فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و چهارم شماره 1 (فروردین 1401)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/05
  • تعداد عناوین: 12
|
  • محمدرضا رضایی، محمود نوروزی*، محمدحسن کیهانی، سید محمد تقوی صفحه 1

    در مقاله حاضر تشکیل و رشد تاج بر اثر برخورد مایل قطره بر لایه سیال در سیالات غیرنیوتنی ویسکوالاستیک به صورت عددی و در حالت دو بعدی تحت بررسی قرار گرفته است. از روش حجم محدود جهت مدلسازی معادلات حاکم و از روش حجم سیال جهت ردگیری سطح آزاد بین دو سیال استفاده شده است. در این مطالعه از مدل اولدروید- بی (Oldroyd-B) به عنوان معادله ساختاری جهت مدلسازی فاز سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. در تحلیل عددی حاضر تشکیل و رشد زمانی هندسه تاج مورد تاکید است و تاثیر نیروهای الاستیک سیال و کشش سطحی بر روی آن مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بیانگر آن است که افزایش در مقدار عدد وایزنبرگ، نسبت ویسکوزیته و عدد وبر سبب افزایش در مقادیر ارتفاع () و طول پخش () بدون بعد تاج در زمان های مختلف می شود. از طرفی در سیالات ویسکوالاستیک افزایش زاویه برخورد در کنترل متغیر ارتفاع هندسه تاج اثر قابل ملاحظه ای دارد و از طرف مقابل تاثیر چشمگیری بر طول پخش ندارد. همچنین نتایج بیانگر آن است که با افزایش ضخامت لایه سیال ارتفاع تاج افزایش و تغییرات طول پخش تاج روند کاهشی به خود می گیرد. از مهمترین نتایج قابل حصول از تحقیق حاضر می توان به تاثیر شگرف توامان خاصیت الاستیک سیال و کشش سطحی بر گسترش ابعاد تاج تشکیل شده از برخورد مایل قطره سیال اشاره کرد.

    کلیدواژگان: سیال ویسکوالاستیک، برخورد مایل قطره، تشکیل و رشد تاج، جریان دو فاز، روش حجم سیال (VOF)
  • معصومه سالاری، حامد افراسیاب*، محمدهادی پاشائی، رضا اکبری آلاشتی صفحه 2

    در این مقاله با استفاده از روش اجزاء محدود، یک مدل کوپل سیال- جامد- پیزوالکتریک برای مطالعه و بهبود عملکرد یک میکرو مبدل پیزوالکتریکی توسعه یافته که برای جذب انرژی از جریان سیال طراحی شده است. در این جاذب انرژی، عبور جریان لزج و آشفته سیال از روی یک جسم مانع سبب وقوع پدیده جدایش گردابه می‎گردد. جدایش پریودیک گردابه‎ها موجب اعمال یک نیروی برای نوسانی به تیر پیزوالکتریکی می‎شود که در پایین دست جسم مانع قرار گرفته است. نوسانات حاصله در تیر با توجه به خاصیت پیزوالکتریکی منجر به تولید جریان و انرژی الکتریکی خواهد شد. معادلات ناویر- استوکس و روش شبیه‎سازی گردابه بزرگ برای توصیف رفتار جریان آشفته سیال، و معادلات پیوستگی مومنتوم خطی به همراه روابط ساختاری پیزوالکتریک به فرم کرنش- بار برای تعیین تغییر شکل جامد و شدت میدان الکتریکی تولیدی به کار گرفته شده‎اند. با طراحی آزمون‎های عددی به روش تاگوچی، تاثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد برداشت کننده مطالعه شده است. مطابق با نتایج بدست آمده، انتخاب شکل مثلثی یا دی-شکل برای جسم مانع و اتخاذ کمترین مقدار ممکن برای نسبت طول به ارتفاع جسم مانع، فاصله تیر تا مانع جسم، و خروج از مرکز تیر نسبت به جسم مانع برای بهبود عملکرد جاذب سودمند است. ضمن اینکه شکل جسم مانع موثرترین پارامتر مورد بررسی در پژوهش حاضر بوده است.

    کلیدواژگان: جاذب انرژی پیزوالکتریک، مقیاس میکرو، پدیده جدایش گردابه، روش اجزاء محدود
  • ثارالله عباسی*، حسن قلی زاده صفحه 3

    در مقاله حاضر، به شبیه سازی عددی جریان به منظور شناسایی رخداد کاویتاسیون و جزییات شکل گیری و اثرات آن، درون پمپ سانتریفیوژ از نوع 250- 100 شرکت پمپیران شامل پروانه و حلزونی پمپ با نرم افزار انسیس سی -اف-ایکس پرداخته شده است. در شبیه سازی کاویتاسیون، جریان به صورت جریان دو فاز آب و بخارآب در نظر گرفته شده است. از معادله رایلی- پلاست جهت بررسی رشد و فروپاشی حباب بخار استفاده شده است. به منظور اعتبارسنجی نتایج عددی، منحنی های مشخصه پمپ از مطالعه حاضر استخراج و با نتایج مشابه تجربی مقایسه گردیده است که تطابق خوبی مشاهده می شود. به نحوی که میزان انحراف نتایج عددی حاضر با نتایج تجربی در دبی طراحی پمپ 5/6 درصد می باشد. مشخص می گردد که کاویتاسیون در فشارهای ورودی کمتر از 45 کیلو پاسکال رخ می دهد. با کاهش فشار ورودی از 40 کیلوپاسکال تا 20 کیلوپاسکال، میزان جدایش جریان نیز افزایش یافته و موقعیت آن از ابتدای پره به نواحی داخلی پره منتقل می شود. موقعیت رخداد کاویتاسیون در 14/0 تا 24/0 گذرگاه و همچنین ابتدای پره ها رخ می دهد که به نحوی کاویتاسیون لبه حمله به سمت مناطق داخلی پره انتقال می یابد. میزان کسر حجمی بخار در این قسمت ها به ترتیب از 04/0 به 96/0 افزایش یافته است. با رخداد کاویتاسیون در هد مکش مثبت خالص NPSH=1.52، افت 3 درصدی هد در نمودارها مشاهده می گردد.

    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، پدیده کاویتاسیون، پمپ گریز از مرکز، منحنی عملکرد
  • فرید حسین زاده اصفهانی، سید محمدحسین کریمیان*، حمید پرهیزکار صفحه 4

    در این تحقیق، واماندگی دینامیکی مقاطع نزدیک به نوک تیغه روتور در حداکثر سرعت پروازی بالگرد با نسبت پیشروی 0.35 همراه با تغییرات نوسان پیچشی توسط شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور شبیه سازی میدان جریان، معادلات ناپایای متوسط گیری شده ناویر استوکس با استفاده از روش گسسته سازی حجم محدود حل شده است. شبکه مورد استفاده از نوع ترکیبی بوده و از مدل برای مدل سازی جریان مغشوش بهره گرفته شده است. جهت اعتبارسنجی شبیه سازی عددی از نتایج تست پروازی بالگرد AH1-G استفاده شده که دارای تطابق مناسبی می باشد. نتایج نشان دهنده این موضوع است که موج ضربه ای عامل واماندگی دینامیکی در ناحیه پیش رونده تیغه روتور بوده و اثرات موج ضربه ای بر روی ضرایب برآ در نواحی نزدیک تر به نوک تیغه به دلیل اثرات نفوذ گردابه نوک تضعیف شده و تغییرات ضریب برآ نسبت به نواحی داخلی تیغه کمتر و یکنواخت تر گردیده به گونه ای که نسبت تغییرات ضریب برآ نسبت به بیشینه این ضریب در نواحی نزدیک تر به نوک تیغه 10/2 درصد کاهش یافته است. از طرفی نتایج این پژوهش نشان داد که بر خلاف انتظار، با وجود شکل گیری گسترده گردابه لبه حمله در قسمت داخلی تر تیغه در بیشتر ناحیه پس رونده، وجود جریان شعاعی به واسطه چرخش تیغه روتور عامل تضعیف گردابه لبه حمله و محدود شدن واماندگی دینامیکی در این ناحیه شده است.

    کلیدواژگان: واماندگی دینامیکی، جدایش ناپایا، آیرودینامیک بالگرد، گردابه لبه حمله، گردابه لبه فرار
  • طناز طاوری، محسن نظری*، پوریا اکبرزاده، ناصر سپهری، مصطفی نظری صفحه 5

    در مطالعه حاضر جهت ساخت میکروپمپ الکترواسمزی، یک هندسه جدید با الکترودهای سه بعدی طراحی شد. به منظور به سازی، پارامترهای مختلف از جمله عرض و ارتفاع پله ها بر روی هر الکترود و محل قرارگیری آنها، اندازه هر الکترود (تقارن یا عدم تقارن)، فاصله جفت الکترودها و همچنین مشخصات الکتریکی (شامل ولتاژ و فرکانس) بررسی و جریان سیال (سدیم کلرید) درون یک کانال تحلیل شده است. معادلات حاکم بر جریان و همچنین معادلات میدان الکتریکی به روش اجزای محدود کوپل و حل شده اند. این امر جهت بررسی تاثیر پارامترهای هندسی الکترود بر سرعت لغزشی الکترواسمزی و در نهایت تاثیر آن بر جریان سیال صورت گرفته است. برای معتبرسازی حل عددی، تراشه با استفاده از روش فتولیتوگرافی شامل مراحلی چون لایه نشانی الکترود پلاتین، ایجاد پله ها بر روی الکترود با استفاده از پلیمر و ساخت میکروکانال در محیط آزمایشگاه ساخته شده است. در نهایت با توجه به به سازی، محل قرارگیری پله بر روی الکترود (50)، عرض پله (30) و ارتفاع آن (5) بدست آمد. با توجه به ابعاد، فرکانس 1 و ولتاژ 5/2، مقدار سرعت، دبی و فشار به ترتیب برابر با 77/1، 9/14 و 6/74 است که از نظر کیفی با روند نتایج آزمایشکاهی، مطابقت دارد. این طراحی، پمپاژ بالایی در پمپ های الکترواسموزی را فراهم می کند.

    کلیدواژگان: میکروسیالات، میکروپمپ الکترواسمزی، به سازی هندسه الکترود، ریزساخت، تراشه
  • مصطفی هادی دولابی*، مهدی بختیاری فر، سید حسین ساداتی صفحه 6

    هنگامی که یک وسیله پرنده به یک سطح آبی یا خاکی نزدیک می شود، در الگوی میدان جریان سیال اطراف آن تغییراتی بوجود می آید.این تغییر میدان جریان بر آیرودینامیک و کنترل پرنده اثر مستقیم می گذارد. این موضوع بیشتر در هنگام نشست و برخاست پرنده و نیز پرواز کروز با ارتفاع کم نمود پیدا می کند، که آن را "اثر سطحی" می نامند. در این پژوهش پدیده اثر سطحی و اثر آن در ضرایب آیرودینامیکی و الگوی جریان اطراف ایرفویل NACA0012 در رژیم مادون صوت تراکم ناپذیر در حالت استاتیکی به صورت عددی و تجربی بررسی شده است. آزمون تجربی در تونل باد مادون صوت تراکم ناپذیر مرکز تحقیقات ملی آیرودینامیک قدر انجام شده است. حل میدان جریان بر اساس معادلات ناویراستوکس به همراه مدل آشفتگی Transition-SST انجام شده است. تاثیر پدیده اثر سطح بر تغییر ضرایب آیرودینامیکی با درنظر گرفتن فواصل مختلف از سطح در حالت استاتیکی بررسی شده است. توزیع فشار روی سطح ایرفویل بوسیله سنسور دقیق فشار اندازه گیری شده است و در فواصل نزدیک به سطح متاثر از پدیده اثر سطح است. نتایج تحلیل استاتیکی نشان دهنده ی افزایش نیروی برآ و کاهش نیروی پسا است.

    کلیدواژگان: پدیده اثر سطح، مادون صوت تراکم ناپذیر، NACA0012، مطالعه عددی، تونل باد
  • حسام مویدی* صفحه 7

    در مقاله حاضر، تاثیر حضور چیدمان های مختلف دو استوانه چرخان درون یک محفظه باز دارای دریچه های ورودی و خروجی بر الگوی جریان و افزایش انتقال حرارت نانوسیال ترکیبی اکسید آلومینیوم-مس با پایه آب در محدوده رژیم آرام به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای حل معادلات جریان و انرژی از روش حجم محدود به صورت دوبعدی، دایم و تک فاز استفاده شده است. در این مطالعه، تاثیر پارامترهایی همچون چیدمان استوانه ها (A، B، C و D)، سرعت زاویه ای چرخش استوانه ها، عدد رینولدز و کسر حجمی نانوذرات بر الگوی جریان و انتقال حرارت بررسی شده است. همچنین به منظور ارزیابی همزمان افزایش انتقال حرارت و افت فشار، شاخص ارزیابی عملکرد معرفی شده است. نتایج نشان می دهد که شاخص ارزیابی عملکرد در حضور استوانه های چرخان در تمامی شرایط مقداری بزرگتر از 1 دارد که نشان دهنده موثر بودن حضور استوانه های چرخان بر راندمان حرارتی محفظه می باشد. نتایج حاکی از آن است که چیدمان D نسبت به سایر چیدمان ها، دارای بیشترین مقدار افزایش انتقال حرارت و شاخص ارزیابی عملکرد می باشد. نتایج نشان می‎ دهد که با افزایش سرعت زاویه ای استوانه ها، عدد رینولدز و کسر حجمی، شاخص ارزیابی عملکرد افزایش می یابد. نتایج نشان می‎ دهد که نانوسیال ترکیبی اکسید آلومینیوم-مس با پایه آب، موجب افزایش عدد ناسلت متوسط نسبت به نانوسیال مس با پایه آب و همچنین افزایش شاخص ارزیابی عملکرد نسبت به نانوسیال اکسید آلومینیوم با پایه آب می شود.

    کلیدواژگان: تحلیل عددی، محفظه باز، نانوسیال ترکیبی، چیدمان استوانه های چرخان، انتقال حرارت
  • هادی نعمتی مقدم، علی احمدپور*، محمدرضا حاج محمدی صفحه 8

    در مطالعه ی عددی حاضر، عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی اسلاری حاوی نانو کپسول های مواد تغییرفاز دهنده به عنوان سیال عامل در یک جاذب حرارتی میکروکانالی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، یک جاذب گرمایی با حفره های سینوسی شکل و دندانه های مستطیلی موجود در میانه ی کانال به عنوان هندسه ی مورد بررسی انتخاب و جریان آرام و پایای مخلوط همگن حامل نانوذرات تغییرفاز دهنده در این هندسه ی پیچیده مطالعه شده است. برای مدلسازی جریان مخلوط از یک مدل تکفاز همگن استفاده گردید. از نرم افزار انسیس فلوینت برای حل معادلات حاکم و شبیه سازی جریان استفاده شده است. برای سنجش عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی مخلوط های مورد مطالعه از عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و ضریب عملکرد استفاده گردید و شبیه سازی ها برای محدوده ی اعداد رینولدز 200 تا 1000 و غلظت حجمی 0 تا 30% برای نانوذرات انجام شدند. با توجه به ویژگی گرمای نهان بالای مواد تغییر فاز دهنده، به کارگیری آن ها در سیال پایه منجر به ارتقای ظرفیت گرمایی سیال کاری می شود و این امر می تواند به بهبود عملکرد حرارتی جاذب گرمایی برای خنک کاری قطعات الکترونیکی ریز مقیاس منجر شود. نتایج حاصل نشان داد که افزودن نانو کپسول های مواد تغییرفازدهنده به یک سیال پایه ی متداول مانند آب می تواند عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی آن را به ویژه در اعداد رینولدز پایین تقویت کند. در مطالعه ی حاضر افزایش 6 تا 48 درصدی عدد ناسلت برای مخلوط حاوی مواد تغییرفازدهنده گزارش شده است.

    کلیدواژگان: مطالعه عددی، خنک کاری قطعات الکترونیکی، میکروکانال سینوسی دندانه دار، نانو کپسول های تغییر فاز دهنده، ضریب عملکرد
  • سید مهدی پسته ای*، محسن محمدی صفحه 9

    در این مقاله، رفتار هیدرودینامیکی و انتقال گرمای جریان آشفته نانوسیال در یک مبادله کن مجهز به حلقه های مخروطی سوراخ دار به صورت عددی شبیه سازی شده است. سیال پایه آب و نانوذرات اکسید آلومینیوم (Al2O3) با درصد وزنی صفر تا 5 درصد به عنوان نانوذرات افزایش دهنده انتقال گرما در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی به کمک نرم افزار انسیس - فلوینت و در محدوده عدد رینولدز 12000-2000 حل شده است. پس از صحت سنجی روش حل عددی با نتایج تجربی موجود، تاثیر پارامترهای هندسی و مشخصات جریان مانند عدد رینولدز، تعداد حلقه های مورد استفاده، تعداد سوراخ های مورد استفاده و کسر حجمی نانوذرات بر مشخصات انتقال گرمای مبادله کن گرمایی مطالعه شده است. همچنین نتایج نشان می دهد با افزایش تعداد حلقه های مخروطی، کاهش تعداد سوراخ های آن و همینطور بیشتر شدن کسر وزنی نانوذرات، عدد ناسلت و ضریب اصطکاک افزایش می یابد. بر اساس نتایج، مشاهده می شود که حلقه مخروطی ارایه شده می تواند عدد ناسلت متوسط را 3/5 برابر نسبت به لوله بدون حلقه افزایش دهد. علاوه بر این، نانوذرات Al2O3 نیز تاثیر مطلوبی بر افزایش انتقال گرما داشته و با افزایش کسر حجمی نانوذرات Al2O3 از صفر درصد تا 5 درصد، عدد ناسلت به ازای یک حلقه مخروطی دارای سه سوراخ بر روی آن در حدود 92 درصد افزایش در عدد ناسلت مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: حلقه های مخروطی سوراخ دار، نانوذرات Al2O3، تحلیل عددی، آنالیز حساسیت، مبادله کن گرمایی
  • هادی غائبی*، الهه سلیمانی، سعید قوامی، شاهین بصیری صفحه 10

    در این مقاله، پیکربندی جدیدی از سیستم ترکیبی پیل سوختی اکسیدجامد/ توربین گازی با سیکل ریفرمینگ بیوگاز با اهداف تولید همزمان توان و هیدروژن ارایه شده است. حرارت خروجی از سیستم پایه پیل سوختی اکسید جامد جهت تامین انرژی لازم واکنش ریفرمینگ و راه اندازی سیکل ریفرمینگ بیوگاز برای تولید هیدروژن مورد استفاده قرار گرفته است. مدل سازی جامع ترمودینامیکی و ترمواکونومیکی با استفاده از برنامهEES انجام گرفته است. همچنین مطالعه پارامتریک جهت بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر روی توان خالص خروجی، بازده انرژی و اگزرژی، نرخ تخریب اگزرژی و مجموع هزینه واحد محصول کل سیستم مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که بازده انرژی و اگزرژی سیستم ترکیبی پیشنهادی در مقایسه با سیستم پایه پیل سوختی اکسیدجامد/ توربین گازی به ترتیب به میزان 31/23% و 19/28% افزایش یافته است. توان خالص خروجی و دبی جرمی هیدروژن کل سیستم به ترتیب 2726 کیلووات و 07453/0 کیلوگرم در ثانیه به دست آمده است. از تحلیل اگزرژی کل سیستم، این نتیجه حاصل شد که جزء پس سوز بیش ترین سهم را در بین سایر اجزای سیستم در حدود 26% از نرخ تخریب اگزرژی کل به خود اختصاص داده است. با افزایش دمای ورودی پیل سوختی، ولتاژ پیل در دمای 679 کلوین به حداکثر مقدار می رسد و سپس کاهش می یابد. در نتیجه، بازده انرژی و اگزرژی به بیشترین مقدار رسیده و سپس کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: سیستم تولید دوگانه، پیل سوختی اکسید جامد، ریفرمینگ بخارآب، انرژی و اگزرژی
  • ضیاءالحق احمدی، محمد ضابطیان طرقی* صفحه 11

    در پژوهش حاضر، مشعل استوانه ای شعله سطحی کاملا پیش آمیخته، در شش توان 74/11کیلو وات تا 14/17 کیلو وات و نسبت هم ارزی 4/0 تا 6/1(از محدوده رقیق به غنی) مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. نتایج شامل دو بخش طیف سنجی و تحلیل تصاویر شعله است. در بخش سنجش نورتابی شیمیایی، نسبت هم ارزی متناظر با بیشینه ی حرارت آزاد شده از مشعل استوانه ای سوراخ دار، در نسبت هم ارزی 8/0 بدست آمده است. نسبت هم ارزی مشعل، با استفاده از منحنی برازش شده هیدروکسیل بر توان مشعل و تغییرات نسبت شدتOH^ast/CH^ast، بصورت مستقل از توان مشعل تخمین زده شده است. در بخش تحلیل تصاویر، رنگ شعله از نسبت هم ارزی 44/0 تا 6/1 از ناحیه حد پایین به حد بالا در چهار ناحیه فیروزه ای، زرد و قرمز، آبی پایدار، برخاستگی و در نهایت خاموشی شعله در شش توان مشعل بررسی شده است. ناحیه عملکرد مناسب مشعل، دارای شعله به رنگ آبی بدون برخاستگی و برگشت شعله در یک محدوده ی مشخص بر حسب توان ورودی ارایه شده است. نقشه عملکرد، به ازای هر توان ورودی، نسبت هم ارزی مناسب عملکرد مشعل شعله سطحی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: مشعل استوانه ای، نسبت هم ارزی، نقشه عملکردی مشعل، نورتابی شیمیایی، تحلیل تصاویر
  • امین تاجدانی، سید عبدالمهدی هاشمی*، اسماعیل ابراهیمی فردویی صفحه 12

    هدف از مطالعه حاضر بررسی تاثیر شرایط حرارتی حاکم بر دیواره کوره و ساختار اکسنده بر انتشار آلاینده ناکس و شرایط دمایی داخل کوره احتراق غیرپیش آمیخته است. بدین منظور شبیه سازی کوره احتراق غیرپیش آمیخته با استفاده از نرم افزار اپن فوم انجام شده است. در شبیه سازی های عددی از مدل آشفتگی کی- اپسیلون استاندارد، مدل احتراقی مفهوم اتلاف گردابه اصلاح شده و مدل تشعشعی فاز گسسته و سینتیک شیمیایی GRI3.0 استفاده شده است. همچنین به منظور تحلیل نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی، محاسبات شیمیایی با استفاده از واکنشگاه کاملا مخلوط نیز مورد توجه قرار گرفته است. مطابق با نتایج بدست آمده افزایش دمای دیواره کوره تا رسیدن به شرایط عایق حرارتی منجر به افزایش قابل توجه دمای متوسط و بیشینه درون محفظه احتراق گردیده و منجر به انتقال از رژیم احتراقی بدون شعله به رژیم دما بالا می شود. علاوه بر این جایگزینی دی اکسید کربن با نیتروژن منجر به کاهش قابل توجه دمای محفظه احتراق به علت تفاوت های فیزیکی و شیمیایی این دو گونه با یکدیگر می شود. براساس نتایج، افزایش دمای دیواره کوره با وجود کاهش اتلاف حرارتی منجر به افزایش قابل توجه میزان ناکس در رژیم احتراقی دما بالا می گردد. استفاده از CO2 به جای N2 به عنوان اکسنده می تواند به عنوان روشی راهگشا در کاهش اتلاف حرارتی همزمان با کاهش میزان ناکس منتشر شده از کوره احتراق غیرپیش آمیخته مورد توجه قرار گیرد.

    کلیدواژگان: ناکس، دمای دیواره، ساختار اکسنده، رژیم احتراقی، احتراق غیر پیش آمیخته
|
  • Mohammad Reza Rezaie, Mahmood Norouzi *, Mohammad Hassan Kayhani, Seyed Mohammad Taghavi Page 1

    In this paper, the crown formation due to the oblique impact of a plane two-dimensional drop onto preexisting film in viscoelastic fluid is analyzed numerically. The finite volume method (FVM) is applied to simulate the governing equations and the volume of fluid (VOF) technique is used to track the free-surface of liquid. Here, the well-known Oldroyd-B model is used as the constitutive equation for viscoelastic phase. Here, formation and temporal evolution of the well-known crown parameters is emphasized, while presence of elastic and surface tension forces are considered. The results show that the increases in Weissenberg number, viscosity ratio and Weber number cause to increases in dimensionless crown height ( ) and spread factor ( ), while impact angle has major effect on crown height on the other hand has minor effect on spread factor in viscoelastic fluid. Also, the crown height increases and the crown radius decreases by film thickness. As a main finding of present study, we can conclude that the fluid elasticity in the presence of surface tension forces enhances the crown propagation in drop impact problem.

    Keywords: Viscoelastic fluid, oblique drop impact, Crown formation, propagation, Two phase flow, Volume of fluid (VOF)
  • Masoomeh Salari, Hamed Afrasiab *, Mohammad Hadi Pashaei, Reza Akbari Alashti Page 2

    In this paper, a coupled fluid-solid-piezoelectric model has been developed by the finite element method to study and improve the performance of a micro piezoelectric transducer designed for fluid flow energy harvesting. In the studied harvester, when the turbulence flow of water passes over a bluff body, the vortex shedding phenomenon occurs periodically and applies a periodical lift force to a piezoelectric beam placed in the downstream region. The resulting oscillations in the piezoelectric beam lead to electrical power generation. Navier-Stokes equations and large-eddy simulation method have been used to describe the fluid turbulence flow, and equations of conservation of linear momentum along with piezoelectric constitutive relations in strain-charge form have been employed to obtain the solid deformation and the electric field intensity. Numerical experiments designed by Taguchi’s method have been used to study the effect of different parameters on the harvester performance. The results of these experiments have shown that using a triangular or D-shape bluff body, and selecting the minimum possible values for the length to height ratio of the bluff body, the distance between the beam and the bluff body, and eccentricity of the beam relative to the bluff body is beneficial for better performance of the harvester. Furthermore, the shape of the bluff body has been the most influential parameter on the harvester performance in this study.

    Keywords: Piezoelectric energy harvester, Micro scale, Vortex shedding phenomenon, finite element method
  • Sarallah Abbasi *, Hasan Gholizadeh Page 3

    In the present article the numerical simulation of the flow inside the centrifugal pump of the type 100-250 of Pumpiran Company, including the impeller and the volute of the pump, has been done with Ansys CFX software. In cavitation simulation, flow is considered as a two-phase. The Rayleigh–Plesset equation has been used to study the growth and collapse of the vapor bubble. In order to validate the numerical results, the characteristic curves of the pump were extracted from the present study and compared with similar experimental results, which show a good agreement. The rate of deviation of the results at the pump flow rate (120 m3/h) is 6.5%. It is found that cavitation occurs at inlet pressures of less than 45 kPa. The position of cavitation occurs at 0.14 to 0.24 of the passage as well as at the beginning of the blades. The vapor volume fraction in these parts has increased from 0.04 to 0.96, respectively. In addition, by reducing the inlet pressure from 40 kPa to 20 kPa, the rate of flow separation also increases and its position is transferred from the beginning of the blade to the inner areas of the blade. The 3% drop in the head is also observed in the net positive suction head (NPSH) equal to 1.52 with the occurrence of cavitation in the diagrams.

    Keywords: numerical simulation, cavitation phenomenon, centrifugal pump, Performance Curve
  • Farid Hosseinzadeh Esfahani, Seyed Mohammad Hossein Karimian *, Hamid Parhizkar Page 4

    In this research, the dynamic stall of sections near the rotor blade tip at a maximum cruise speed of the helicopter with an advanced ratio of 0.35 and cyclic pitching motion, has been studied by using CFD simulation. the URANS equations are solved using the finite volume discretization method. Also, the mesh used is of the hybrid type and the k-ω SST model is used to model the turbulent flow. numerical simulation validation is performed using the results of AH1-G helicopter flight tests, which indicates the effectiveness of results. The results indicate that the shock wave causes dynamic stall in the region of the advancing side and The effects of shock wave on the lift coefficients in the areas closer to the blade tip are weakened due to tip vortex penetration and the changes in the lift coefficients are less and more uniform than the inner areas of the blade. the ratio of lift coefficient changes to the maximum of this coefficient in the areas closer to the blade tip is reduced by 10.2%. the results of this study show that despite the formation of the LEV in the innermost areas of the blade severe dynamic stall does not occur in the retreating side, which is caused by the presence of radial flow due to the rotation of the rotor blade, which weakens the LEV.

    Keywords: Dynamic Stall, Unsteady separation, Helicopter Aerodynamics, Leading edge vortex, Trailing edge vortex
  • Tannaz Tavari, Mohsen Nazari *, Pooria Akbarzadeh, Naser Sepehry, Mostafa Nazari Page 5

    In present study, in order to fabricate AC electroosmotic micropumps, the improvement of geometrical parameters of 3D electrode, such as width, height and location of 3D steps on the base electrodes in one pair, the base electrodes size (symmetric or asymmetric), electrodes gap, and also electrical characteristics including voltage and frequency have been investigated. Also, the fluid flow (KCl) in channel was analized. The governing equations of fluid flow and electrical domain have been solved using finite element method to investigate the effect of electrode geometry on slip velocity, which affects the fluid flow. In order to validate our numerical simulation, this chip is fabricated by photholithography method such as deposition of platinum electrodes, creating 3D steps on the base electrodes using a polymer and fabrication a microchannel. Finally, Our results indicate that an optimal design results in a pump with the width (50 ) and steps height (5 ) of each electrode and their displacement (30 ) is capable of generating a high velocity, flow rate and pressure around 1.77 , 14.9 and 74.6 , respectively at a given voltage (2.5 ) and frequency (1 ), which qualitatively matches the trend observed in experiment. This design provides an improvement in electroosmotic pumping.

    Keywords: Microfluidic, electroosmotic micropump, electrode geometry improvement, microfabrication, chip
  • Mostafa Hadidoolabi *, Mahdi Bakhtiari Fasr, Seyed Hoseyn Sadati Page 6

    When a flying vehicle approaches to a surface of water or land, changes occur in the pattern of the fluid flow field around it. This change in flow field eliminates the direct effect on aerodynamics and control of the vehicle. This is more common when the vehicle is landing and taking off, as well as flying at low altitudes, which is called the "surface effect". In this research, the phenomenon of surface effect and its effect on aerodynamic coefficients and flow pattern around NACA0012 airfoil in static incompressible subsonic regime have been investigated numerically and experimentally. Experimental tests were performed in the incompressible subsonic wind tunnel of the Ghadr National Aerodynamics Research Center. The flow field solution is based on Navier Stokes equations along with the Transition-SST turbulence model. Impact of surface effect phenomenon on the change of aerodynamic coefficients has been investigated by considering different distances from the surface in the static state. The pressure distribution on the airfoil surface is measured by an accurate pressure sensor and is due to surface effect phenomenon at close distances to the surface. The results of static analysis show an increase in lift force and a decrease in drag force.

    Keywords: Ground effect, Icompressible subsonic, NACA0012, Numerical study, Wind tunnel
  • Hesam Moayedi * Page 7

    In this paper, the effect of configurations of rotating cylinders in vented cavity with inlet and outlet port on the flow field and heat transfer enhancement of Al2O3/Cu-water hybrid nanofluid flow in the laminar regime is numerically investigated. Finite volume method is used to solve governing equations of flow and energy with assumptions of 2D, steady-state, and single phase. In this study, the influence of parameters as configurations of cylinders (A, B, C, and D), as well as the rotational velocity of cylinders, Reynolds number, and the volume fraction of nanoparticles on the flow field and heat transfer are studied. Also, to evaluate the simultaneous of heat transfer enhancement and pressure drop, the Performance Evaluation Index (η) is calculated. The results indicated that in presence of rotating cylinders, the η is higher than 1 for all cases, and it is clear that the presence of rotating cylinders is effective on the thermal efficiency of the cavity. Results indicate that the average Nusselt number and the η for configuration D are higher than other configurations. Also, it is obvious that by increasing the rotational velocity of cylinders, Reynolds number, and the volume fraction of nanoparticles, the η increases. The results show that Al2O3/Cu-water hybrid nanofluid causes heat transfer enhancement compared to the Cu-water nanofluid and it increases Performance Evaluation Index compared to the Al2O3-water nanofluid.

    Keywords: Numerical Analysis, Vented cavity, Hybrid nanofluid, Configurations of rotating cylinders, heat transfer
  • Hadi Nemati-Moghadam, Ali Ahmadpour *, Mohammad Reza Hajmohammadi Page 8

    In the present study, Thermo-hydraulic performance evaluation of nano-encapsulated phase change material slurries was undertaken in a micro-channel heat sink. The present research was motivated by the urgent need for the performance enhancement of micro-sized heat sinks for the electronic cooling application. A micro-channel with sinusoidal cavities and rectangular ribs was chosen as the flow domain in the present study and the steady laminar flow of nano-encapsulated phase change material slurries was investigated inside the micro-channel. A single-phase model was adopted for the simulation of slurry flow and heat transfer using the well-known finite volume method. In the current study, use was made of Nusselt number, friction and performance factors to assess the performance of nano-encapsulated phase change material slurries. Numerical simulations were performed for Reynolds numbers ranging from 200 to 1000 and nanoparticle concentrations ranging from 0 to 30%. It was shown that adding nano-encapsulated phase change material to a base fluid like water enhanced the thermal performance of the resulting slurry. A 6% to 48% increase in the Nusselt number was reported along the microchannel.

    Keywords: Numerical Solution, Electronic cooling, Micro-channel with sinusoidal cavities, rectangular ribs, Nano-encapsulated phase change material, Performance factor
  • Seyed Mehdi Pesteei *, Mohsen Mohammadi Page 9

    In this paper, the hydrodynamic behavior and heat transfer of a turbulent nanofluid flow in a exchanger equipped with perforated conical rings are simulated numerically. Water-based fluid and aluminum oxide (Al2O3) nanoparticles with a weight percentage of zero to 5% are considered as nanoparticles that increase heat transfer. The governing equations are solved using the computational fluid dynamics method with the help of Ensys-Fluent software in the range of Reynolds number 12000-2000. After validation of the numerical solution method with the available experimental results, the effect of geometric parameters and flow characteristics such as Reynolds number number of rings used, number of holes used and volume fraction of nanoparticles on the heat transfer characteristics of the heat exchanger have been studiedThe results also show that with increasing the number of conical rings, decreasing thenumber ofholes as well as increasing the weight fraction of nanoparticles, the Nusselt number and the coefficient of friction increaseBased on the results, it is observed that the proposed conical ring can increasethe average Nusselt number by 3.5 times compared to the tube without ring. In addition, Al2O3 nanoparticles also have a favorable effect on increasing heat transfer and by increasing the volume fraction of Al2O3 nanoparticles from zero to 5%, the Nusselt numberper conical ring with three holes on it is observed to increase by about 92% in the Nusselt number.

    Keywords: Perforated conical rings, Al2O3 nanoparticles, Numerical Analysis, Sensitivity analysis, heat exchanger
  • Hadi Ghaebi *, Elahe Soleimani, Saeed Ghavami Gargari, Shahin Basiri Page 10

    In this paper, a new configuration of a solid oxide fuel cell / gas turbine (SOFC/GT) combined cycle system with biogas reforming cycle is presented for the purpose of coproduction production of power and hydrogen. The heat output from the base system of the SOFC/GT is used to supply the energy required for the reforming reaction and to drive the biogas reforming cycle for hydrogen production. Comprehensive thermodynamic and thermoeconomic modeling has been performed using EES Software. Also, the parametric study has been analyzed for the effect of different parameters on the net output power, energy and exergy efficiency, exergy destruction rate and the Sum Unit Cost products (SUCP) of the whole system. The results show that the energy efficiency and exergy efficiency of the proposed combined system have increased comparison the SOFC/GT system by 23.31% and 28.19%, respectively. The net output power and hydrogen production rate are obtained 2726 kW and 0.07453 kg/s, respectively. From the exergy viewpoint, the afterburner causes a considerable amount of exergy destruction for the system by approximately 26% of the total exergy destruction rate. By increasing the inlet temperature fuel cell, the cell voltage reaches a maximum value at a temperature of 679 K and then decreases.

    Keywords: Cogeneration system, Solid oxide fuel cell, Steam reforming, Energy, Exergy
  • Ziaulhaq Ahmadi, Mohammad Zabetian Targhi * Page 11

    In this study, a fully premixed cylindrical surface flame burner is investigated in a laboratory research. The burner was analyzed in heating capacities 11.74-17.14 kW and its equivalence ratio 0.4-1.6. The results are including two sections of spectroscopy and flame image analysis. In the chemiluminescence section, the maximum heat release from the perforated cylindrical burner is obtained by examining the intensity of hydroxyl radiation in the equivalence Ratio 0.8. In the second part of chemiluminescence, the equivalence ratio is estimated by using the mathbf{O}mathbf{H}^ast/mathbf{C}mathbf{H}^astintensity ratio and mathbf{O}mathbf{H}^ast/mathbf{power} curve fitting from natural flame radiation. The color and state of the flame changed from the equivalence ratio of 1.6 to 0.44, respectively, from green to yellow and red flame, blue and lift-off flame, and eventually blow-off. The satisfactory operation that is stable blue flame without lift off and flash back is observed in the range of 0.7-0.85. This process was performed for six thermal capacities, and its results were collected in a chart called the functional burner diagram. A satisfactory operation can be selected by a functional diagram in different burner powers.

    Keywords: Cylindrical Burner, Equivalence ratio, Functional Diagram, Chemiluminescence, Image Analysis
  • Amin Tajdani, Seyed Abdolmehdi Hashemi *, Esmaeil Ebrahimi Fordoei Page 12

    The aim of this study was to investigate the effect of thermal condition of the furnace wall and oxidant structure on the NOx emission and temperature distribution inside the non-premixed combustion furnace. For this purpose, non-premixed combustion furnace simulations have been performed using OpenFOAM software. In numerical simulations, the standard k-ε turbulence model, modified EDC combustion model, DO radiation model and GRI3.0 chemical kinetic are used. In order to analyze the results of numerical simulations, chemical calculations using well stirred reactor have also been considered. According to the obtained results, increasing the furnace wall temperature to reach thermal insulation conditions leads to a significant increase in the average and maximum temperature inside the combustion chamber and leads to the transition from flameless combustion regime to high temperature regime. In addition, the replacement of carbon dioxide with nitrogen leads to a significant reduction in combustion chamber temperature due to the physical and chemical differences between the two species. According to the results, increasing the furnace wall temperature, despite reducing the heat loss, leads to a significant increase in the amount of NOx in the high temperature combustion regime. The use of CO2 instead of N2 as an oxidizer can be considered as a way to reduce heat loss while reducing the amount of NOx emitted from the non-premixed combustion furnace.

    Keywords: NOx, Wall Temperature, Oxidant structure, Combustion Regime, Non-premixed Combust