فهرست مطالب

مجله مکانیک سیالات و آیرودینامیک
سال دهم شماره 1 (بهار و تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • پیمان جعفری، علی حقدل*، مبین حقدل، معین حقدل، مرتضی اسدپور صفحات 1-15
    یکی از روش های دقیق اندازه گیری پارامترهای آیرودینامیکی، روش پرواز آزاد مدل در آزمایشگاه های آیروبالستیک می باشد. در این روش می توان مواردی از قبیل آزمایش مدل ها در محدوده وسیعی از سرعت های پروازی مادون، حدود، مافوق و ماوراء صوت، آزمایش مدل ها در ابعاد میلی متر تا آزمایش آن ها در ابعاد حدود متر، اندازه گیری پارامترهای مربوط به مسیر حرکت و پارامترهای آیرودینامیک و آیروالاستیک، بررسی عملکرد سامانه های کنترل وسیله طراحی شده، آزمایش تحمل دمایی مواد، بررسی تحمل سازه، بررسی مسایل برخورد با سرعت های بسیار بالا و بررسی مسایل بازگشت به جو زمین را بررسی نمود. در این آزمایشگاه ایستگاه هایی برای اندازه گیری داده های پروازی مدل در فواصل معین قرار گرفته است که با روش هایی از قبیل تصویربرداری و تله متری داده ها استخراج می شود. مسئله مطرح ارایه یک مدل ریاضی مناسب و با خطای کم به منظور استخراج ضرایب آیرودینامیکی از داده های خام اندازه گیری شده با توجه به تعداد ایستگاه های اندازه گیری و فواصل آن ها می باشد. لذا در این کار یک بررسی اجمالی استخراج ضرایب آیرودینامیکی در آزمایش آیروبالستیک برای استفاده از داده های تصویربرداری انجام شده و به عنوان یک ابزار و روش این کار ارایه گردیده است. با توجه به نتایج ارایه شده می توان گفت که استخراج ضرایب استاتیکی و دینامیکی مستقل از هم نیست و باید به طور هم زمان محاسبه شوند. در صورتی که ضرایب دینامیکی مقدار قابل توجهی داشته باشند نمی توان از آنها صرف نظر کرد. دقت مورد نیاز اندازه گیری در حالتی که ضرایب دینامیکی باعث استهلاک نوسانات شده اند، با 20 ایستگاه حدود 0.1 درجه است؛ در حالی که با 10 ایستگاه دقت 0.10 درجه کفایت نمی کند و دقت بالاتر از آن نیاز است.
    کلیدواژگان: آزمایش آیروبالستیک، پرتابه مافوق صوت، ضرایب آیرودینامیکی، پرواز آزاد مدل
  • محمد نعمتی، محمد سفید* صفحات 17-35
    هدف از مطالعه پیش رو، بررسی اثر جهت اعمال میدان مغناطیسی به دو صورت یکنواخت و غیریکنواخت بر انتقال حرارت سیال نیوتنی و غیرنیوتنی با مدل توانی با استفاده از روش شبکه بولتزمن با زمان آسایش چندگانه است. شبیه سازی با نوشتن کد رایانه ای به زبان فرترن صورت پذیرفته است. جابجایی طبیعی درون محفظه ای دو بعدی حاوی مانع لوزی شکل ایجاد می شود که این مانع در سه حالت دمایی مختلف بررسی می شود. دیواره سرد محفظه در سه شکل صاف، منحنی و مورب ارزیابی می شود. نتایج نشان می دهد، افزایش عدد رایلی و کاهش شاخص توانی و عدد هارتمن سبب افزایش قدرت جریان و میزان انتقال حرارت می شود. طراحی دیواره به صورت صاف به طور میانگین در حدود 70 درصد قدرت جریان و 30 درصد انتقال حرارت را افزایش می دهد. قرارگیری مانع در دمای ثابت سرد به طور متوسط سبب افزایش 20 درصدی عدد ناسلت متوسط می شود. اثر میدان مغناطیسی برای دیواره صاف بیشترین و برای دیواره مورب کمترین است و این اثر با افزایش شاخص توانی کاهش می یابد. در حالت کلی، غیریکنواخت اعمال کردن میدان مغناطیسی در حدود 10 درصد عدد ناسلت متوسط را افزایش می دهد و منجر به افزایش قدرت جریان می شود. نتایج نشان می دهد تاثیر شکل دیواره و نوع اعمال میدان مغناطیسی برای سیال ضخیم شونده، ناچیز است. کاهش بیشتر قدرت جریان و عدد ناسلت متوسط با اعمال میدان مغناطیسی به صورت افقی مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: جابجایی طبیعی، میدان مغناطیسی غیر یکنواخت، روش شبکه بولتزمن با زمان آسایش چندگانه، شکل مختلف دیواره، سیال با مدل توانی، شرط دمایی مختلف مانع
  • رامین فدایی رودی، محمود پسندیده فرد* صفحات 37-53
    تحلیل جریان سیال همراه با کاویتاسیون در کاربردهای هیدرودینامیکی بسیار حایز اهمیت است. در این ارتباط پیش بینی دقیق ابعاد کاویتی و نوزیع فشار و دینامیک جریان اطراف و داخل کاویتی بخصوص در محل بسته شدن کاویتی بسیار مورد توجه بوده است. در این مقاله جریان همراه با کاویتاسیون حول پرتابه های استوانه ای با دماغه سر تخت و نیم کروی بصورت عددی بررسی شده است. بدین منظور در مقاله حاضر چهار مدل آشفتگی k-ε-Realizeable، K-ω، k-ω SST و GEKO توسط نرم افزار فلوینت بررسی شده است.  مدل کاویتاسیون زوارت برای تحلیل جریان استفاده گردیده است. در این پژوهش جریان با دامنه اعداد کاویتاسیون مختلف (8/1 تا 1/0) با نتایج تجربی و عددی دیگران مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد مدل آشفتگی اخیر ارایه شده توسط منتر بنام GEnelarilized-KOmega (GEKO) که دو معادله اضافی حل می کند و جدیدا به نرم افزار فلوینت افزوده شده است خصوصا برای اعداد کاویتاسیون بزرگتر به همراه مدل کاویتاسیون زوارت جواب به مراتب بهتری ارایه می دهد.
    کلیدواژگان: کاویتیاسیون، سیلندر سر تخت، سیلندر سر نیم کروی، مدل آشفتگی GEKO
  • مهدی حسنی، عبدالعلی حقیری*، محمدهادی اسلامی صفحات 55-67

    چالش اصلی پیش روی طراحان اجسام پرنده ماوراء صوت، میزان قابل توجه پسای فشاری و گرمایش آیرودینامیکی است. اگرچه دماغه های پخ برای توزیع بهتر گرما ترجیح داده می شوند لیکن نیروی پسای زیادی تولید می کنند. اسپایک ها و آیرودیسک ها ابزار کارآمدی برای کاهش پسا و گرمایش هستند. در این تحقیق اثرات هندسه آیرواسپایک در کاهش پسای سه نوع دماغه پخ نیم کروی، تریدنت و HB1، در یک تونل باد ماوراء صوت ارزیابی شده است. آزمایش ها بر روی دماغه های پخ در شرایط با و بدون آیرواسپایک در عدد ماخ 6.4  با اندازه گیری نیروی پسا و مشاهده امواج ضربه ای با استفاده از روش شیلیرین انجام شده است. برای این مطالعه دو آیرواسپایک نیم کروی با نسبت طول به قطر 1 و 2 در نظر گرفته شد. نتایج نشان می دهند که در هر سه دماغه، آیرواسپایک با تبدیل موج کمانی قوی به امواج ضعیف و به دنبال آن ناحیه چرخشی یا منطقه هوای مرده، موجب کاهش فشار در جلوی دماغه و اعمال پسای کمتر می گردد. عامل اصلی کاهش پسا، دماغه آیرواسپایک بوده و نسبت بهینه طول به قطر اسپایک با هندسه دماغه پخ تغییر می کند. بیشترین کاهش پسا به میزان 74.8 درصد برای آیرودیسک با نسبت طول به قطر 2 در دماغه پخ نیم کروی مشاهده گردید.

    کلیدواژگان: تونل باد ماوراء صوت، دماغه های پخ، آیرواسپایک، کاهش پسا
  • مهدی درخشان نیا، سعید اسلامیان*، مهدی قمشی، سید محمود کاشفیپور صفحات 69-82
    جریان های غلیظ از مهم ترین عوامل در کاهش عمر مفید سازه های آبی بخصوص سدهای مخزنی می باشند، بر این اساس محققین همواره به دنبال راهکارهایی جهت حذف این جریان ها و افزایش عمرمفید سدها بوده اند. یکی از کاربردی ترین روش های شناخته شده، ساخت مانع در مسیر این جریان ها می باشد. در این تحقیق آزمایشگاهی_عددی اثر مانع نفوذ پذیر ذوزنقه ای شکل (پر شده با دانه های شن با قطر نیم سانتی متر) بر هد جریان غلیظ و با در نظر گرفتن متغیرهایی همچون دبی، غلظت، شیب و ارتفاع مانع مورد ارزیابی قرار گرفته شد. بر اساس مقادیر درصد کاهش هد جریان غلیظ به دست آمده از آزمایش ها، اقدام به مدل سازی هد جریان غلیظ نمکی با روش نرم، سامانه استنتاج عصبی_ فازی تطبیقی (انفیس) شده و سپس با مقایسه نتایج آن با روش کلاسیک رگرسیون چند متغیره، کارکرد این دو روش مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان داد که میزان خطا انفیس برای داده های آموزشی، اعتبارسنجی و تست به ترتیب 0.07، 0.033 و 0.03 و برای روش رگسیون چند متغیره به ترتیب 0.12 ،0.199 و 0.1084 بوده است همچنین مقادیر رگسیون آموزش و تست برای سامانه انفیس 0.9954 و 0.9652 بوده و برای روش کلاسیک رگرسیون چند متغیره0.93108 و 0.90396 بوده است که نشان از برتری کارایی سامانه انفیس در مدل سازی داده های هد دارد.
    کلیدواژگان: جریان غلیظ، رسوب گذاری، درصد کاهش هد، سامانه استنتاج عصبی، فازی تطبیقی، رگرسیون چند متغیره
  • امیر باقری، حسین جباری، علی اسماعیلی*، سید علی توکلی صبور صفحات 83-98
    رهاسازی محموله ها در هواپیماهای جنگنده و ایجاد شرایطی که این محموله ها به بدنه هواپیما برخورد نداشته باشند و با دقت مناسبی به هدف ماموریتی خود برخورد کند از جمله دغدغه های پژوهشگران در این زمینه است. لذا به منظور دست یابی به شرایط بهینه، پژوهشگران با تکیه بر ابزار توانمند دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و دانش موجود، قادر به شناسایی و همچنین مرتفع ساختن ایرادات موجود به منظور بهینه سازی آن سازوکار، می باشند. در همین راستا، در این تحقیق، بررسی مسیر حرکت پرتابه و تغییرات زاویه ای آن موردتوجه قرارگرفته، به گونه ای که در روند این شبیه سازی، یکی از بال های هواپیما سوخو-22 با سطح مقطع NACA-64a210 به صورت دلتا شکل، به همراه پایلونی به فرم صفحه مستطیلی با دو سمت بیضوی و همچنین محموله ای با پره های دلتا شکل، در نظر گرفته شده است. این هندسه با ویژگی های مذکور در شرایط پروازی مختلف، شامل سه ارتفاع 5 ، 10 و 12 کیلومتری از سطح زمین، ماخ های 5/0، 8/0 و 2/1، زوایای حمله 0، 2، 4 و 8 درجه و باد جانبی با سرعت 0 ، 40 و 60 متر بر ثانیه، مورد بررسی قرارگرفته است. هدف از این پژوهش، مدل سازی و بررسی رهاسازی ایمن و ناایمن یک محموله توسط بال های هواپیما سوخو-22 در پاکت پروازی مختلف بوده است. این مهم به منظور شناخت و مطالعه دقیقی از شرایط فیزیکی مسئله در جریان های تراکم پذیر و آشفته صورت پذیرفته است. در انتها با بررسی نتایج حاصله از بخش های مختلف (مربوط به شرایط پروازی متفاوت)، تاثیر هر یک از پارامترهای تغییر ارتفاع پروازی، ماخ، زاویه حمله و همچنین سرعت باد جانبی بر مسیر حرکت پرتابه در شرایط رهاسازی بدون نیروی اولیه، مورد ارزیابی قرار گرفت تا هر یک از رهاسازی های ایمن و ناایمن شناخته شوند.
    کلیدواژگان: رهاسازی ایمن، رهاسازی ناایمن، غلتش، پیچش، بدنه
  • محمد مزیدی شرف آبادی*، علی سراج، محمدابراهیم کهد نارویی صفحات 99-114

    در این مقاله مدل سازی و تحلیل ترمودینامیکی اجزای مختلف یک موتور توربوپراپ و نحوه ارتباط آن ها در حالت طرح و خارج طرح در شرایط پایا بررسی می شود. برای تحلیل سیکل در حالت طرح و خارج طرح، الگوریتمی ارایه و یک کد کامپیوتری توسعه داده شده است. سپس نمودارهای عملکردی در شرایط خارج طرح به ازای دماهای ورودی متفاوت توربین، ارتفاع ها و ماخ های پروازی مختلف ترسیم و نتایج آن ها تفسیر شده اند. نتایج به دست آمده با نتایج حاصل از نرم افزار گسترب مقایسه و صحه گذاری شده اند. همچنین عیوب محفظه احتراق و تاثیر آن ها بر روی عملکرد موتور بررسی شده است. از نتایج این مقاله می توان به عنوان اولین قدم برای مطالعه عملکرد و ارتقای این نوع موتورها استفاده کرد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که به ازای 10 درصد افزایش افت فشار محفظه احتراق، مصرف سوخت ویژه 14 درصد افزایش خواهد یافت. همچنین 10 درصد کاهش بازده احتراق، باعث افزایش 13 درصدی مصرف سوخت ویژه و کاهش 17.5 درصدی توان موتور خواهد شد.

    کلیدواژگان: مدل سازی، عملکرد توربین گاز، موتور توربوپراپ، عیوب محفظه احتراق
  • سعید کریمیان علی ابادی*، سید مصطفی سادات صفحات 115-128
    در طبیعت وجود مورفینگ در بال پرندگان کلید پرواز بهینه و اجرای مانورهای دشوار می باشد. یک روش مورفینگ، تغییر شکل در بال و دم پرنده از طریق پرها می باشد که عمدتا به منظور تغییر مسیر اجرا می شود. در این پژوهش عملکرد یک بال مشابه پرندگان که به جای پرها نوارهای گسسته در آن تعبیه شده است، با روش عددی مطالعه شده است. این ساختار که بال با هندسه گسسته نام دارد، می تواند با چرخش نوارها حول مفصل، زاویه سوییپ انتهای بال و سطح بال را تغییر داده و عمل مورفینگ را به خوبی اجرا نماید. در اینجا نشان داده شده که این ساز و کار ساده می تواند در بهبود عملکرد آیرودینامیکی و نیز در ارایه توان کنترلی برای مانورهای طولی و عرضی کارآمد باشد. ابتدا هندسه مبنا و شیوه حل عددی مناسب انتخاب شده و نتایج اولیه با داده های مرجع اعتبار سنجی شده است. در ادامه با رویکرد مورفینگ، مطالعه پارامتری حول متغیرهای زاویه حمله و زاویه سوییپ انجام شده است. کمیت های عملکردی شامل ضرایب نیرو و راندمان آیرودینامیکی است. وجود مورفینگ امکان بهبود راندمان به میزان 13 درصد را فراهم ساخته است. شبیه سازی جریان حول بال گسسته در زوایای مورفینگ متنوع و برای 2 زاویه حمله به صورت پایا و ناپایا ارایه و مقایسه شده است. بر مبنای نتایج این پژوهش می توان در گام بعدی قابلیت کنترل پرنده در مانورهای طولی و عرضی را بر اساس ساز و کار ساده مورفینگ پیشنهاد شده بررسی نمود.
    کلیدواژگان: مورفینگ، بال گسسته، ضرایب نیرو، راندمان آیرودینامیکی، حل عددی
  • امیر گودرزی*، محسن قنبرنیا سوته، محمدمهدی دوستدار، محمدصابر زمان پور زهرایی صفحات 129-141

    استفاده از پرخوران یکی از روش های ارتقاء سطح پروازی پرنده موجود، بدون نیاز به ایجاد تغییرات اساسی در موتور آن می باشد. البته این امر منوط به انتخاب صحیح پرخوران و کنترل دقیق آن است. امروزه مدل سازی ریاضی و رایانه ای فرآیندهای درون موتور به عنوان یک ابزار قوی برای تخمین عملکرد سیستم و کاهش هزینه و زمان تست مورد توجه قرار گرفته است. در تحقیق حاضر از مدل ترمودینامیکی چند ناحیه ای برای این منظور استفاده شده است. به این ترتیب در گام اول کد مربوطه جهت شبیه سازی هندسی موتور وانکل توسعه یافته و پس از اطمینان از عملکرد صحیح آن، مشخصات موتور رفت و برگشتی معادل توسط کد استخراج شده است و مشخصات مستخرج به نرم افزار جی تی پاور داده شده و مدل رفت و برگشتی موتور توسعه یافته است. در مرحله بعد مدل ایجاد شده توسط نتایج تجربی به دست آمده از آزمون توان آزما در آزمایشگاه موتور صحه گذاری شده است و از مدل اعتبارسنجی شده جهت شبیه سازی شرایط ارتفاع استفاده شده و میزان افت عملکرد به دست آمده است. در مرحله آخر توسط تیوری های انطباق، پرخوران مناسب انتخاب شده است و با سازوکار های کنترلی مناسب عملکرد سیستم موتور و پرخوران در ارتفاع هدف مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج تحقیق نشان می دهد که در دور کاری موتور و در حالت بار کامل پرخورانی سبب افزایش 41 درصدی توان و کاهش 5 درصدی مصرف مخصوص سوخت در ارتفاع هدف نسبت به موتور تنفس طبیعی در ارتفاع کاری معمول می شود.

    کلیدواژگان: موتور دوار وانکل، نرم افزار جی تی پاور، پرخوران، کنترل، نتایج تجربی توان آزما
  • مجید عالی پور، فاطمه قدیری مدرس* صفحات 143-161

    در مطالعه حاضر عملکرد حرارتی سمت هوای کندانسور (مبدل حرارتی فشرده) خودرویی در حالت سه بعدی و بر اساس طراحی آزمایش (DOE)، شبیه سازی عددی شده است. بدین منظور مطالعه و بررسی بر پارامترهای هندسی موثر همچون گام پره، گام لوورها، زاویه لوورها، ارتفاع و عرض پره و تاثیراتشان بر عملکرد حرارتی کندانسور معطوف شده است.  برای پارامترهای موثر بر عملکرد مبدل حرارتی فشرده از جمله ضریب انتقال حرارت سمت هوا و افت فشار استاتیکی و دیگر پارامترهای حرارتی بر اساس طراحی آزمایش، روابطی استخراج شده است که با کمترین خطا، هزینه محاسباتی را کاهش می دهد. نتایج به صورت کمی نشان می دهند که با افزایش طول پره، زاویه و گام لوور و همچنین کاهش گام پره، میزان انتقال حرارت تا حدود 42% افزایش می یابد. همچنین نتایج مربوط به مشخصه های انتقال حرارت و افت فشار نسبت به نتایج عددی اخیر برای دفع حرارت تا 1/8%، برای ضریب انتقال حرارت به طور میانگین تا 5% و برای افت فشار تا 5/10% بهبود یافت. علاوه بر موارد هندسی، مطالعات پارامتری از جمله اثر دمای محیط، دمای دیواره حرارتی کندانسور و سرعت خودرو بر عملکرد حرارتی و افت فشار خودرو نیز بررسی گردیده است.

    کلیدواژگان: کندانسور خودرو، بهبود عملکرد حرارتی، طراحی آزمایش، مبدل حرارتی فشرده، سمت هوا، پره کنگره ای
  • محمد مرتضی انبارلویی، رضا ابراهیمی*، امید حبیبی صفحات 163-174

    یکی از روش های احتراقی که در دو دهه اخیر توسعه یافته است اما هنوز به صورت کامل عملیاتی و تجاری نشده است استفاده از موج دتونیشن به صورت پیوسته و تنها با یک بار راه اندازی اولیه در محفظه احتراق است. این روش را، احتراق دتونیشن چرخشی (Rotating Detonation Combustion) یا به اختصار RDC می نامند. در این مقاله ضمن معرفی احتراق دتونیشن چرخشی؛ این فرآیند نیز به صورت دو موجی شبیه سازی شده است. همچنین روشی ارایه می گردد که با در نظر گرفتن فیزیک مسیله، می توان هر تعداد موج را در محفظه احتراق شبیه سازی نمود. در این روش با در نظر گرفتن شرایط مرزی پریودیک در امتداد انتشار موج در حالت دوبعدی، موج دتونیشن به صورت پیوسته و چرخشی درآمده و با تنظیم کد مناسب (UDF:User Define Function) برای اعمال شرط مرزی در ورودی، تزریق به دامنه را مدیریت کرده به صورتی که در جلوی موج، همیشه مواد واکنش دهنده تازه موجود باشد تا حرکت موج ادامه پیدا کند و در هنگام عبور موج و افزایش فشار، کار تزریق متوقف گردد و پس از دور شدن موج و افت فشار، دوباره تزریق از سر گرفته شود. به منظور انتشار یک طرفه دتونیشن قبل از رسیدن به شرایط انتشار پیوسته، از شرط مرزی دیواره در مرزهای پریودیک حالت پیوسته، استفاده شده است. با به کارگیری شرایط اولیه مناسب، قسمت گذار از موج دفلگریشن به دتونیشن حذف شده و هزینه محاسبات کاهش یافته است. علی رغم ساده سازی ها در مدل، درصد خطا در پیش بینی سرعت موج دتونیشن در این مقاله تک رقمی است.

    کلیدواژگان: موج دتونیشن چرخشی، دتونیشن دو موجی، احتراق دتونیشن چرخشی، شبیه سازی دوبعدی
  • حدیثه کریمایی* صفحات 175-184

    رانشگرهای هیدرازینی، پرکاربردترین رانشگرهای سامانه های هدایت و کنترل وضعیت محموله های بازگشتی و سرنشین دار می‎باشند. در این مقاله، تاثیر هندسه داخلی انژکتور بر مشخصه‎های لایه سیال خروجی از آن نظیر ضخامت لایه، زاویه مخروط پاشش، سرعت میانگین و همچنین دبی جرمی آن، مطالعه شده است. مطالعات پارامتری پیرامون هندسه پایه انژکتور مورد مطالعه مربوط به یک رانشگر تک‎مولفه‎ای هیدرازینی 10 نیوتنی است. این انژکتور، به گونه ای طراحی شد که یک زاویه پاشش متوسط و ضخامت لایه خیلی کم به دست می دهد که با توجه به محدودیت طول محفظه کاتالیستی مناسب بوده و پودرسازی ریزتری به دست دهد. بدین منظور، شبیه‎سازی جریان داخلی انژکتور بر پایه دینامیک سیالات محاسباتی با استفاده از روش حجم سیال (VOF) به منظور پیش‎بینی مشخصه‎های جریان انجام شد و آشفتگی جریان نیز با استفاده از مدل k-e  شبیه سازی شد. سپس مطالعات پارامتریک برای بررسی تاثیر هندسه صورت گرفت. شبیه‎سازی به کمک نرم‎افزارهای انسیس-ورک‎بنچ و انسیس-فلوینت انجام شد. نتایج این بررسی‏ها نشان داد که ساختمان داخلی انژکتور و فاکتورهای مختلف هندسی آن، تاثیر قابل توجهی بر کنترل مشخصه‎های لایه سیال خروجی دارد. نتایج نشان داد بیشترین تاثیر را بر روی مشخصات اسپری خروجی، نسبت شعاع گردش سیال به شعاع نازل و به شعاع مجرای ورودی دارند. به طوری که سرعت میانگین کمینه در نسبت‎های بالای شعاع گردش سیال به شعاع نازل و به شعاع مجرای ورودی محقق گردیده و سرعت میانگین بیشینه در نسبت‎های کوچک آن به دست می‎آید.

    کلیدواژگان: لایه سیال، رانشگر تک مولفه‎ ای، مخروط اسپری، هندسه داخلی انژکتور
|
  • Peyman Jafari, Ali Haghdel *, Mobin Haghdel, Moein Haghdel, Morteza Asadpoor Pages 1-15
    The precise method for aerodynamic parameters measurement in aeroballistics labs, is the free flight method. It can be used to test different models at a wide range of flight speeds including subsonic, transonic, supersonic and hypersonic speeds, and in the millimetric to metric range dimensions. It can be utilized to measure the path-equation related parameters and the aerodynamic and aeroelastic parameters. Moreover, it has the capability for checking the performance of designed control systems, testing material temperature tolerance, testing structural strength and addressing high-speed collision and re-entry problems. In this lab, stations for measuring flight model data are located at certain distances that extract data using imaging and telemetry techniques. The main goal is to provide a suitable mathematical model with precise accuracy in order to extract aerodynamic coefficients from raw data measured according to the number of measurement stations and their intervals. Therefore, for the purpose of using imaging data, an overview of aerodynamic coefficients extraction in the aeroballistics test is carried out. The results show that static and dynamic coefficients are not independent in extraction and should be calculated simultaneously. Dynamic coefficients cannot be ignored if the magnitudes are significant. The measurement accuracy required when the dynamic coefficients cause the damping of the oscillations is about 0.1 degree with 20 stations, while the accuracy of 0.1 degree with 10 stations is inadequate and higher than that is required.
    Keywords: Aeroballistics Test, Supersonic projectile, Aerodynamic Coefficients, Model free flight
  • Mohammad Nemati, Mohammad Sefid * Pages 17-35
    The purpose of this work is to investigate the effect of magnetic field direction on heat transfer of Newtonian and non-Newtonian fluids in both uniform and non-uniform forms, with the power-law model by using the multiple relaxation time lattice Boltzmann method (MRT-LBM) with written computer code by Fortran language. The natural convection is created in the two-dimensional cavity with lozenge barrier and is examined in three different temperature boundary conditions. The cold wall of the cavity is investigated in three modes: smooth, curved and diagonal. The results show that increasing the Rayleigh number and decreasing the power-law index and the Hatmann number increase the strength of fluid flow and heat transfer. The smooth design of the wall increases the average Nusselt number by about 30%. Placing the barrier at a constant cold temperature increases the average Nusselt number by 20% on average. The effect of the magnetic field is highest for the smooth wall and lowest for the diagonal wall and this effect decreases with increasing the power-law index. In general, an applied non-uniform magnetic field increases the average Nusselt number by about 10% and increases the flow strength. The effect of wall shape and type of magnetic field applied on shear thickening fluid is negligible. Further reduction of flow strength and average Nusselt number is observed by applying a magnetic field horizontally.
    Keywords: Natural Convection, Non Uniform Magnetic Field, Power-law Fluids, Multiple Relaxation Time Lattice Boltzmann Method, Different Wall Shape, Various Thermal Boundary of Barrier
  • Ramin Fadaeiroodi, Mahmod Pasandidehfard * Pages 37-53
    In hydrodynamic applications, accurately predicting fluid flows with cavitation is very important. In this regard, prediction of the cavity dimensions and the pressure distribution and the flow dynamics, inside and around the cavity, specifically at the closing point has frequently been under consideration. In this study, cavitating flow around cylindrical projectiles with flat or hemispherical heads is considered numerically. To this end, four turbulence models of k-ε-Realizeable, k-ω Standard, k-ω SST, and GEKO, in combination with the Zwart cavitation model are considered using the Fluent software. Flows with a vast range of cavitation numbers (0.1-1.8) are considered in comparison with the experimental and numerical results of other researchers. Our results show that the last turbulence model proposed by Menter, namely the GEnelarilized-KOmega )GEKO( model, in which two extra equations are solved, predicts the results much better, particularly for higher cavitation numbers.
    Keywords: Cavitation, Flat Cylinder Head, Hemispherical Cylinder Head, GEKO turbulence model
  • Mahdi Hasani, Abdolali Haghiri *, MohammadHadi Eslami Pages 55-67

    The main challenges facing the designers of hypersonic flying objects are the significant amount of pressure drag and aerodynamic heating. However, blunt noses are preferred for better heat distribution, but they produce a lot of drag force. Spikes and aero disks are effective tools for reducing drag and heating. In this study, the effects of aerospike geometry on the drag reduction of three types of hemispherical, Trident and HB1 noses, in a hypersonic wind tunnel have been evaluated. Experiments were performed on blunt noses in the two conditions of with and without aerospike at Mach number of 6.4 by measuring the drag force and observing the shock waves using the Schlieren technique. For this study, two hemispherical aerospikes with length to diameter ratios of 1 and 2 were considered. The results show that in all three noses, the aerospike converts a strong bow shock into a weak shock, and followed by a rotational zone or dead air zone, reduces the pressure in front of the nose and hence, leads to less drag exertion. The main cause of drag reduction is the aerospike nose and the optimal spike length to diameter ratio is with the blunt nose geometry. The highest drag reduction of 74.8% is observed for an aero disk with the length to diameter ratio of 2 in the hemispherical blunt nose.

    Keywords: Hypersonic Wind Tunnel, blunt noses, aerospike, Drag Reduction
  • Mehdi Derakhshannia, Saeid Eslamian *, Mehdi Ghoshi, Seyed Mahmood Kashefipour Pages 69-82
    Density flows are one of the most important factors in reducing the useful life of water structures, especially reservoir dams. Therefore, researchers have always been investigating solutions to eliminate these flows and increase the useful life of dams. One of the most practical methods known is to build an obstacle in the path of these currents. In this laboratory-numerical study, the effect of trapezoidal permeable obstacle (filled with 0.5 cm diameter grains) on the head of density flow is investigated and the effects of variables such as discharge, concentration, slope and height of the obstacle are studied. Based on the percentage reduction of the density flow head obtained from the experiments, the concentrated salt flow head is modeled using one of the soft computing methods known as the adaptive neural-fuzzy inference system (Anfis). Then, by comparing the results with the classical multivariable regression method, the performance of these two methods is compared. The error of training, validation and test data for the Anfis method are shown to be 0.07, 0.033 and 0.03, respectively, while for the multivariable regression method the mentioned errors are shown to be 0.12, 0.199 and 0.1084, respectively. Also, regression values for the training and test data for the Anfis method, are found to be 0.9954 and 0.9652 respectively whilst for the multivariable regression method, the mentioned parameters are shown to be 0.93108 and 0.90396 respectively which demonstrates the superiority and the efficiency of the adaptive neural-fuzzy inference system in modeling the head data.
    Keywords: Density flow, Sedimentation, Head reduction percentage, Adaptive neural-fuzzy inference system, Multivariate regression
  • Amir Bagheri, Hossein Jabbari, Ali Esmaeili *, Seyed Ali Tavakoli Sabor Pages 83-98
    The cargoes in a fighter aircraft should be released in such a way so as not to hit the fuselage, but to hit the targets accurately. In order to identify and eliminate the mentioned problems and achieve the optimal conditions, the computational fluid dynamics (CFD) plays an important role. In this study, the trajectory of the projectile and its angular variations have been investigated such that in the process of the simulation, one of the wings of the Su-22 aircraft with a NACA-64a210 delta-shaped cross-section, along with the pylon, a rectangular plate with two elliptical sides and a cargo with NACA-0008 cross-section with delta-shaped blades have been considered. The study has been carried out for different flight conditions, including three altitudes of 5, 10, and 12 km above the ground, various Mach numbers of 0.5, 0.8, and 1.2, different attack angles (AOA) of 0, 2, 4, and 8 degrees and lateral wind with speeds of 0, 40, and 60 m/s. The purpose of this study is to model and investigate the safe and unsafe release of cargo by the wings of Sukhoi-22 aircraft in a different flight package. This is done in order to find carefully the physical releasing conditions in turbulent compressible flows. Finally, by examining the results, the effect of each of the parameters of flight altitude change, Mach, angle of attack, and lateral wind speed on the projectile movement path in the release conditions without initial force is assessed, to identify all safe and unsafe releases.
    Keywords: safe release, unsafe release, Pitch, Roll, fuselage
  • Mohammad Mazidi Sharfabadi *, Ali Seraj, MohammadEbrahim Kahd Narouei Pages 99-114

    In this paper, the thermodynamic modeling and analysis of various components of a turboprop engine and their relation in the steady-state design and off-design performances are addressed. An algorithm is presented and a computer code is developed for the analysis of the cycle in design and off-design conditions. Then off-design performance curves are plotted for different turbine inlet temperatures, flight elevations and Mach numbers and their results are interpreted. The results are compared and validated with the results of GasTurb software. In addition, the effects of the combustion chamber defects on the performance of the engine are investigated. The results of this paper can be used as the first step in the study of the performance and upgrading of these engines. The results of this study show that the specific fuel consumption will rise by 14% for a 10% increase in the combustion chamber pressure drop. Furthermore, the specific fuel consumption increases by 13% and the engine power reduces by 17.5% for a 10% reduction in the combustion efficiency.

    Keywords: Modeling, Gas Turbine Performance, Turboprop Engine, Combustion Chamber Defects
  • Saeed Karimian Aliabadi *, Seyed Mostafa Sadat Pages 115-128
    In this research the aerodynamic performance of a discrete wing capable of morphing, has been studied based on the numerical techniques. In the proposed wing the chord-wise strips have been implemented to resemble a bird wing’s feathers. The morphing mechanism composed of changing the wrist angle which is equal to the partially sweep angle and the wing planform area. Here it is shown that by utilizing this proposed simple mechanism, the MAV/UAV could enhance its aerodynamic performance and also produce control power in the longitudinal and lateral maneuvers. Firstly, the benchmark geometry and a suitable numerical scheme are introduced. The results are then compared and validated against the reference available data. Consequently, the parametric study is performed by selecting the morphing wing tip sweep angle and the angle of attack as the variables and the force coefficients and efficiency as the performance indices. This kind of morphing could make the efficiency increase, up to 13 percent. Flow simulations around the wing are depicted for various morphing angles and for two angles of attack, both in the steady and unsteady manner. The results are also compared and analyzed. Based on the current research, one may continue to estimate the control forces produced by this simple mechanism to expedite the longitudinal and lateral maneuvers in a specified MAV.
    Keywords: Morphing, discrete wing, force coefficients, aerodynamic efficiency, Numerical Solution
  • Amir Goudarzi *, Mohsen Ghanbarnia Sooteh, MohammadSaber Zamanpour Zahraee Pages 129-141

    Turbocharging is a prevalent method for the promotion of an UAV flight level without having to make major changes in its engine. It depends on the correct selection and precise control of the turbocharger. Today, the mathematic simulation of the engine cyclic processes as a strong tool to estimate performance and reduce costs and testing time is taken into consideration. In this research multi-zones thermodynamic modeling according to the following steps is performed. At the first step, a geometrical model of the Wankel engine is developed and the geometrical characteristics of the equivalent reciprocating engine is achieved. At the second step, the equivalent reciprocating engine is simulated by GT-Power commercial software. Then, using the empirical results of dynamometer tests the developed model is vitrificated and by this means the effect of altitude conditions on the engine performance is studied. At the last step, according to the matching theories, a proper turbocharger is selected and by using appropriate control mechanisms, the performance of the turbocharged engine at the desired altitude is evaluated. Results indicate that for the operating engine speed and full load condition, turbocharging leads to 41% power increment and 5% specific fuel consumption reduction at the target altitude compared to the naturally aspirated engine at designed working altitude.

    Keywords: Wankel rotary engine, GT-Power software, Turbocharger, Control, Dynamometer test
  • Majid Alipour, Fatemeh Ghadiri Modarres Pages 143-161

    In the present study, the thermal performance of the air-side compact heat exchanger of an automotive condenser in the three-dimensional model has been numerically simulated based on the design of experiment (DOE). For this purpose, the effective geometrical parameters such as fin pitch, louvre pitch, louvre angle, fin height and fin width and their effects on condenser thermal performance are studied and investigated. Finally, for parameters effective on the compact heat exchanger operation, such as air-side heat transfer coefficient, static pressure drop and other thermal parameters, relationships are extracted based on the design of experiment which decrease the computational cost with the least error. The results show quantitatively that by increasing the fin length, louver angle, louver pitch and decreasing the fin pitch, the heat transfer rate increases by about 42%. Also, the results show that the heat dissipation, heat transfer coefficient and pressure drop, have improved by 8.1%, 5% and 10.5% respectively compared to recent numerical results. Eventually parametric studies including the effect of ambient temperature, condenser wall temperature and vehicle speed on thermal performance and pressure drop are presented.

    Keywords: Automotive Condenser, Improved thermal performance, Design of Experiment (DOE), Compact heat exchanger, Louver-Fin, Air-side
  • MohammadMorteza Anbarlooei, Reza Ebrahimi, Omid Habibi Pages 163-174

    One of the combustion methods that has been developed in the last two decades, but has not yet become fully operational and commercial, is the use of a continuous detonation wave with only one initial start-up in the combustion chamber. This method is called rotating detonation combustion or RDC for short. In this article, while introducing rotating detonation combustion, this process is also simulated in two waves. It also presents a method that by considering the physics of the problem, any number of waves can be simulated in the combustion chamber. In this method, by considering the periodic boundary conditions along the wave propagation in two-dimensional mode, the detonation wave becomes continuous and rotational. By setting the appropriate code (UDF: User Defined Function) to apply the boundary condition at the input, we manage the injection into the domain, in such a way that there is always fresh reactant in front of the wave so that the wave continues to move and the injection stops when the wave passes and the pressure increases, Then the injection is resumed after the wave is gone and the pressure drops. In order to propagate the detonation unilaterally before reaching the continuous propagation conditions, the wall boundary condition at the periodic boundaries of the continuous state is used. By applying the appropriate initial conditions, the transition from deflagration to detonation is eliminated and the cost of calculations is reduced. Despite the mentioned simplifications, the model presented in this article demonstrates single-digit error percentage in predicting the detonation wave velocity.

    Keywords: Rotating Detonation Wave, Two-Wave Detonation, Rotating Detonation Combustion, Two-Dimensional Simulation
  • Hadiseh Karimaei Pages 175-184

    Hydrazine monopropellant thrusters are most widely used for navigation and control systems of re-entry and manned payloads. In this paper, the effect of the internal geometry of the injector on the characteristics of the outlet liquid sheet, such as the liquid sheet thickness, the spray cone angle, the average output velocity, and its mass flow rate, has been studied. The injector chosen for the case study is the fuel injector of a 10N monopropellant hydrazine thruster. This injector was designed in such a way to achieve a medium spray angle and a very small sheet thickness, which is suitable considering the limited length of the catalytic chamber and leads to finer atomization. For this purpose, simulation of the internal flow based on the computational fluid dynamics is performed to predict the output flow characteristics, and then parametric studies are conducted to investigate the effects of geometry. The results of these studies show that the internal structure of the injector has a great influence on the control of the characteristics of the liquid sheet, and the ratios of fluid swirl radius to the nozzle radius/inlet duct radius have the greatest effect on the output spray characteristics, so that minimum average speed is achieved at larger ratios and maximum average speed is obtained at smaller ratios.

    Keywords: Swirl injector, Monopropellant, Spray cone, Low thrust