing with the bending deflection angle is experimentally investigated in the forward flight.For this purpose, first, a bending deflection mechanism and the installed facilities for the wind tunnel have been designed and fabricated.Then the simple and bending flapping wings are experimentally examined for h/c=1,1.5, flapping frequency 3.5 Hz and different angles of attack from 00 to 22.50 with velocity 3 m/s. Also, to investigate the effect of flapping frequency and distance from surface on lift force, thrust force and loading power of the simple and bending flapping wings with no angle of attack tested for h/c=1,1.5,2, different flapping frequency from0 Hz to 5 Hz and velocity 3 m/s. Results indicated that decreasing the distance from the surface, dynamic stall of the simple flapping wing occurs at lower angles of attack compared to the bending flapping wing. More specifically, in the minimum distance from the surface (h/c = 1), the stall angle of the simple flapping wing and bending flapping wing (with bending deflection angle of 1070) takes place at 12.50 and 150, respectively. The performance of the bending flapping wing is generally better than the simple flapping wing. Besides, by enhancing flapping frequency and decreasing the distance from the surface, aerodynamic forces and loading power increase.

    Keywords: Experimental-aerodynamic, Ground-effect, Stall of flapping wing, Bending deflection, Forward flight, MAVs
  • Reza Babayi, MohammadMehdi Alishahi *, Mojtaba Mirzayi Pages 125-139

    The aerodynamic coefficients of any flying object can be estimated with high accuracy, by aero-ballistic tests, monitored in aerodynamic laboratories. For test-running management, it is necessary to determine the number and type of estimated variables and the station placement of each test. For this purpose, the sensitivity of variables under measurement, in relation to the associated aerodynamic coefficients must be calculated and surveyed. As the trajectory path is a nonlinear equation with six degrees of freedom, in this article we estimate the aerodynamic coefficients and sensitivity of each output to the changes of aerodynamic coefficients using the least square method and fisher data matrix. In other word, if the test data such as the speed and pitch angle are to be measured in an aero-ballistic test, the results of this research can specify their accuracy and sensitivity to each aerodynamic coefficient and the relevant coefficient errors.

    Keywords: Aero-ballistic, Aerodynamics, coefficients identification, least square method, Aerodynamic Coefficients, Sensitivity
  • AmirHossein Zaree Jorshari, MohammadHassan Djavareshkian * Pages 141-158

    In this research three different models of rotational force are evaluated in the study of a hovering fruit fly inspired wing, with combined flapping and pitching motions, using a quasi-static simulation by the blade element method, and the results achieved thereby, are compared with previously published results. Then these models are compared with each other, and the model which has the lowest relative error is introduced. The traditional rotational force model, which depends on the wing's translational velocity, does not consider any rotational force at the beginning and end of the stroke. The new rotational force models which are designed to accurately predict this force also consider a second component for this force which is due solely to wing pitching. In this research, the instantaneous and mean coefficients in the blade element method are compared with published computational fluid dynamics and experimental results. The models are compared in terms of the error in predicting the maximum point on the instantaneous force coefficients curve. The root-mean-square error analysis shows that one of the rotational force models, which includes the two force components described by the Kutta-Joukowski theorem and the force due solely to wing pitching, has higher relative accuracy than other models and can be proposed for quasi-static simulations.

    Keywords: flapping wing, blade elements theory, Quasi-Static Forces, Rotational Force
  • Ali Esmaeili *, Amir Bagheri, Hossein Jabbari Pages 159-175

    The propulsive force in an unmanned aerial vehicle is usually produced by propellers and the UAVs require maximum propulsive force and minimum drag force to perform various operations. The aircraft's performance is influenced by the spinner shape; therefore, accurate analysis of its aerodynamic shape can improve the performance. In this research, the aerodynamic design of the spinner and the geometric parameters effective on the UAV performance are mentioned. The ultimate goal is to use an optimized spinner for dual-propeller UAVs. Initially, the effect of spinner geometry on the aerodynamic features of the pusher propeller is investigated. Then, a numerical simulation based on computational fluid dynamics is done and the outcomes for both the presence and the absence of spinner are compared. In the numerical simulations, the flow field is considered as three-dimensional, unsteady and turbulent, and these results are compared with the published data for verification of the numerical procedure. The research's motivation is to improve five design variables in the design of pusher propeller spinner namely,  (the radius of reference plane),  (the reference length),  (the gap between the spinner and cowling),  (the reference slope angle), and  (the slope angle of spinner cap) and to provide solutions to select the appropriate spinner by an efficient method such as the Taguchi method. This process is followed in such a way as to achieve the desired propeller performance as an objective function. Eventually, the optimum spinner which achieves improved performance, increased propeller propulsion efficiency and declined fuselage drag force is obtained.

    Keywords: Pusher propeller, Spinner, Optimization, Design experiment, Taguchi, Micro aerial vehicle