فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و سوم شماره 9 (آذر 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/01
  • تعداد عناوین: 15
|
  • سید اسماعیل رضوی، حجت داننده اسکوئی* صفحه 1

    در این پژوهش تاثیر برهم کنش شاره-جامد برای جریان همرفت اجباری در کانالی با جریان تراکم ناپذیر دوبعدی بررسی می شود. یک سطح این کانال تبادل گرما داشته و سطح دیگر جامد الاستیک و عایق است. با عبور جریان از سطح گرم و نوسان سطح الاستیک آهنگ گرمای منتقل شده به سیال تغییر می کند. در این حالت آهنگ تبادل گرما به عنوان تابعی از شرایط سطح الاستیک نوسان گر رفتار می نماید، که یکی از این عوامل موثر بر تبادل گرما، دامنه ارتعاش سطح الاستیک می باشد. از این جهت هدف شبیه سازی صورت گرفته، بررسی کاربرد جایگزینی مرز الاستیک با مرز صلب در بخشی از کانال و تاثیر اندازه بیشینه دامنه نوسان سطح الاستیک مرتعش بر آهنگ انتقال گرما است. در کانال مورد بررسی سطح پایین تحت شرط مرزی دما ثابت قرار داشته و سطح بالایی در دو حالت صلب و الاستیک، عایق بوده و با سیال عامل هوا در شرایط مختلف بررسی شده است. معلوم شد که عدد نوسلت میانگین و دمای میانگین هوای خروجی از کانال، با جایگزینی سطح الاستیک با بخشی از مرز کانال صلب افزایش می یابد. همچنین با افزایش بیشینه دامنه نوسان جدار مرتعش، عدد نوسلت میانگین، دمای میانگین سیال خروجی و آهنگ انتقال گرما از سطح دما ثابت به سیال عامل افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: شاره-جامد، مرز الاستیک، همرفت اجباری، جریان تراکم ناپذیر، عدد نوسلت
  • حسین خالقی*، محمدجواد شهریاری، مارتین هنریچ صفحه 2

    در این مقاله یک مدل ریاضی جدید بر پایه مدل مور به منظور پیش بینی سرعت سلول های واماندگی توسعه داده شده است. مدل توسعه داده شده توانایی مدل سازی رفتار ناپایای سلول های واماندگی (تغییرات سرعت و شتاب سلول ها) را دارا است. این در حالی است که مدل مور فقط قابلیت پیش بینی سرعت نهایی سلول واماندگی را دارد. فرضیات صورت گرفته در این پژوهش مانند شمای کلی سیستم، تاخیرهای زمانی در کانال های ورود و خروج و همچنین اغتشاشات کوچک مانند مدل مور در نظر گرفته شده است. در مدل توسعه داده شده ضریب افزایش فشار در زمان بروز واماندگی گردان برای روتور و استاتورها به صورت یک تابع دیفرانسیل مرتبه دو در نظر گرفته شده است که قابلیت های بیشتری به مدل می دهد. مقایسه نتایج آزمایشگاهی و مدل توسعه داده شده نشان می دهد که مدل توسعه داده شده رفتار ناپایای سلول های واماندگی گردان را با دقت خوبی پیش بینی می نماید. به علاوه، مدل حاضر قابلیت بررسی اثر پارامترهایی مانند زاویه استگر، تعداد طبقات کمپرسور و تعداد سلول های واماندگی بر سرعت اولیه سلول واماندگی و شتاب آن را دارا می باشد. همچنین مدل حاضر پیشنهاد می کند که واماندگی گردان کاملا توسعه یافته زمانی تشکیل می شود که تعداد سلول های واماندگی به 1 برسد.

    کلیدواژگان: واماندگی گردان، سرعت سلول واماندگی، کمپرسور محوری، تئوری مور
  • آرام پیری، ساجد هادی بافکر، ایرج میرزایی*، نادر پورمحمود حصار، حسن شیروانی صفحه 3

    رگ کاروتید به دلیل شرایط خاص هندسی، مستعد تشکیل جریان چرخشی و نوسانات جریانی است. دراینمقالههندسه رگ کاروتید حاضر از تصاویر حاصل از سی تی آنژیو یک فرد سالم 19 ساله بدست آمده و مدل سازی عددیجریان آرام ناپایایخون بر روی آن انجام شده است. نتایج عمدتا شامل تنش برشی، غلظت ذراتلیوپروتیین با دانسیته پایین است. ارزیابی هانشانمی دهد کهغلظتتخمینزدهشدهبهوسیلهمدل هایغیرنیوتنیبیش ازنتایجمدلنیوتنیاست. درصد اختلاف غلظت برای مدل کیسون و نیوتنی در شریان کاروتید مشترکحدود 12/5 درصد است.از طرفی براساس نتایج کمی و کیفی، دو قسمت حباب کاروتید و بخش ابتدایی کاروتید خارجی میزبان تشکیل نواحی بازچرخشی است که در این میان حباب کاروتید بیشترین حجم ناحیه ورتکسی را به خود اختصاص می دهد. البته روی هم رفته مدل نیوتنی حجم ناحیه بازچرخش را بیش از مدل های غیرنیوتنی نشان می دهد. بر مبنای نتایج شبیه سازی، علی رغم پایین بودن مقدار فاکتور اهمیت غیرنیوتنی، به دلیل اثرات خواص غیرنیوتنی خون بر روی حجم ناحیه بازچرخش، اینگونه استباط می شودکه لحاظ خواص غیرنیوتنی خون حتی در عروق بزرگ نیز می تواند موجب حصول نتایج دقیق تر گردد.

    کلیدواژگان: انتقال جرم، شریان کاروتید، غیرنیوتنی، جریان گذرا
  • پارسا نظمی، احسان خواصی*، صادق رستمی ده جلالی صفحه 4

    در مطالعه حاضر انتشار جریان گل آلود رهاسازی توده به صورت دوبعدی، تحت تاثیر جریان باد با استفاده از نرم افزاری متن باز، مدل سازی شده است. جهت حل این مسئله از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ به منظور مشاهده دقیق تر پدیده های آشفته، استفاده شده است. با توسعه حل گر دوفازی نرم افزار مذکور به گونه ای که معادلات روش حجم سیال با معادله اسکالر غلظت جفت شوند، مسئله سه فاز به صورت یک فاز مخلوط سیال چگال و آب خالص درکنار فاز هوا شبیه سازی می شود. نتایج نشان می دهد که افزایش سرعت باد سبب کاهش نیروی شناوری محرک جریان گل آلود و هم چنین افزایش درون آمیختگی می شود که معنای آن آلودگی سریع تر نواحی آبی است. این افزایش سرعت باد باعث افزایش تنش برشی دیوار نیز می شود با این تفاوت که مقدار تنش برشی دیوار در سرعت های باد کم، چشم گیر نیست و این خود مانع از تغییر قابل ملاحظه در رفتار رسوب گذاری جریان می شود. با بررسی رفتار رسوب گذاری جریان، مشاهده می شود که در سرعت های باد زیاد، جریان باد موافق با جریان گل آلود، تاثیرات زیان بارتری نسبت به جریان باد مخالف دارد و انباشت رسوب آن بیش تر است.

    کلیدواژگان: جریان باد، جریان گل آلود، پدیده های آشفته، رسوب گذاری، روش حجم سیال
  • عباس افشاری*، علی اکبر دهقان، علی نگهبان برون، احمدرضا ایوبی صفحه 5

    در مطالعه حاضر، کارایی فینلت به عنوان یک روش کنترل غیرفعال نویز لبه فرار به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. طیف فشار سطح، طول مشخصه نوسانات فشار سطح در راستای دهانه بال و سرعت جابجایی ساختارهای گردابه ای در محدوده لبه فرار پارامترهای مهمی در تعیین نویز لبه فرار در دوردست هستند. در این مطالعه جهت اندازه گیری پارامترهای فوق، یک صفحه تخت مجهز به سنسورهای اندازه گیری فشار ناپایای سطح، طراحی و ساخته شده است. استفاده از فینلت ها با فواصل عرضی زیاد، منجر به کاهش طیف فشار سطح در فرکانس های میانی و بالا و افزایش طول مشخصه در راستای دهانه مدل در فرکانس های پایین و میانی شده است. از طرف دیگر، برای فینلت ها با فواصل عرضی کم، در حالی که طیف فشار سطح در فرکانس های بالا به مقدار بیشتری کاهش یافته، افزایش نامطلوبی در فرکانس های پایین تا میانی بوجود آمده است. فینلت های ریز می توانند منجر به کاهش همدوسی عرضی در فرکانس های میانی و بالایی گردند. سرعت جابجایی ساختارهای گردابه ای نیز در پایین دست همه فینلت ها کاهش یافته است. در نهایت با استفاده از مدل تحلیلی امیت-راجر، تغییرات نویز لبه فرار در دوردست ناشی از حضور فینلت های مختلف پیش بینی شده که نتایج نشان دهنده کارایی مناسب فینلت ها در محدوده فرکانس های میانی و بخصوص بالاست.

    کلیدواژگان: فینلت، نویز لبه فرار، لایه مرزی آشفته، طیف فشار سطح، ساختارهای گردابه ای
  • جواد کمری، مهران تاج فر* صفحه 6

    عملگرهای کنترل فعال جریان به شکل دمش پایا و جت مصنوعی برای بهبود شرایط جریان روی بالواره دارای واماندگی استاتیکی مورد استفاده قرار گرفتند. بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک کوپل شده با شبکه عصبی برای یافتن نقطه بهینه عملکردی این دو نوع عملگر که به صورت مماس بر سطح بر روی بالواره با زاویه حمله 16 درجه و عدد رینولدز جریان بر اساس وتر بال برابر 60،000 قرار داده شده اند، صورت داده شد. مکان جایگذاری عملگر، عرض/ قطر دهانه خروجی عملگر، انرژی تزریقی به میدان جریان بوسیله عملگر و نیز فرکانس تحریک آن به عنوان متغیرهای اصلی بهینه سازی در نظر گرفته شدند. نتایج بدست آمده بهبود چشگمیری را در مقادیر مربوط به ضرایب برآ، پسا و کارایی بالواره با بهره گیری از هر دو عملگر کنترل کننده جریان نشان می داد. این بهبود با کاهش چشمگیر و حتی حذف کل ناحیه جدایی شکل گرفته روی بالواره همراه بود و پسای فشاری را بطور چشمگیری کاهش داده و افزایش ضریب برآ و کارایی کلی بالواره را در پی داشت. از سویی دیگر دیده شد که تحریک ناپایا میدان جریان با استفاده از جت مصنوعی ضمن کاهش مقدار مومنتوم تزریقی، بهبود بیشتری را در ضرایب آیرودینامیکی کارایی و پسای بالواره  به همراه دارد. همچنین خصوصیات میدان با حضور این دو عملگر فعال جریان بررسی و با حالت بدون کنترل مقایسه شد.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، کنترل فعال جریان، جت دمشی، جت مصنوعی، الگوریتم ژنتیک
  • علی احمدپور*، آرمان خوشنویس صفحه 7

    در پژوهش حاضر، شبیه سازی عددی عبور جریان دایمی خون در مدل دوشاخگی غیرصفحه ای با سه شدت گرفتگی ملایم (%20)، متوسط (%50) و شدید (%80) انجام شده است. در این تحقیق، اثر روان شدگی برشی خون با مدل کریو-یاسودا شبیه سازی و از خواص ویسکوپلاستیک آن صرف نظر شده است. همچنین دو هندسه ی هم مرکز و خارج از مرکز برای گرفتگی در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده از این مقاله نشان می دهد که لزجت غیرنیوتنی در مقایسه با لزجت نیوتنی، تفاوت های قابل توجهی در خطوط جریان ثانویه داشته و روان شدگی برشی به نحوی در خطوط جریان ثانویه تاثیر گذاشته بطوری که گردابه ها در مقطع میانی گرفتگی و پس از آن یا تشکیل نشده یا اندازه ی کوچک‎تری داشته اند. همچنین، سرعت محوری در شاخه ی غیرمسطح با افزایش درصد گرفتگی، کاهش یافته و در نهایت، حداکثر تنش برشی دیواره ای با لزجت نیوتنی در قیاس با لزجت غیرنیوتنی، خطای قابل توجهی داشته و مقادیر تخمین زده شده توسط آن در اکثر موارد کمتر از لزجت غیرنیوتنی بوده است. این اختلاف تا %37 برای یک گرفتگی با شدت %80 نیز می رسد. همچنین، تغییرات سرعت و نرخ برش ناشی از عبور گرفتگی، سبب می شود تا مدل سازی لزجت غیرنیوتنی نقش مهمی را در تعیین خطوط جریان و اندازه سرعت ایفا نماید. به علاوه، با افزایش درصد گرفتگی، اثر انحنای رگ که موجب انحراف میدان سرعت به دیواره بیرونی می شود کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: جریان سیال غیرنیوتنی، دوشاخگی غیرمسطح، گرفتگی موضعی عروق، تنش برشی دیواره، دینامیک سیالات محاسباتی
  • داود مختاری، محمد حججی*، مسعود افرند صفحه 8

    در این پژوهش اثر یک برآمدگی استوانه ای شکل بر بردار پیشرانش یک جت مافوق صوت به عنوان یک روش جدید در کنترل بردار پیشران مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور یک نازل همگرا-واگرا طراحی و ساخته شد. این نازل به صورتی است که عدد ماخ اسمی خروجی آن در شرایط انبساط کامل 2 می باشد. دیواره این نازل برای اندازه گیری تغییرات فشار مجهز به سوراخ های فشار شده است. همچنین، در دیواره نازل مجرایی برای اعمال یک برآمدگی در درون نازل ایجاد شده است. از سنسورهای فشار برای اندازه گیری فشار و همچنین، از سیستم شلرین برای بررسی میدان جریان خروجی از نازل بهره برده شده است. فشار کل محفظه آرامش در تمام آزمایش ها ثابت بوده و نسبت فشار نارل برابر 6/6 می باشد. از کد عددی سه بعدی و چند بلوکی برای مدل سازی جریان استفاده شده است. همچنین، از مدل آشفتگی کا اپسیلون آر ان جی برای مدلسازی جریان درون نازل استفاده شده است. از یک شبکه بی سازمان برای شبکه بندی درون نازل و محیط بیرون استفاده شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که عمق نفوذ برآمدگی در میدان جریان تاثیر چشمگیری بر میزان انحراف و حتی جهت انحراف جریان جت خارج شده از نازل همگرا-واگرا دارد. بیشترین میزان انحراف جریان جت خروجی از نازل برابر با 9/8 درجه بوده که در میزان نفوذ برآمدگی برابر با  اتفاق افتاده است. بعلاوه، این نتایج نشان می دهد که با افزایش میزان نفوذ برآمدگی در درون نازل، میزان پیشرانش محوری نازل اندکی کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: بردار تراست، نازل همگرا-واگرا، برآمدگی، مافوق صوت، آیرودینامیک تجربی و عددی
  • محمدمهدی گرجی، مهدی مشرف دهکردی*، ابراهیم افشاری، ایثار دشتی صفحه 9

    یکی از مشکلات اساسی در شبیه سازی لوله های حرارتی بالا بودن هزینه محاسباتی و زمان اجرای آن ها است که عملا فرآیند مطالعه پارامتری را مختل می کند. در اینجا برای حل مشکل مذکور از یک مدل با چند جریان تک فاز به جای استفاده از مدل جریان چند فازی استفاده شده است. در حقیقت با اعمال یک مجموعه شرط داخلی و همچنین عبارت های منبع معادلات مربوط به جریان های تک فاز مایع و تک فاز بخار با یکدیگر کوپل شده و حل می شوند. با انجام یک مجموعه مطالعه پارامتری روی لوله حرارتی رسانایی متغیر با مخزن سرد، میزان تاثیر عوامل مختلف از جمله نرخ حرارت ورودی، دمای مدفن حرارتی، جرم گاز غیرقابل چگالش روی عملکرد این تجهیز مشخص شده است. برای لوله حرارتی رسانایی متغیر بررسی شده نتایج عددی نشان می دهد که دمای مدفن حرارتی بیشترین تاثیر را بر توزیع دمای متوسط دیواره، ضریب انتقال حرارت کلی، طول فعال چگالنده و دمای متوسط آن دارد؛ به طوری که در هر مرحله افزایش دمای مدفن حرارتی به میزان (K) 10، دمای متوسط دیواره به میزان (K) 6/4، ضریب انتقال حرارت کلی به میزان (W/ (m2.K)) 170/6، طول فعال چگالنده در حدود (mm) 48 و دمای متوسط آن (K)6/6 افزایش می یابد. بالاترین میزان رشد مقاومت حرارتی با افزایش تخلخل حاصل می شود؛ در هر مرحله افزایش تخلخل به میزان0/25، مقاومت حرارتی (K/W) 15/6 افزایش می یابد که به دلیل کاهش رسانایی حرارتی موثر فتیله است.

    کلیدواژگان: لوله حرارتی، رسانایی متغیر، گاز غیرقابل چگالش، طول فعال چگالنده، مدل تک فازی
  • بهنام نیلفروشان دردشتی، محمدمحسن شاه مردان*، محسن نظری صفحه 10

    در این مقاله به بررسی انتقال حرارت جابجایی نانوسیال آب/ Fe3O4 در کانال با سطح مقطع مربعی با ابعاد cm1⨯cm1⨯cm80 تحت تاثیر شار حرارتی یکنواخت در جریان آرام فروسیال در حضور میدان مغناطیسی پرداخته می شود. ابتدا به تولید فروسیال با درصدهای حجمی %0/5 و %1 ، بررسی کیفیت فروسیال و روش تولیدی پرداخته می شود. نتایج آزمون های پتانسیل زتا و اشباع مغناطیسی فروسیال نشان از کیفیت و پایداری فروسیال تولیدی دارد. خواص ترمو فیزیکی فروسیال ساخته شده با روابط تجربی موجود مقایسه و ارزیابی می شوند. انتقال حرارت جابجایی فروسیال تولیدی تحت تاثیر شارهای حرارتی کل 546 - 134 وات، بدون حضور میدان مغناطیسی خارجی بررسی و سپس تاثیر میدان مغناطیسی خارجی بر انتقال حرارت فروسیال با درصد حجمی%0/5، تحت تاثیر شار حرارتی کل 1258/2 وات مطالعه می شود. میزان افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی نسبت به آب خالص، بدون وجود میدان خارجی، برای فروسیال با درصد حجمی %1، تحت شار حرارتی کل 134 وات، معادل %30، تحت شار حرارتی کل 545 وات، معادل %48 و تحت شار حرارتی کل 321/3 وات، معادل %38  می باشند. در شار حرارتی 1258/2 وات و برای فروسیال با غلظت %0/5، ضریب انتقال حرارت جابجایی در حضور میدان مغناطیسی خارجی نسبت به حالت عدم وجود میدان %3/16 رشد دارد.

    کلیدواژگان: میدان مغناطیسی، جریان آرام، انتقال حرارت، عدد ناسلت، فروسیال
  • سعید رخشا، مهران رجبی زرگرآبادی*، سیف الله سعدالدین صفحه 11

    هدف اصلی این پژوهش بررسی اثر نوسانی کردن جت ورودی بر میزان انتقال حرارت جت برخوردی در فاصله های کم از سطح مقعر می باشد. به این منظور شبیه سازی سه بعدی جریان و انتقال حرارات جت نوسانی سینوسی در فواصل جت تا سطح برخورد 0/5 تا 4 برابر قطر جت و برای اعداد رینولدز 7000 و 14000 به انجام رسید. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی تطابق مناسبی، با نتایج آزمایشگاهی جت پایا دارد. نتابج نشان می دهد اثر نوسانی کردن جریان با تابع سینوسی در فاصله های کم بین جت و صفحه مقعر کاهش می یابد. به طوری که در فاصله 4 برابری قطر جت از سطح برخورد، نوسانی کردن جت سینوسی منجر به افزایش 10درصدی ناسلت متوسط سطح گردید در حالی که این مقدار برای فاصله 0/5 برابری قطر جت، برابر 5 درصد می باشد. بررسی اثر نوسان بر عدد ناسلت نشان داد که با نوسانی کردن جریان با جت نوسانی سینوسی، ابتدا ناسلت کاهش می یابد، و سپس با افزایش فرکانس نوسان جت ورودی، عدد ناسلت افزایش می یابد. با مشاهده نتایج، می توان دریافت که با افزایش فاصله بین سطح و جت ورودی، عدد ناسلت به صورت محسوسی کاهش می یابد. این میزان کاهش، در جریان نوسانی در مقایسه با جت پایا کمتر است.

    کلیدواژگان: جت برخوردی، جت نوسانی سینوسی، صفحه مقعر، انتقال حرارت، عددناسلت
  • حامد زینی وند، هادی رضایی، محمد فرشچی* صفحه 12

    در مقاله حاضر اثرات مربوط به برهمکنش جت چگالی بالا اکسیژن مایع با جریان سرعت بالای هیدروژن در حضور پدیده شبه-جوشش مورد بررسی قرار گرفته است. در اثر پدیده شبه-جوشش یک انبساط ناگهانی در شعله ایجاد می شود که منجر به تشکیل جریان های چرخشی می شود. مدل های آشفته مختلف مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده است که انتخاب یک مدل آشفتگی مناسب در جریان های واکنشی گذر-بحرانی بسیار حیاتی تر از شعله های زیر بحرانی و فرا-بحرانی می باشد. همچنین بر خلاف انتظار، هسته چگال اکسیژن مایع در جریان غیر واکنشی سریعتر از جریان واکنشی ناپدید می شود که این پدیده ناشی از ضعیف شدن قدرت اختلاط در جریان واکنشی به دلیل انبساط شدید ناشی از پدیده شبه جوشش می باشد. اثرات نسبت شار جرمی نیز مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که با افزایش نسبت شار جرمی از 5 به محدوده 24، یک جریان چرخشی قوی در پیشانی شعله شکل می گیرد و شعله به شکل حبابی در می آید که مشابه شعله متان-اکسیژن مایع می باشد. افزایش نسبت شار جرمی منجر به افزایش قدرت لایه برشی شده و در نتیجه با افزایش اختلاط، پدیده شبه جوشش با نرخ و سرعت حجم بیشتری رخ می دهد. در نهایت افزایش حجم تبدیل اکسیژن از شرایط مایع-مانند به گاز-مانند منجر به تشکیل یک جریان گردابی قدرتمند در پیشانی شعله می شود.

    کلیدواژگان: پاشش گذر-بحرانی، احتراق فرا-بحرانی، پدیده شبه جوشش، مدل های آشفتگی، پیشرانه های کرایوژنیک
  • امین آصفی، جواد محمودی مهر* صفحه 13

    یکی از روش های بهبود اختلاط سوخت و هوا در یک شعله نفوذی گازی، تولید گردابه های هدفمند و ایجاد چرخش در جریان به کمک مانع سرمشعل است. در مطالعه حاضر، به بررسی عددی تاثیر شعاع، ضخامت و محل مانع جریان دیسکی شکل بر عملکرد یک مشعل نفوذی گازی با سوخت متان پرداخته می شود. این بررسی هم در شرایط اختلاط سرد و هم در شرایط اختلاط گرم (با فعالسازی واکنش احتراقی) انجام می پذیرد. صحت شبیه سازی حاضر از طریق مقایسه با اطلاعات تجربی ارزیابی می شود. نتایج حاکی از تاثیر محسوس پارامترهای مذکور بر بزرگی و قدرت گردابه های پایین دست مانع بوده و وابستگی مستقیمی میان وسعت گردابه های درونی و بیرونی و نرخ اختلاط سوخت و هوا مشاهده می شود. همچنین نتایج نشان می دهد حساسیت الگوی جریان و نرخ اختلاط سوخت و هوا به تغییر شعاع مانع در مقایسه با تغییر ضخامت آن بیشتر می باشد. بر اساس نتایج شبیه سازی های اختلاط گرم و با توجه به وابستگی نرخ واکنش شیمیایی به نرخ اختلاط آشفتگی، اختلاط های سریعتر سوخت و هوا با کاهش طول شعله همراه می باشد. از میان هندسه های مورد بررسی، مانع دیسکی شکل با شعاع 6 میلی متر، ضخامت 5 میلی متر و در فاصله 5 میلی متری از دهانه کانال هوا، بهترین نرخ اختلاط را موجب می شود.

    کلیدواژگان: شعله نفوذی گازی، مانع جریان، شبیه سازی عددی، اختلاط سوخت و هوا
  • آیدا ارومیه ای، مهران عامری*، محمدحسن نوبختی، مسعود زارع، سعید عدالتی صفحه 14

    یکی از فرآیندهای موردتوجه جهت تبدیل گرمای اتلافی به توان، استفاده از حرارت اتلافی گازهای خروجی از کوره قوس الکتریکی است، که نوسان های زیادی از دو جهت درجه حرارت و نرخ جریان دارند. در این مطالعه ترکیب سیکل رنکین آلی با سیستم بازیافت حرارت جهت بازیافت حرارت گازهای دما پایین کوره قوس الکتریکی موردبررسی قرار گرفته است. اثر جمع کننده بخار بر روی کاهش نوسانات توان حرارتی خروجی از بویلر بازیافت حرارتی، نشان داده شده است. مدل ترمودینامیکی جمع کننده بخار، بر اساس مدل عدم تعادل حرارتی بین فاز مایع و بخار، شبیه سازی شده است. تغییرات فشار داخل جمع کننده بخار با دبی های جرمی مختلف بخار خروجی از آن بررسی شده است. با دبی خروجی 2/84 کیلوگرم بر ثانیه از جمع کننده توان حرارتی ثابت و پیوسته ای در مدت چهار فرآیند شبیه سازی شده از کوره قوس الکتریکی در دسترس است. سیستم بازیافت حرارت و سیکل رنکین آلی از دیدگاه انرژی و اگزرژی در حالت گذرا مورد مطالعه قرار گرفته اند. بازده انرژی و اگزرژی کل سیستم با سه سیال عامل ام ام، تلوین و آر 245اف آ سیکل رنکین آلی محاسبه شده است. سیال تلوین با بازده حرارتی و اگزرژی به ترتیب 16/4 و 27/1 درصد  نسبت به دو سیال عامل دیگر گزینه مناسبی جهت استفاده در سیکل رنکین آلی است.

    کلیدواژگان: بازیافت حرارت اتلافی، سیکل رنکین آلی، کوره قوس الکتریکی، جمع کننده بخار، اگزرژی
  • تابان مهر قرائتی، علی مومنی موحد، محمد آزادی*، سید اشکان موسویان صفحه 15

    چرخه های رانندگی داده هایی بر حسب سرعت و زمان هستند که از آن ها در طراحی خودروها، مدیریت حمل و نقل و سوخت، تبیین و بهسازی شاخص های استاندارد استفاده می شود. در این پژوهش، چهار چرخه رانندگی ترکیبی بر اساس داده های واقعی استخراج گردید. برای رسیدن به این هدف، داده برداری با استفاده از یک خودروی سواری با موتور بنزین سوز به روش تعقیب خودرو ، در مسیری از تهران به آمل، تحت شرایط رانندگی واقعی انجام شد. پس از آن در نرم افزار متلب، با استفاده از الگوریتم های ماشین بردار پشتیبان و میانگین کی و با در نظر گرفتن مقادیر میان برد و میانگین به عنوان مراکز دسته ها، یک کد برای تولید چرخه های مورد نظر، و محاسبه پارامترهای مشخصه ی آن ها، نظیر سرعت متوسط، درصد زمان پیمایش خودرو در حالت های درجا، بدون شتاب، شتابگیری مثبت و منفی ایجاد شد. سپس این چرخه ها بر اساس میانگین خطای نسبی، خطای ریشه میانگین مربع و آزمون مربع چی با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان داد اگرچه، چرخه های استخراج شده توسط ماشین بردار پشتیبان به بازه زمانی مجاز (کمتر از 1800 ثانیه) نزدیک ترند، اما چرخه استخراج شده توسط الگوریتم میانگین کی و میانگین به عنوان مراکز دسته های ایجاد شده، کمترین خطاها را ثبت نموده است. این چرخه علاوه بر آن که بیشتر زمان خود را در حال حرکت شتابدار بوده است، دامنه نوسانات شتابی وسرعتی بیشتری را نسبت به دیگر چرخه های مورد مقایسه گزارش نمود.

    کلیدواژگان: چرخه رانندگی، ماشین بردار پشتیبان، الگوریتم میانگین کی، چرخه ترکیبی، دسته بندی و طبقه بندی
|
  • Seyed Esmail Razavi, HOJJAT DANANDEH OSKUEI * Page 1

    In this study, the effect of fluid-solid interaction on forced convection flow in a channel with the two-dimensional incompressible fluid flow is investigated. One surface can exchange heat and the other is elastic and insulated. As the fluid flows through the hot and oscillating elastic surfaces, the rate of heat transfer to the fluid varies. In this case, the heat exchange rate behaves as a function of the conditions of the oscillating elastic surface, one of the factors affecting the heat exchange is the vibration amplitude of the elastic surface. Therefore, the aim of the simulation is to investigate the application of the replacement of the elastic boundary with the rigid boundary in a part of the channel and the effect of the maximum size of the amplitude of vibration of the vibrating elastic surface on the heat transfer rate. It was found that the average Nusselt number and the average temperature of the air leaving the channel increase with the replacement of the elastic surface with a part of the rigid channel boundary. Also, with increasing the maximum amplitude of oscillation wall vibration, the Naselt number, the average temperature of the output fluid, and the rate of heat transfer from the constant temperature level to the operating fluid increases.

    Keywords: Fluid-solid, Elastic boundary, forced convection, Incompressible flow, Nusselt number
  • Hossein Khaleghi *, MohammadJavad Shahriyari, Martin Heinrich Page 2

    In this paper, a new model is developed for rotating stall in low speed axial compressors and fans. The theory is developed from Moore’s theory. The modified model makes it possible to predict the transient behavior of the stall cells, which is not possible with Moore’s theory. The general assumptions such as the layout of the compression system, the lags in the entrance and exit ducts, and the small disturbances are assumed to be similar to those of Moore’s theory. However, a second order hysteresis is used in the current work for the pressure rise of the rotor and stator rows. Comparing the experimental results with the theory shows that the modified model can predict the transient behavior of the stall cells fairly accurately. Furthermore, the current model makes it possible to study the effects of different parameters such as the stagger angle, number of stages, and number of stall cells. It has been suggested in the current study that the number of stall cells should reduce to one in a fully developed rotating stall pattern.

    Keywords: Rotating stall, Stall cell speed, Axial compressor, Moore’s theory
  • Aram Piri, Sajed Hadi Bafekr, Iraj Mirzaee *, Nader Pormahmod Hesar, Hassan Shirvani Page 3

    The common carotid artery is a large vessel which supplies oxygenated blood to the large front of the brain. The artery geometry is extracted from computed tomography angiography images of a healthy 20-year-old volunteer. ANSYS-Fluent commercial software is utilized to simulate the blood transient laminar flow in common, external and internal carotid arteries. In addition to the Newtonian viscosity model, two non-newtonian generalized power law and the modified Casson models have been selected for comparison. The quantitative and qualitative results include the distribution of the low density lipoprotein concentration, the wall shear stress and its fluctuations, and the volume and shape of the recirculation zone. Computations show that the low density lipoprotein Concentration estimated by non-Newtonian models is higher than by the Newtonian model. On the other hand, the carotid bulb and the beginning part of the external carotid artery, contain a large volume of the recirculation flow. Also, the low density lipoprotein particles concentration Comparison between the two modified Casson and Newtonian models in the common carotid artery zone shows the difference of about 12.5 percent. The results of this study show that the vortex region volume and shape are changed during the cardiac period cycle. The findings also reveal that Newtonian and non-Newtonian models present different results in predicting the flow parameters and secondary flow estimation.

    Keywords: Unsteady flow, Non-Newtonian, Carotid artery, mass transport
  • Parsa Nazmi, Ehsan Khavasi *, Sadegh Rostami Dehjalali Page 4

    In the present study, the two-dimensional lock-exchange turbidity current under the influence of wind flow is modeled using open-source software. To solve this, the large eddy simulation method has been used in order to observe turbulent phenomena more accurately. By developing the two-phase solver of the software so that the equations of the volume of fluid method are coupled with the scalar equation of concentration, the three-phase problem is simulated as a phase of a mixture of dense fluid and pure water next to the air phase. The results show that an increase in wind speed reduces the buoyancy force driving the turbidity current and increases the entrainment, which means faster pollution of water areas. This increase in wind speed also increases the wall shear stress, with the difference that the amount of wall shear stress at low wind speeds is not significant. So this prevents a significant change in the deposition behavior of the current. Studying the current's sedimentation behavior, showed that at high wind speeds, the co-current wind flow corresponding to the turbidity current has more harmful effects than the reverse wind flow and its sediment accumulation is getting higher.

    Keywords: Wind flow, Turbidity current, Turbulent phenomena, Sedimentation, Volume of Fluid Method
  • Abbas Afshari *, AliAkbar Dehghan, Ali Negahban.B, Ahmadreza Ayoobi Page 5

    In the present study, the efficiency of the finlet as a means of passive trailing-edge noise control has been experimentally investigated. Surface pressure spectra, spanwise length scale, and eddy convection velocity in the trailing-edge region are important parameters in determining far-field trailing-edge noise. In the present study to measure the above parameters, a flat-plate model equipped with unsteady surface pressure transducers has been designed and built. Results have shown that the flow behavior downstream of the finlets is strongly affected by the spacing between the finlets. The use of finlets with coarse spacing leads to a reduction in the surface pressure spectrum at mid to high frequencies and an increase in the spanwise length scale at low to mid frequencies. On the other hand, for the finlets with fine spacing, while the surface pressure spectrum has been further reduced at high frequencies, there has been an undesirable increase at low to mid frequencies. Moreover, fine finlets can significantly reduce the coherence and eddy convection velocity at mid to high frequencies. Finally, the Amiet-Roger model has been used to evaluate the changes in far-field trailing-edge noise and the results have shown the effectiveness of finlets in the mid and especially high frequency range.

    Keywords: Finlet, trailing-edge noise, Turbulent boundary layer, Surface pressure spectra, Eddy
  • Djavad Kamari, Mehran Tadjfar * Page 6

    Continuous blowing and synthetic jet actuators were implemented to investigate their effects on a fully stalled airfoil. An opening tangential to the boundary layer configuration was installed over the suction surface of the Selig-Donovan airfoil at the angle of attack of 16° and Reynolds number of 60,000. An optimization analysis was carried out to look for the optimum operational design point. Genetic algorithm, artificial neural network, and computational fluid dynamic simulations were combined to perform the optimization. Inserting location, opening diameter, velocity amplitude, and synthetic jet frequency were considered as design variables. Results indicated a significant improvement in aerodynamic characteristics, performance, and lift and drag coefficients. Using unsteady actuation caused a better improvement in aerodynamic characteristics compared to the steady case and also led to a remarkable reduction in the applied momentum coefficient. Contours of different flow field parameters were depicted for both cases and their similarities and dissimilarities were identified. Moreover, the synthetic jet actuator displayed a lower increase in the friction coefficient than the continuous blowing actuator. Therefore, it showed a higher performance improvement in comparison with the continuous blowing jet.

    Keywords: optimization, Active flow control, Synthetic Jet, Constant Blowing, genetic algorithm
  • Ali Ahmadpour *, Arman Khoshnevis Page 7

    In the present study, numerical simulation of the steady blood flow through the carotid artery with a non-planar geometry model and considering mild (20%), moderate (50%), and severe (80%) occlusion was performed. In this research, the shear-thinning behavior of the blood fluid is incorporated by the Carreau–Yasuda model, and the viscoplasticity of blood was ignored. Furthermore, concentric and eccentric geometries were considered for stenosis. By comparing the non-Newtonian and Newtonian viscosity results, significant differences were found in the secondary flow lines. Shear-thinning behavior affects the secondary flow lines so that the vortices are either not formed or are smaller in size in the middle of the stenosis and subsequent sections. Moreover, axial velocity profiles in the non-planar branch decreased by increasing stenosis percentage, and in estimating the maximum wall shear stress, the Newtonian model had a significant error compared to the non-Newtonian one, and the estimated values by the Newtonian model were less than the non-Newtonian in most cases (up to 37% for an 80% stenosis). In addition, variation of velocity and shear rate caused by stenosis reveals the importance of the non-Newtonian model in calculating streamlines and velocity magnitudes. Plus, as the percentage of stenosis increased, the vessel's curvature effect, which causes the velocity field to deviate to the inner wall, decreased.

    Keywords: Non-Newtonian blood flow, Non-planar bifurcation, atherosclerosis, wall shear stress, computational fluid dynamics
  • Davood Mokhtari, Mohammad Hojaji *, Masoud Afrand Page 8

    In this study, the effect of protuberance on the thrust vector of a supersonic jet was investigated as a new method in thrust vector control. For this purpose, a convergent-divergent nozzle was designed and fabricated. This nozzle is such that the nominal Mach number in the nozzle exit in full expansion condition is 2. The wall of the nozzle is equipped with pressure holes to measure pressure variations. Also, there is a hole on the nozzle wall to apply a protuberance inside the nozzle. Pressure sensors for pressure measurement and also the Schlieren system are used to check the outlet flow field. The total pressure in all experiments is constant and equal to NPR=6.6. Three-dimensional and multi-block numerical code is used for flow modeling. Also, the turbulence model k-ε, RNG is used to model the nozzle flow. An unstructured mesh has been used for modeling the flow field within the nozzle and the outside domain. The results of this study show that the depth of penetration of the protuberance in the flow field has a significant effect on the amount of deviation and even the direction of the jet stream exited from the convergent-divergent nozzle. The maximum deviation of the jet outlet from the nozzle is 9.8 degrees, which is equal to a penetration ratio of 0.4. In addition, these results indicate that with the increase in protuberance penetration within the nozzle, the nozzle axial thrust has slightly decreased.

    Keywords: Thrust vector, convergent-divergent nozzle, Protuberance, Supersonic, Experimental aerodynamics
  • MohammadMahdi Gorji, Mahdi Mosharaf Dehkordi *, Ebrahim Afshari, Isar Dashti Page 9

    The heat pipes are usually simulated by using a two phase model and a model describing the phase-change process. The computational costs of the two-phase approaches are relatively high and the model generally needs small-size time steps, which leads to a long simulation run times in the order of several days. In the present study, a variable conductance heat pipe is simulated by using a set of single-phase fluid flow models. It is shown that the proposed approach needs to a simulation time in the order of minutes that considerably facilitates the parametric study process of the variable conductance heat pipe. The effect of heat rate, sink temperature, mass of non-condensable gas, vapor radius, and wick porosity on the performance of variable conductance heat pipe are investigated. For the considered variable conductance heat pipe, the obtained numerical results indicate that sink temperature has the greatest effect on distributions of average wall temperature, overall heat transfer coefficient, the active length of condenser, and its average temperature. By increasing the sink temperature of 10, the active length of condenser is increased about 48 and average wall temperature is increased about 6.4.

    Keywords: Variable conductance heat pipe, Non-condensable gas, Single-phase approach, Condenser active length, Wick porosity
  • Behnam Nilforooshan Dardashti, MohammadMohsen Shahmardan *, Mohsen Nazari Page 10

    This study aimed to investigate the heat transfer of water/Fe3O4 nanofluid in a square cross-sectional channel with dimensions of 80 cm ⨯1 cm ⨯1 cm under the influence of a uniform heat flux perpendicular to the laminar flow of ferrofluid in the presence of a magnetic field. Firstly, the production of ferrofluid with concentrations of 0.5 vol.% and 1vol.%, their quality, and the quality of the production method was investigated. The results of zeta potential and vibrating-sample magnetometer tests show the good quality and stability of the produced ferrofluid. The thermophysical properties of the made ferrofluid are compared and evaluated with existing experimental correlations. The heat transfer of the produced ferrofluids under the influence of heat fluxes of 134-546 Watts is investigated in the absence of an external magnetic field. Then, the effect of the external magnetic field on the heat transfer at 0.5 vol.%, under the influence of a total heat flux of 1258.2 Watts is investigated. The magnitude of increase of heat transfer coefficient compared to pure water, without external field, for ferrofluid with 1 vol.%, under total heat fluxes of 134, 545, and 321.3 Watts, are 30%, 48%, and 38% respectively. At a heat flux of 1258.2 Watts, the heat transfer coefficient in the presence of an external magnetic field increases by 3.16% at 0.5 vol.% compared to the absence of a magnetic field.

    Keywords: magnetic field, Laminar flow, heat transfer, Nusselt number, Ferrofluid
  • Saeed Rakhsha, Mehran Rajabi Zargarabadi *, Seyfolah Saedodin Page 11

    The main purpose of this study is to investigate the effect of the pulsating of the inlet jet on the heat transfer rate short distances of the nozzle from the concave surface. For this purpose, three-dimensional simulation of flow and heat transfer of sinusoidal pulsed jets on the concave surface has been performed at distances of 0.5 times of nozzle diameter to 4 and for Reynolds numbers of 7000 and 14000. The results of the numerical simulation are in good agreement with the experimental results of the steady jet. The result shows that the effect of pulsating the flow with the sine function decreases at short distances between the jet and the concave surface. So that at a distance of 4 times of nozzle diameter, pulsating jet led to a 10% increase in the average Nu, while this value is equal to 5% for a distance of 0.5 times of nozzle diameter. It can be found that pulsating the flow decreases Nu at low frequencies, and then with increasing the frequency of the pulsed jet, the Nu number increases. Furthermore, with increasing the distance between the surface and the inlet jet, the Nu number decreases significantly. This rate of reduction is lower in comparison to the steady jet.

    Keywords: Sinusoidal pulsed jets, Concave surface, Impinging jet, heat transfer, Nu number
  • Hamed Zeinivand, Hadi Rezaei, Mohammad Farshchi * Page 12

    In the present paper, the effects of the interaction of a high-density liquid oxygen jet with high-velocity hydrogen in the presence of a pseudo-boiling phenomenon are investigated. The pseudo-boiling phenomenon causes a sudden expansion in the flame, which leads to the formation of a recirculation zone. Different turbulence models have been investigated and it has been shown that the selection of a suitable turbulence model for the trans-critical reacting flow is much more important than subcritical and supercritical flames. Also, contrary to expectations, the dense core of liquid oxygen disappears faster in the non-reacting case than the reacting flow, which is due to the displacement of the mixing layer in the reacting flow due to the intense expansion (because of the pseudo-boiling phenomenon). The effects of mass flux ratio were also investigated and it was observed that by increasing the mass flux ratio from 5 to 24, a strong recirculation is formed at the flame front and the flame becomes like a bubble, similar to LOX-GCH4 flame. Increasing the mass flux ratio leads to an increase in the strength of the shear layer that causes the pseudo-boiling phenomenon to occur at a higher rate. Finally, increasing conversion of the liquid-like oxygen to gas-like conditions leads to the formation of a strong vortex in the flame front.

    Keywords: Cryogenic propellants, Transcritical injection, Pseudo-boiling phenomenon, supercritical combustion
  • Amin Asefi, Javad Mahmoudimehr * Page 13

    One way to improve air-fuel mixing in a gas diffusion flame is to produce targeted vortices and circulate the flow using a bluff body. In this study, the influences of radius, thickness, and location of a disk-shaped bluff body on the performance of a methane gas diffusion flame are numerically studied. This investigation is carried out under both cold mixing and hot mixing (with combustion reaction) conditions. The present simulation is verified against experimental data. The results show the substantial influence of the mentioned parameters on the size and intensity of downstream vortices, and a direct dependence is observed between the sizes of inner and outer recirculation zones and air-fuel mixing. It is also observed that the flow pattern and level of air-fuel mixing are more dependent on the bluff body’s radius than its thickness. Based on the hot mixing simulation results and regarding the dependence between the rates of the chemical reaction and turbulence mixing, the higher rate of air-fuel mixing is associated with the decreased flame length. Among the cases investigated, the bluff body with a radius of 6mm, the thickness of 5mm, and axial location of 5mm away from the air channel exit results in the best air-fuel mixing.

    Keywords: Gas diffusion flame, Bluff body, Air-fuel mixing, numerical simulation
  • Aida Orumiyeh E, Mehran Ameri *, MohammadHasan Nobakhti, Masud Zareh, Saeed Edalati Page 14

    In this study, the hybrid of organic Rankine cycle with heat recovery system of low temperature gases in Electric Arc furnace has been investigated. Moreover, the effect of the steam accumulator on stabilizing the mass and heat of exhaust gases of the heat recovery boiler is shown. Hence, constant thermal power has been achieved for a longer period of time for the organic Ranking cycle. The steam accumulator thermodynamic model is simulated based on the non - equilibrium thermal model for the liquid and vapor phases. Furthermore, the steam accumulator pressure variations with different mass outflow rates have been investigated. Constant and continuous thermal power has been reached with an output mass flow rate of 2.84 kg/s during four processes of the electric arc furnace. The transient state of the aforementioned hybrid system has been studied from the energy and exergy points of view. The energy and exergy efficiencies of the whole system are calculated with three working fluids Hexamethyldisiloxane, Toluene, and R245fa of the organic Ranking cycle. Toluene with thermal and exergy efficiencies of 16.4% and 27.1%, respectively, is suitable for use in the organic Ranking cycle compared with the other two fluids.

    Keywords: Waste heat recovery, Organic Rankine cycle, Electric Arc Furnace, steam accumulator, Exergy
  • Tabanmehr Qaraati, Ali Momeni Movahed, Mohammad Azadi *, Seyed Ashkan Moosavian Page 15

    Driving cycles represent the vehicle speed as a function of time and are used in vehicle design, fuel management, and the improvement of standard indicators. In this study, four combined driving cycles were extracted using real data. The data was collected from a passenger car with a gasoline engine under real driving conditions while driven from Tehran to Amol based on the car chasing method. A code was generated in MATLAB software to create the desired cycle using support vector machine and K-means algorithms considering mid-range and mean values as group centers. The characteristic parameters of the cycles such as the average speed and the percentage of the car travel time at idle, cruise, accelerating, and decelerating conditions were also calculated. These cycles were compared based on the mean relative error, the root-mean-square error, and the Chi-square test. The results showed that the cycles extracted by the support vector machine were closer to the allowable time interval (less than 1800 seconds); however, the cycle extracted by the K-means algorithm with the mean value as the centers of the generated categories, recorded the least errors. This cycle, in addition to spending most of its time in accelerated motion, represented a greater amplitude of acceleration and velocity fluctuations than other cycles.

    Keywords: Driving cycle, Support Vector Machine, K-means algorithm, Combined cycle, Classification, and clustering