فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال دهم شماره 4 (پیاپی 38، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1403/01/11
  • تعداد عناوین: 5
|
  • امین باقری، کاظم اسماعیل پور*، مرتضی حیدری صفحات 1-17

    جت برخوردی، جریان سیالی است که به منظور سرمایش و یا گرمایش بر روی یک سطح به صورت عمود و یا با زاویه خاص برخورد می کند.میزان فرآیندهای انتقال در جریان های برخوردی آشفته متاثر از شکل گیری ساختارهای منسجم، برهم کنش بین آن ها و انتقال انرژی است.با نوسانی کردن جریان ورودی در جت های برخوردی می توان شکل گیری ساختارهای منسجم را تحت تاثیر قرار داد و در نتیجه میزان برداشت حرارت را متاثر ساخت.در این مطالعه تاثیر نوسانی نمودن جت ورودی با استفاده از تابع های پله ای و سینوسی بر روی میدان جریان و دما یک صفحه برخوردی به همراه فرورفتگی توسط روش عددی بررسی شده است.متغیرهای کلیدی مساله شامل شکل تابع ورودی، فرکانس و دامنه جت نوسانی  می باشند.نتایج این مطالعه با استفاده از پژوهش های پیشین اعتبارسنجی شده است و سپس نتایج به صورت تاثیر پارامترهای کلیدی بر روی توالی شکل گیری ساختارهای منسجم و میزان برداشت حرارت مورد بحث و تحلیل قرار گرفته اند.نتایج نشان می دهد که با نوسانی نمودن جریان ورودی می توان نواحی چرخشی و میدان ورتیسیتی را در جریان پایه تغییر داد و میزان برداشت حرارت به صورت میانگین گیری شده افزایش می یابد.همچنین نتایج نشان می دهد که الگوهای جریان و میزان عدد ناسلت به پارامترهای تابع ورودی مانند فرکانس و دامنه بسیار وابسته می باشد.

    کلیدواژگان: جت برخوردی نوسانی، جریان آشفته، عدد ناسلت، فرکانس، فرورفتگی
  • محمود دهنوی، سید باقر حسینی*، مهناز محمودی زرندی صفحات 19-42

    افزایش آلودگی هوا و تولید گازهای گلخانه ای و کاهش منابع سوخت فسیلی و افزایش هزینه ها و نیاز به کاهش مصرف انرژی، سبب استفاده از مصالح و عایق های جدید و ابداع روش های نوین و دیتایل های اجرایی خاص (نماهای دوپوسته و پرده ای و...) در بخش های مختلف ساختمان نمای ساختمان ها گشته است. بخش زیادی از این تکنولوژی ها و نوآوری ها و مصالح عایق در نمای ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند. بررسی ها نشان داد بسیاری از این مصالح و نوآوری ها، پتانسیل اشتعال و گسترش حریق و انتشار دود و گازهای سمی را دارند، بگونه ای که بخش قابل ملاحظه ای از آسیب های فراوان جانی و مالی که به صورت روزانه به مردم و ساختمان ها در آتش سوزی وارد می شود، متاثر از همین مصالح و نوآوری ها و تکنولوژی های اجرایی است. پژوهش حاضر در نظر دارد برای کاهش شکاف دانش و کمبود مطالعات نظری و تجربی در این زمینه، و برای کاهش ضعف آسیب های جانی و مالی به کمک اصول و مولفه های معماری، راهکارهایی برای کنترل و محدودسازی آتش و انتشار دود و گازهای سمی و محافظت از افراد و اموال ارایه نماید. روش پژوهش تا مرحله ساخت ابزار به صورت اکتشافی بوده است تا عوامل موثر بر آسیب پذیری در نمای ساختمان در حریق استخراج گردد. روش پژوهش ترکیبی از شیوه های کمی و کیفی بوده است. بخشی از تحقیق نیز با روش دلفی انجام شده است. جامعه آماری در بخش دلفی مهندسان سازمان نظام مهندسی از سراسر کشور بوده است. نتایج به کمک عامل R، تحلیل شده است و تاثیرگذارترین عوامل موثر بر کاهش آسیب در آتش در نمای ساختمان استخراج گردیده است. براساس نتایج پژوهش، مهمترین مولفه تاثیرگذار بر کاهش آسیب پذیری عبارتند از: مصالح، دسترسی پذیری(امداد و نجات و اطفا)، نماهای مناسب و مسدود در برابر انتشار حریق، تخلیه پذیری و کاهش آسیب جانی، ساختار و فرم هندسی مناسب با دفع انتشار حریق، عرصه بندی کالبدی مناسب با عدم انتشار حریق، ایزوله، مسدود و انتشار ناپذیر در حریق، مکانیابی و وضعیت قرارگیری مناسب ساختمان.

    کلیدواژگان: کاهش اتلاف انرژی، نمای ساختمان، حریق، آسیب جانی و مالی
  • مهدی نوروزی*، زهره آیت اللهی صفحات 43-57

    در این پژوهش، رفتار هیدرودینامیکی جریان حول یک هندسه مستطیلی غوطه ور در نزدیکی بستر و سطح آزاد آب مورد بررسی قرار گرفته است. این تحلیل، به کمک نرم افزار فلوینت و با استفاده از روش چند فازی حجم سیال (VOFVOF) انجام گرفته و برای شبیه سازی آشفتگی از مدل استاندارد k- ɛ استفاده شده است. پس از بررسی استقلال حل از فضای محاسباتی و نیز تعداد شبکه، در ابتدا اثرات تغییر عمق هندسه ی غوطه ور در آب از سطح آزاد و نیز تغییر سرعت جریان سیال بر شکل موج سطح آزاد و ضرایب هیدرودینامیکی بررسی شده و ادامه، اثرات نزدیک کردن این هندسه به کف مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج پژوهش حاضر نشان می دهد با دور شدن صفحه مستطیلی غوطه ور از سطح آزاد (افزایش عمق) در یک سرعت مشخص آب، ضریب پسا و برآی منفی افزایش و در مقابل، با افزایش سرعت سیال در یک عمق مشخص از سطح، عملکرد هیدرودینامیکی سیستم افزایش می یابد. همچنین با نزدیک شدن هندسه به بستر (کف) آب عملکرد هیدرودینامیکی بهبود یافته در حالی که در ضریب پسا تغییر قابل توجهی ایجاد نمی شود. به علاوه، در یک عمق مشخص از کف، با افزایش سرعت سیال عملکرد هیدرودینامیکی به صورت قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: هندسه مستطیلی غوطه ور، اثر سطح آزاد، اثر کف، روش حجم سیال
  • نگین معلمی خیاوی، عسگر مینایی* صفحات 59-74

    در مقاله حاضر، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی الگوی جریان هوا و توزیع دما برای یک مرکز داده با تراکم حرارتی بالا ارایه شده است. مرکز داده توسط نرم افزار انسیس ایرپک به منظور ارزیابی سیستم خنک کاری به کاررفته در این مرکز، شبیه سازی شده است. سالن مرکز داده در نظر گرفته شده، یک مرکز با تراکم حرارتی نسبتا بالا است به طوری که تولید حرارت کلی ایجاد شده در آن برابر 2/227 کیلووات است. چیدمان در نظر گرفته شده برای این مرکز داده به صورت پیکربندی راهرو سرد و گرم بوده و دو واحد تهویه مطبوع برای تولید هوای سرد در آن تعبیه شده است. در این شبیه سازی یک آنالیز سه بعدی از جریان هوای سرد  و گرم در داخل مرکز داده ارایه شده است و سپس نواحی دما بالا و نواحی برگشت هوای گرم پیش بینی شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که در قسمت ورودی رک سرورهای با تراکم حرارتی بالاتر، ناحیه هایی با دمای 7/32 درجه سلسیوس تشکیل شده است که بالاتر از حد مجاز تعیین شده توسط استاندارد اشری (محدوده دمای بین 18 تا 27 درجه سانتی گراد) است. اما توزیع دمای رک سرورهای با تراکم حرارتی پایین تر کاملا منطبق با محدوده دمای مجاز است. همچنین در راهروهای سرد، هوای داغ خروجی در حال چرخش مجدد بوده و با هوای سرد عرضه شده مخلوط می شود. مدل ارایه شده در پژوهش حاضر دارای توانایی ارزیابی الگوی جریان هوا، توزیع دما و بارهای حرارتی به منظور طراحی مراکز داده جدید و یا بهینه سازی مراکز داده موجود به منظور کاهش مشکلات موجود در زمینه خنک سازی مراکز داده از جمله برگشت هوای گرم و پس خوراند هوای سرد است.

    کلیدواژگان: سرمایش مرکز داده، دینامیک سیالات محاسباتی، کاهش مصرف انرژی، نواحی دما بالا
  • حدیثه کریمائی*، فائزه شکری صفحات 75-90

    فناوری موشک کرایوژنیک در علوم فضایی از اهمیت بالایی برخوردار است. استفاده از این تکنولوژی باعث بهبود طراحی موشک هایی که کاوش در فضا را آسانتر می کنند، شده است. علاوه بر این، توسعه این تکنولوژی موفقیت در ماموریت های پیچیده فضایی را افزایش داده است. فن آوری کرایوژنیک، فرایندی است که از پیشران هایی در دمای کرایوژنیک در موشک ها استفاده می کند. دمای کرایوژنیک از منفی 150 درجه سلسیوس تا صفر مطلق تعیین شده است. در این پژوهش، موتور موشک کرایوژنیک بررسی شده است. موتور موشک کرایوژنیک، نوعی موتور موشک است که از سوخت و اکسیدکننده کرایوژنیک یا فوق سرد استفاده می کند، یعنی هم سوخت و هم اکسیدکننده آن گازهایی هستند که مایع شده و در دمای بسیار پایین ذخیره می شوند، در بیانی دیگر برای ماندن در حالت مایع، سرد نگه داشته می شوند. پیشران های مایع نقش بسزایی را در توسعه این فناوری ایفا می کنند. با توجه به بررسی های انجام شده، این تکنولوژی هیچ محصول مضری تولید نمی کند و برای محیط زیست آلودگی به همراه ندارد. همچنین پیشرانه های کرایوژنیک در موتور موشک مایع دارای ضربه ویژه بسیار بالایی هستند که برای استفاده در قسمت بالایی موشک و مراحل بوستر مناسب هستند. از آنالیز کردن نتایج فهمیده می شود که موتور موشک کرایوژنیک با ترکیب پیشرانه LH2/LOX برای طراحی مرحله بالایی موشک بسیار مناسب است.

    کلیدواژگان: موشک سوخت مایع، موتور کرایوژنیک، ضربه ویژه، پیشرانه
|
  • Amin Bagheri, Kazem Esmailpour*, Morteza Heydari Pages 1-17

    Impingement jet is a fluid flow that hits a surface perpendicularly or at a specific angle for the purpose of cooling or heating. The rate of transfer processes in turbulent impingement flows is affected by the formation of coherent structures, the interaction between them and transfer of It's energy.By oscillating the incoming flow in the impinging jets, the formation of coherent structures can be affected, and as a result, the amount of heat removal is affected. In this study, the effect of pulsed impinging jet using step and sinusoidal functions The flow and temperature field of a dimpled surface has been investigated by numerical method. The key parameters in this study include the shape of the input function, the frequency and the amplitude of the oscillating jet. The results of this study have been validated using previous researches and then The effect of key parameters on the  formation of coherent structures and the amount of heat extraction have been discussed and analyzed. The results show that bypulsating the inlet flow, it is possible to change the recirculation zones and the vorticity field in the flow and overally The heat increases on the dimpled surface. Such results show that the flow patterns and Nusselt number are highly dependent on the parameters of the input function such as frequency and amplitude.

    Keywords: Oscillating impinging jet, turbulent flow, Nusselt number, Frequency, depression
  • Mahmood Dehnavi, Seyed Bagher Hosseini*, Mahnaz Mahmoodi Zarandi Pages 19-42

    The increase in air pollution and the production of greenhouse gases and the reduction of fossil fuel sources and the increase in costs and the need to reduce energy consumption, cause the use of new materials and insulation and the invention of new methods and specific implementation details (double-layer facades and curtains, etc.) in different sectors. The building has become a facade of buildings. Most of these technologies and innovations and insulating materials are used in the facade of buildings. Investigations showed that many of these materials and innovations have the potential of igniting and spreading fire and releasing smoke and toxic gases, such that a significant part of the many human and financial damages that are caused to people and buildings in fires on a daily basis are affected by These are the materials, innovations, and implementation technologies. The current research intends to reduce the knowledge gap and the lack of theoretical and experimental studies in this field, and to reduce the weakness of life and financial damages with the help of architectural principles and components, solutions to control and limit fire and the emission of smoke and toxic gases and protect people. and provide property. The research method has been exploratory up to the stage of building the tool in order to extract the factors affecting the vulnerability of the facade of the building in fire. The research method was a combination of quantitative and qualitative methods. Part of the research has also been done with the Delphi method. The statistical population in the Delphi department was engineers of the engineering system organization from all over the country. The results have been analyzed with the help of the R factor, and the most effective factors on reducing fire damage in the facade of the building have been extracted. According to the results of the research, the most important factors influencing the reduction of vulnerability are: materials, accessibility (rescue and extinguishing), suitable and blocked facades against the spread of fire, evacuation and reduction of casualties, suitable geometrical structure and form to prevent the spread of fire, arena Suitable body with no fire propagation, isolated, blocked and non-propagating in fire, location and proper location of the building.

    Keywords: : Reducing energy loss, building facade, fire, human, financial damage
  • Mahdi Norouzi*, Seyyede Zohreh Ayatollahi Pages 43-57

    In this research, the hydrodynamic effects of the flow around a submerged rectangular surface near the bed and the free surface of water has been investigated. This analysis was done using FLUENT and the multiphase method of volume of fluid (VOF) and the standard k-ɛ model was used to simulate turbulence. After checking the mesh and computational space independency, first the effects of changing the depth of the geometry immersed in water from the free surface and also changing the velocity of the fluid flow on the waveform of the free surface and hydrodynamic coefficients were investigated and then the effects of close This geometry has been evaluated on the floor. The results of the present research show that as the submerged rectangular plate moves away from the free surface (increasing the depth) at a specific water velocity, the drag coefficient and negative effect increase, and on the contrary, with the increase of the fluid velocity at a specific depth from the surface, the performance The hydrodynamics of the system increases. Also, as the geometry approaches the water bed (floor), the hydrodynamic performance is improved, while there is no significant change in the drag coefficient. In addition, at a certain depth from the floor, the hydrodynamic performance increases significantly with the increase in fluid velocity.

    Keywords: Immersed rectangular geometry, free surface effect, ground effect, VOF
  • Negin Moallemi Khiavi, Asgar Minaei* Pages 59-74

    In this paper, using computational fluid dynamics, the air flow pattern and temperature distribution for a high-density data center is presented. The Air-pack software is employed to evaluate the performance of the cooling system within the data center. A high-density data center with a total power density of 227.2 kW is considered. The arrangement considered for the data center is a cold/hot aisle layout and also two computer room air conditioning (CRAC) units are employed to produce cold air flow. A three-dimensional analysis of cold/hot air flow within the data center is provided and high temperature and hot air re-circulation areas are predicted. The results of this research show that in the entrance of the higher thermal density rack servers, there are areas with a temperature of 32.7℃ , which exceeds the permissible limit determined by the ASHRAE standard. But the temperature distribution of lower thermal density rack servers is completely consistent with the ASHRAE temperature range. Also, the hot exhaust air is recirculating into cold aisles and mixing with the supplied cold air.  This model could be used to evaluate the air flow and thermal mapping in order to design a new data centers or to optimize existing data centers in terms of reducing the problems in data center cooling, including hot air return and cold air bypass.

    Keywords: Data center cooling, Computational fluid dynamics, Energy consumption Reduction, Hot spots
  • Hadiseh Karimaei*, Faezeh Shokri Pages 75-90

    Cryogenic rocket technology is of great importance in space science. The use of this technology has improved the design of rockets that make space exploration easier. In addition, the development of this technology has increased the success of complex space missions. Cryogenic technology is a process that uses propellants at cryogenic temperatures in rockets. Cryogenic temperature is set from - 150 degrees Celsius to absolute zero. In this research, the cryogenic rocket engine has been investigated. The cryogenic rocket engine is a type of rocket engine that uses cryogenic fuel and oxidizer, that is, both the fuel and the oxidizer are gases that are liquefied and stored at a very low temperature. In other words, they are kept cold to stay liquid. Liquid propellants play a significant role in the development of this technology. According to the investigations, this technology does not produce any harmful products and does not cause pollution to the environment. Also, cryogenic propellants in the liquid rocket engine have a very high specific impact, which are suitable for use in the upper stage of the rocket and booster stages. From analyzing the results, it is understood that the cryogenic rocket engine with LH2/LOX propellant combination is very suitable for the design of the upper stage of the rocket.

    Keywords: Liquid fuel rocket, cryogenic engine, special impact, propulsion