فهرست مطالب

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال سی و پنجم شماره 1 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/25
  • تعداد عناوین: 6
|
  • صمد قاسمی، مجید ملک جعفریان* صفحات 1-18

    برای یک مسیله متناوب زمانمند مانند جریان حول ایرفویل نوسان کننده پیچشی می توان از روش طیفی زمانی که یک روش طیفی بر مبنای سری فوریه یا سرعت همگرایی مناسب می باشد، بهره جست. عیب روش طیفی زمانی این است که در کل ناحیه محاسباتی تعداد فواصل زمانی در یک دوره تناوب ثابت بوده که این مسیله به نحو غیرضروری باعث بالا رفتن میزان حافظه کامپیوتری و زمان پردازش (متغیرهای وابسته) می شود. با استفاده از روش طیفی زمانی تطبیقی می توان با توزیع بهینه نقاط زمانی (متغیر مستقل) در ناحیه محاسباتی - به تناسب نرخ زمانمند بودن جریان - این ضعف روش طیفی زمانی را از بین برد. در تحقیق حاضر روش طیفی زمانی تطبیقی به یک حلگر جریان غیرلزج اضافه گردید. نتایج حاصل از این روش با نتایج روش طیفی زمانی استاندارد (غیرتطبیقی) و داده های تجربی مقایسه گردید. همچنین دو مولفه حافظه کامپیوتری و زمان پردازش مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصله برای سه حالت Case1، Case2 و Case5 به ترتیب با اعداد ماخ 0.6، 0.6 و 0.755 ایرفویل نوسان کننده NACA0012  نشان داد که ضمن داشتن دقت قابل قبول حل، میزان حافظه کامپیوتری نسبت به روش طیفی زمانی استاندارد، به نحو قابل توجهی کاهش می یابد. زمان پردازش کامپیوتری نیز برای Case2 و Case5 برای 4 فاصله زمانی به ترتیب به میزان 21 و 24 درصد و برای Case1 در چهار وضعیت 4، 8، 10 و 12 فاصله زمانی به ترتیب به اندازه 16، 38، 31 و 29 درصد کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: جریان متناوب زمانی، روش طیفی زمانی، روش طیفی زمانی تطبیقی، جریان تراکم پذیر غیرلزج، ایرفویل نوسان کننده
  • سید امین باقرزاده، سبحان امامی کوپائی*، سید احمدرضا صالحی صفحات 19-36
    مقاله حاضر به طراحی بهینه کانتور یا پروفیل قسمت واگرای یک نازل مافوق صوت فرامنبسط به منظور دست یابی به بیشینه نیروی پیشران ممکن در عین حفظ طول و نسبت مساحت خروجی به گلوگاه نازل می پردازد. برای این کار، یک ابزار کارآمد و مطمین با ترکیب دینامیک سیالات محاسباتی و هوش مصنوعی توسعه داده شده است. در ابتدا، پروفیل مرجع با یک روش ابتکاری و با استفاده از برازش یک بی اسپلاین درجه سوم مدل سازی شده و سپس با تغییر نقاط شکست این پروفیل، مجموعه ای از پروفیل های ممکن تولید شده است. این مجموعه از پروفیل ها توسط دینامیک سیالات محاسباتی تحلیل گردیده است. سپس، از هندسه نازل به همراه نیروی پیشران حاصل از پروفیل ها برای آموزش شبکه عصبی مصنوعی بهره برده شده است. پس از آن، با به کارگیری الگوریتم ژنتیک پروفیل بهینه به دست آمد. پیش بینی الگوریتم هوش مصنوعی برای نیروی پیشران نازل بهینه با مقدار به دست آمده از شبیه سازی عددی مقایسه شده که اعتبار رویکرد حاضر را نشان می دهد. مقایسه بین پروفیل مرجع و پروفیل بهینه برای نسبت فشار 14، نشان دهنده افزایش 36 درصدی نیروی پیشران و افزایش 138 درصدی ضریب بازیافت فشار سکون است. مقایسه نازل ها در شرایط عملیاتی خارج از نقطه طراحی نشان داد که عملکرد نازل بهینه تا نسبت فشار 30 بهتر از نازل مرجع است؛ اما با عبور نسبت فشار نازل از 30، به کارگیری نازل بهینه به جای نازل مرجع هیچ گونه اولویتی ندارد.
    کلیدواژگان: نازل همگرا-واگرا، بهینه سازی، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیک، پروفیل نازل، جدایش جریان
  • میثم ایزدی، سید آرش سید شمس طالقانی*، رضا خاکی صفحات 37-51

    هدف از این تحقیق بهبود عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل ناکا-23012 مجهز به ابزار برآافزای لبه فرار با تغییر در پارامترهای هندسی آن است. در این تحقیق حل معادلات ناویر-استوکس در شرایط جریان آشفته و تراکم ناپذیر با بهره گیری از نرم افزار فلوینت صورت پذیرفته است. بعد از فرایند مدلسازی ایرفویل و فلپ در زوایای فلپ متفاوت (5 الی 30 درجه)، شبکه بندی بی سازمان در نرم افزار گمبیت تولید شد و بهبود عملکرد آیرودینامیکی ناشی از تغییرات ایجاد شده در پارامترهای هندسی مورد بررسی قرار گرفت. جریان از نوع دایم، متلاطم و تراکم ناپذیر فرض شده و الگوریتم حل معادلات نیز فشار مبنا انتخاب شده است. محدوده عدد رینولدز جریان 106´6/3 بوده و مدل آشفتگی مورد استفاده کا-اپسیلون در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج و مشخصه های آیرودینامیکی ایرفویل مجهز به فلپ پس از ایجاد تغییرات در پارامترهای هندسی در نرم افزار فلوینت، نشان می دهد که ضرایب آیرودینامیکی به صورت قابل ملاحظه ای (حدود 15%) بهبود یافته و همچنین جدایش جریان، به سمت انتهای فلپ جابه جا شده است. همچنین بررسی گرادیانهای فشار و سرعت در مقاطع مختلف، نشان می دهند که تغییرات بسیار موثر بوده و در مقایسه با مقاله مرجع توزیع بهتری صورت پذیرفته است.

    کلیدواژگان: ابزار برآافزا، فلپ های تک شکافه، پارامترهای هندسی فلپ، عملکرد آیرودینامیکی
  • فرشاد ربیعی*، مسعود صیدی، زهرا صیدی صفحات 53-69

    قالبهای پرس کاری به دلیل سرعت بالای تولید در صنعت کاربرد زیادی دارند. به دلیل لقی بسیار کم بین سنبه و ماتریس و دارا بودن اشکال پیچیده، ساخت این قالبها بسیار گران و هزینه بر است. از سوی دیگر، به واسطه تماس مکرر سنبه و ماتریس با ورق و نیز سرعت بالای فرایند، می بایست سختی قالب و متعاقبا عمر خستگی آنها بالا باشد. یکی از فرایندهایی که هم توان ایجاد سطوح با دقت ابعادی بالا و اشکال پیچیده را داراست و هم به واسطه ماهیت فرایند می تواند منجر به افزایش سختی قالب شود فرایند وایرکات است. در این تحقیق، به منظور بهبود عملکرد و افزایش عمر قالب های برش، سختی فولاد Mo40 بهینه سازی می شود. برای این منظور ابتدا بر اساس روش رویه پاسخ، طراحی آزمایش برای سه پارامتر سرعت تزریق سیم، کشش سیم و توان ژنراتور طراحی شده است. در ادامه داده های به دست آمده خوشه بندی شده و سپس قواعد فازی با سه ورودی (سرعت، کشش و توان) و خروجی (سختی) استخراج شده اند. قواعد به دست آمده در جعبه ابزار سیستم های استنتاج فازی نرم افزار متلب وارد شدند. بر اساس سیستم استنتاج فازی تعریف شده، امکان پیش بینی سختی بر اساس پارامترهای سرعت سیم، کشش سیم و توان ژنراتور فراهم شده است. در فاز بعدی، بر اساس این سیستم و در محدوده متغیرهای موجود، مقدار بهینه سختی و متغیرهای متناظر استخراج گردید. در نهایت این مقادیر به صورت تجربی تست گردید و تطابق آن با مقدار به دست آمده مشاهده گردید.

    کلیدواژگان: وایرکات، سرعت تزریق سیم، کشش سیم، توان ژنراتور، سیستم استنتاج فازی، پیش بینی و مدل سازی، بهینه سازی
  • یاسر طاهری، مهران رجبی زرگرآبادی*، مهدی جهرمی صفحات 71-86
    در این مطالعه جریان خنک کاری لایه ای بر روی یک صفحه تخت به منظور بررسی اثرات به کارگیری مجموعه سوراخ بر اثربخشی خنک کاری لایه ای با استفاده از رهیافت RANS و LES شبیه سازی شده است. هندسه های مورد مطالعه شامل تک سوراخ استوانه ای با قطر mm 1/11 و یک مجموعه سوراخ با 14 سوراخ استوانه ای 97/2 میلی متری می باشند، به طوری که سطح مقطع خروجی لوله خنک کاری در هر دو حالت یکسان است. این مجموعه سوراخ به شکل ذوزنقه ای چیدمان شده است. شبیه سازی عددی در نسبت چگالی 6/1، نسبت طول به قطر 4، زاویه 35 درجه و نسبت دمش 25/1 صورت گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که جایگزینی یک تک سوراخ با مجموعه سوراخ شکل داده شده، منجر به افزایش قابل توجهی در اثربخشی خنک کاری لایه ای در هر دو جهت طولی و عرضی می گردد، به طوری که افزایش در حدود 94 درصدی در میانگین سطحی اثربخشی خنک کاری لایه ای را در پی دارد. این افزایش در پی تغییر در ساختار گردابه ها حاصل می گردد. در مجموعه سوراخ خنک کاری، مقیاس گردابه های سنجاقی شکل کوچکتر از گردابه های تک سوراخ است و شکل گیری آنها در مکانی دورتر از سوراخ خنک کاری صورت می گیرد. در ساختار مجموعه سوراخ جفت گردابه های anti-jet تشکیل می شوند که جهت چرخش این گردابه ها بر خلاف جهت CRVP است.
    کلیدواژگان: خنک کاری لایه ای، مجموعه سوراخ، شبیه سازی گردابه های بزرگ، ساختارهای منسجم
  • امیراصلان مسافری، مصطفی اسماعیلی*، امیرحسین ربیعی صفحات 87-106

    در مطالعه حاضر مشخصات ارتعاش ناشی از گردابه سیال هادی جریان الکریسیته حول استوانه قرار گرفته بر بستر الاستیک به صورت عددی بررسی شده است. جریان سیال تحت تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت در راستای محور استوانه بوده تا کارایی این روش کنترل فعال حلقه باز در کاهش ارتعاشات ناشی از گردابه سازه مورد ارزیابی قرار گیرد. جهت تحلیل این مسیله دو طرفه تعامل سازه و سیال، روش عددی حجم محدود برای حل معادلات پیوستگی، مومنتوم حاکم بر جریان سیال و روش انتگرال صریح برای حل معادلات حرکت سازه صلب استفاده شده است. شبیه سازی ها به ازای سرعت های کاهش یافته 2 تا 9 و مقادیر مختلف عدد استورات انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد، اثربخشی میدان بسیار خوب بوده و ارتعاش عرضی و طولی به صورت کامل (100%) کاهش یافته است. برای تمام سرعت های کاهش یافته، با افزایش قدرت میدان مغناطیسی، رفته رفته روند ریزش گردابه ها متوقف شده تا جایی که بطور کلی یک دنباله متقارن تشکیل شده و با عبور از شدت میدان مغناطیسی بحرانی حتی دنباله گردابه متقارن نیز ناپدید می شود.

    کلیدواژگان: ارتعاشات القایی ناشی از گردابه، تعامل سازه و سیال، میدان مغناطیسی، شبیه سازی عددی
|
  • Samad Ghasemi, Majid Malek Jafarian * Pages 1-18

    A pitching airfoil, the time-spectral method can be used, which is a Fourier series-based spectral method with a suitable convergence speed. The disadvantage of the time spectral method is that in the entire computational domain, the number of time intervals is constant, which unnecessarily increasing the amount of computer memory and CPU time (The dependent variables). By using the adaptive time spectral method, this weakness of the time spectral method can be eliminated by the optimal distribution of time intervals (independent variable) in the computational domain (proportional to the flow gradient). In the present research, the adaptive time spectral method was added to an inviscid flow solver. The results of this method were compared with the results of the standard (non-adaptive) time spectral method and experimental data. Also, two components of computer memory and CPU time were studied. The results obtained for the three cases (Case1, Case2, and Case5) with Mach numbers 0.6, 0.6, and 0.755 respectively of the NACA0012 pitching airfoil showed that while having an acceptable solution accuracy, the amount of computer memory and CPU time is significantly reduced compared to the standard time spectral method. The CPU time for Case2 and Case5 for 4-time intervals has been reduced by 21 and 24 percent, respectively. And for Case1 for 4, 8, 1,0 and 12-time intervals, it has been reduced by 16, 38, ,31 and 29 percent respectively.

    Keywords: Time Periodic Flow, Time Spectral Method, Adaptive Time Spectral Method, Inviscid Compressible Flow, Pitching airfoil
  • Seyed Amin Bagherzadeh, Sobhan Emami Koopaei *, Seyed Ahmadreza Salehi Pages 19-36
    The present article deals with the optimal design of the contour or profile of the divergent part of an over-expanded supersonic nozzle in order to achieve the maximum possible thrust while maintaining the length and the exit to throat area ratio of the nozzle. To do so, a reliable and robust tool has been developed by combining computational fluid dynamics (CFD) and artificial intelligence. At first, the original profile is modeled by an innovative method using a third-order B-spline, and then by changing the breakpoints of the profile, a set of possible profiles is produced. This set of profiles has been analyzed by CFD. The geometry of the nozzle along with the thrust force obtained from the profiles have been used to train the artificial neural network. In the next step, the optimal profile was obtained by applying the genetic algorithm. Finally, the prediction of the artificial intelligence for the optimal nozzle thrust is compared with the value obtained from the CFD, which shows the validity of the present approach. The comparison between the original profile and the optimal profile for the nozzle pressure ratio of 14 shows a 36% increase in thrust and a 138% increase in the total pressure recovery factor. The comparison of nozzles for off-design conditions shows that the performance of the optimal nozzle is better than the original nozzle up to a pressure ratio of 30. If the nozzle pressure ratio exceeds 30, using the optimal nozzle instead of the original nozzle will not have priority.
    Keywords: convergent-divergent nozzle, Optimization, Artificial neural network, Genetic algorithm, Nozzle Profile, Flow Separation
  • Meysam Izadi, Arash Shams Taleghani *, Reza Khaki Pages 37-51

    The aim of this research is to improve the aerodynamic performance of a NACA-23012 airfoil equipped with a High lift device by changing its geometric parameters. In this research, Navier-Stokes equations are solved in turbulent and incompressible flow conditions using Fluent software. After the airfoil and flap modeling process, at different flap angles (5 to 30 degrees), unstructured meshing was produced in Gambit software and the improvement of aerodynamic performance due to changes in geometric parameters was investigated. The flow is assumed to be steady, turbulent and incompressible, and the algorithm for solving the equations is also selected as pressure-based. The flow Reynolds range is 3.6*106 and the turbulence model used is realizable k-epsilon. Comparison of the results and aerodynamic characteristics of the airfoil equipped with a flap after making changes in the geometric parameters in the Fluent software, shows that the aerodynamic coefficients are improved significantly (about 15%) and also the flow separation is shifted towards the end of the flap. Also, the investigation of the pressure and velocity gradients at different stages show that the changes are very effective and better distributed compared to the reference article.

    Keywords: High Lift Devices, Single Slotted Flaps, Aerodynamic Optimization, Unstructured Grid
  • Farshad Rabiei *, Masoud Seidi, Zahra Seidy Pages 53-69

    Pressing molds are widely used in the industry due to the high speed of parts production. Due to the very low clearance between the mandrel and the matrix and having complex shapes, the production of these molds is very expensive and costly.  The hardness of the mold and subsequently their fatigue life should be high. One of the processes that has the ability to create surfaces with high dimensional accuracy and complex shapes is the wirecut process. In this research, in order to improve the performance and increase the life of cutting dies, the hardness of Mo40 steel is optimized. For this purpose, based on the method of the response procedure, the design of the experiment has been designed for the three parameters of wire feed speed, wire tension and generator power. Next, the obtained data are clustered and then fuzzy rules with three inputs (wire speed, tension and power) and output (hardness) are extracted. The obtained rules were entered in the toolbox of fuzzy inference systems of MATLAB software. Based on the defined fuzzy inference system, it is possible to predict the hardness based on the parameters of wire speed, wire tension and generator power. In the next phase, based on this system and within the range of available variables, the optimal value of hardness and corresponding variables were extracted. In the final phase, these values ​​were experimentally tested and their agreement with the obtained value was observed.

    Keywords: Wire Cut, Wire Feed Speed, Wire Tension, Generator Power, fuzzy inference system, Prediction, Modeling, Optimization
  • Yaser Taheri, Mehran Rajabi Zargarabadi *, Mehdi Jahromi Pages 71-86
    In this research, numerical studies have been performed by Reynolds averaged Navier Stokes (RANS) and large eddy simulations (LES) to investigate the effect of a novel film cooling design multi-holes on the film cooling effectiveness over a flat surface. A single cylindrical hole with 11.1 mm diameter and multi-holes (14 holes with a diameter of 2.97 mm) with fan configuration are considered for simulations. Numerical simulations are performed at a fixed density ratio of 1.6, length-to-diameter of 4, an inclined angle of 35o and blowing ratio 1.25. The results of the present study show that replacing a single hole with multi-holes results in a considerable increase in film cooling effectiveness in both axial and lateral directions, so that leads to an increase of about 94 percent in the area-averaged film cooling effectiveness. In the fan-shaped configuration, the scale of hairpin vortices is smaller than the single cylindrical hole, and forming of the vortices occurs in farther regions downstream of the hole. A pair of anti-jet vortices is formed in the structure of the multi-holes and the rotation direction of these vortices is opposite to the CRVP direction.
    Keywords: film cooling, multi-holes, large eddy simulation, coherent structures
  • Mosaferi Amir Aslan, Mostafa Esmaeili *, AmirHossein Rabiee Pages 87-106

    The present study numerically evaluates vortex-induced vibration (VIV) for an electrically conductive fluid around a cylinder on an elastic support. The flow is subjected to a uniform magnetic field in the z-direction to evaluate the VIV attenuation performance of this open-loop active control method. To analyze this fluid-structure interaction (FSI) problem, the finite volume method (FVM) was employed based on the SIMPLE algorithm to solve the governing continuity and momentum equations of the fluid flow and an explicit integration method to solve the motion equations of the rigid structure. Simulations were carried out at reduced velocities of 2-9 and different Stuart numbers. The simulation results demonstrated that the magnetic field was significantly effective and wholly (100%) suppressed transverse and longitudinal VIVs. A rise in the magnetic field magnitude eliminated vortex shedding for all the reduced velocities, leading to a symmetric wake. The symmetric vortex even disappeared above the critical Stuart number.

    Keywords: Vortex-Induced Vibration, Fluid-structure interaction (FSI), Magnetic field, Numerical simulation