فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال پنجم شماره 1 (پیاپی 15، بهار 1388)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال پنجم شماره 1 (پیاپی 15، بهار 1388)

  • ویژه سیالات و آیرودینامیک
  • تاریخ انتشار: 1388/02/22
  • تعداد عناوین: 7
|
  • بهزاد قدیری دهکردی، حامد حوری جعفری * صفحه 1

    در مقاله حاضر، میدان جریان دوبعدی، غیر دائمی و لزج در اطراف دسته سیلندرهای استوانه ای به منظور بررسی رفتار و مشخصه های جریان شبیه سازی شده است. روش مورد استفاده مبتنی بر روش حجم محدود در شبکه کارتزین جابجا شده بوده و برای تشخیص سیلندرهای جاسازی شده در میدان از تکنیک مقدار بزرگ جمله چشمه و روش سلول شبح استفاده شده است. دقت و صحت روش با شبیه سازی جریان در داخل مجاری و همچنین اطراف تک سیلندر استوانه ای مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است. نتایج حاصله در تطابق کامل با نتایج آزمایشگاهی موجود است. نهایتا، جریان در اطراف دسته سیلندر استوانه ای در چیدمان مربعی و همچنین کلی جابجاشده شبیه سازی و مورد تحلیل قرار گرفته است. برای دسته سیلندرهای مذکور، ضرایب لیفت و درگ، سرعت شکاف، توزیع فشار، توزیع چرخش و خطوط جریان به طور عددی محاسبه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند. نتایج دو الگوی کاملا متفاوت جریان را در دو چیدمان مورد مطالعه قرار می دهد. به طور کلی، روش مورد استفاده در کار حاضر برای اولین بار جهت حل میدان جریان در دسته سیلندر استوانه ای مورد استفاده قرار گرفته و نتایج و تحلیل های ارائه شده در چیدمان مورد بررسی توسط دیگر محققی ارائه نشده است. بطور کلی، نتایج نشان می دهد که نیروهای لیفت و درگ در ردیف اول چندین برابر ردیف های بعدی است. همچنین، در دسته سیلندر محصور، نیروهای لیفت و درگ چندین برابر حالت غیرمحصور بدست می آیند.

    کلیدواژگان: متد حجم محدود، شبکه کارتزین، جابجاشده، هندسه های پیچیده، سیلندرهای استوانه ای
  • فاطمه فکری، سید حجت الله مومنی ماسوله، حمیدرضا مساح صفحه 23

    شیوه های تحلیلی همواره ابزار مورد علاقه دانشمندان برای حل و بررسی پدیده های فیزیکی بوده اند. همراه با اختراع و پیشرفت رایانه ها، تمایل به شیوه های عددی رایج شد. اخیرا، با پیشرفت رایانه ها و توسعه قابلیت و ظرفیت آنها در حل نمادین الگوهای ریاضی پدیده های فیزیکی، بررسی و ابداع شیوه های تحلیلی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. از جمله شیوه های تحلیلی نسبتا جدید، شیوه تجزیه ادومین است. قابلیت ها و دقت این شیوه موضوع این مطالعه می باشند که با بررسی مساله بلازیوس به آنها پرداخته شده است. دقت این شیوه با به کارگیری تقریب کسری پد بهبود یافته و برای اولین بار عدد هوارث با دقت بالایی از این شیوه به دست آمده است. نتایج حاصله با دیگر نتایج به دست آمده از شیوه های تحلیلی و عددی موجود مقایسه شده اند که حاکی از قابلیت ها و برتری شیوه مورد استفاده در این مقاله است.

    کلیدواژگان: حل تحلیلی، روش تجزیه ادومین، تقریب کسری پد، مساله بلازیوس، عدد هوارث
  • حسن قاسمی، سید جمال زمانیان دهکردی صفحه 33

    در این مقاله، برای محاسبه مقاومت موج سازی یک شناور زیر دریایی با استفاده از روش المان مرزی (BEM) و المان بندی سطح جسم به وسیله المان های چهارضلعی هذلولوی و المان بندی سطح آزاد آب دریای اطراف زیردریایی به وسیله المان های چهارضلعی و همچنین با به کارگیری قضیه گرین برای هر نقطه از میدان جریان، معادله انتگرالی پتانسیل سرعت را روی جسم و سطح آزاد اعمال شده و با تشکیل سیستم معادلات و اعمال شرایط مرزی، پتانسیل سرعت، محاسبه شده است. سپس، با مشتق گیری از پتانسیل سرعت، مقادیر فشار و نیروها محاسبه گردیده و در نتیجه مقاومت موج سازی مورد بررسی و حل عددی قرار گرفته و نتایج به صورت زیر ارائه شده است. به منظور بررسی صحت کد نوشته شده، نتایج به دست آمده با نتایج شناور ویگلی و یک زیردریایی بیضیگونی UV11 مورد مقایسه قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: روش المان مرزی، سطح آزاد، شناور زیردریایی، مقاومت موج سازی
  • فتح الله امی، مهدی فرج پور کردآسیابی، علی میرمحمدی صفحه 51

    موتورهای انژکتوری با مجموعه پاشش در راهگاه ورودی در راستای کاهش مصرف سوخت و آلاینده های اگزوز خودروهای بنزینی جایگزین موتورهای کاربراتوری شده اند. این موتورها باید برای کاهش بیشتر میزان آلاینده های خروجی و مصرف سوخت بهینه شوند تا قوانین سخت آلایندگی و مصرف سوخت رعایت شود. در این مقاله، با استفاده از برنامه شبیه سازی KIVA-3V اثر زاویه و زمان پاشش سوخت بر نرخ تبخیر و میزان آلایندگی موتور EF-7 بررسی شده تا فرآیند تشکیل مخلوط که یکی از مهمترین عوامل موثر در عملکرد موتور می باشد، بهبود داده شود. نتایج نشان می دهد که نرخ تبخیر سوخت با پاشش دیرهنگام سوخت کاهش یافته و با تغییر جهت پاشش به سمت نقاط داغ تر نظیر سطح بالایی سوپاپ افزایش می یابد. زاویه پاشش 57 درجه موجب پاشش سوخت به سمت نقاط داغ تر شده و با افزایش نرخ تبخیر سوخت کیفیت مخلوط و احتراق را بهبود یافته که نتیجه آن کاهش آلاینده های CO و HC و افزایش نسبتا کم آلاینده NO می باشد. برای کاهش آلاینده NO باید از روش های دیگری مثل تنظیم زمان جرقه استفاده شود.

    کلیدواژگان: موتور بنزینی، پاشش سوخت در راهگاه ورودی زمان پاشش، زاویه پاشش، ICEMCFD، KIVA، 3V
  • محمد مهدی دوستدار صفحه 63
    در این مقاله به مطالعه عددی اثر شرایط اولیه پاشش بر جابجایی و چرخش ناحیه ای از ابر دوفازی سوخت و هوا که در محدوده احتراق پذیری قرار دارد، پرداخته می شود. این ابر از پاشش مقدار معینی از یک سوخت مایع به محیط باز اتمسفر بوجود می آید. با بررسی ساختار داخلی این ابر بر حسب زمان ناحیه ای از ابر که در آن غلظت سوخت در محدوده احتراق پذیری قرار دارد شناسایی شده و اثر شرایط اولیه پاشش، نظیر دمای سوخت، سرعت پاشش و قطر متوسط قطرات در رفتار این ناحیه مطالعه می گردد. این امر قدم موثری در انتخاب مکان مناسب برای اشتعال ابر در یک زمان معین می باشد. برای اعتباردهی، مقایسه ای بین نتایج عددی و نتایج تجربی صورت گرفته است. نتایج نشان می دهند که افزایش سرعت پاشش و قطر متوسط قطرات و نیز کاهش دمای اولیه سوخت باعث افزایش چرخش ناحیه احتراق پذیر داخل ابر می گردد.
    کلیدواژگان: حل عددی، ابر دوفازی، ناحیه احتراق پذیر
  • محمدحامد حکمت، مسعود میرزایی، احسان ایزدپناه صفحه 75
    در این تحقیق، روش الحاقی پیوسته به منظور بهینه کردن ایرفویل ها در جریان های مادون صوت و گذر صوت به کارگرفته شده است. یک حل کننده جریان به منظور حل میدان جریان تراکم پذیر غیرلزج اطراف ایرفویل در هر سیکل طراحی مورد استفاده قرار گرفت. دو مساله طراحی (که معمولا در بهینه سازی شکل آیرودینامیکی مطرح می شوند)، یعنی طراحی فشار معکوس و کمینه سازی پسا بررسی شده اند. در بخش اول، مثالی به منظور ارزیابی عملکرد روش الحاقی در مساله طراحی معکوس اجرا گردید. نتایج نشان می دهد که روش الحاقی می تواند به عنوان یک ابزار کارآمد در مسائل طراحی معکوس آیرودینامیکی مورد استفاده قرار گیرد. در بخش دوم، بهینه سازی مقید در مساله کمینه سازی پسا مطالعه گردید. مثال های بررسی شده نشان می دهد که یک تغییر کوچک در هندسه باعث کاهش قابل ملاحظه ای در ضریب پسا می-شود. به منظور ارزیابی عملکرد روش الحاقی در مسائل با تعداد متغیرهای طراحی زیاد و همچنین به منظور بررسی تاثیر بردار طراحی بر روی نتایج بهینه سازی، کمینه سازی مقید پسا با استفاده از دو بردار طراحی متفاوت انجام گردید. نتایج نشان می دهد که مکانیزم و مقدار کاهش پسا توسط نوع برداری طراحی متاثر می شود. همچنین، هزینه محاسباتی روش الحاقی مستقل از تعداد متغیرهای طراحی است.
    کلیدواژگان: روش الحاقی، کمینه سازی پسا، طراحی معکوس، معادلات اویلر، بردار متغیرهای طراحی
  • غلامحسین پوریوسفی، مسعود میرزایی، محمدعلی اردکانی صفحه 87
    در این مقاله، تداخل جریان بین سه استوانه دایروی هم قطر در چیدمان مثلثی و همچنین بین چهار استوانه دایروی در چیدمان مربعی که در جریان عرضی قرار گرفته اند، مورد مطالعه قرار گرفته اند. آزمایشات تونل باد، شامل اندازه گیری ضرایب نیرو برای شش نسبت فضادهی () از 1.5 تا 4 در عدد رینولدز زیر بحرانی می باشد. توزیع فشار روی سطح استوانه ها بوسیله ترانسدیوسرهای فشار اندازه گیری شده است. مشاهده می شود که برای حالت سه استوانه در، استوانه بالادست ضریب درگ میانگین کمتری را از استوانه های پایین دست متحمل می شود. همچنین، کمترین مقادیر ضرایب درگ استوانه های پایین دست در و اتفاق می افتد. بعلاوه، برای حالت چهار استوانه در، به علت تداخل شدید جریان بین استوانه ها، بین ضرایب لیفت استوانه های بالادست اختلاف وجود دارد. همچنین، برای، ضرایب درگ میانگین استوانه های پایین دست منفی می شوند. در پایان، نتیجه می شود که تغییرات در، شدیدا روی ضرایب آیرودینامیکی تاثیر می گذارد و با کاهش اثرات تداخل جریان بین استوانه ها افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: آرایه های چند سیلندری، استوانه های دایروی، تداخل جریان، توزیع فشار
|
  • B. Ghadiri Dehkordi, H. Houri Jafari Page 1

    In this article, flow through tube banks has been numerically simulated in order to determine flow induced forces. A Cartesian-staggered grid, based on finite-volume method has been implemented. Furthermore, the ghost-cell method in conjunction with great source term technique has been employed, in order to directly enforce no-slip condition on the tube's boundaries. The accuracy of the solver was validated by simulation of flow in a cavity and also flow over a single circular cylinder. The results are completely compatible with the experiments. Eventually, the flow through two types of unconfined tube banks with different arrangements in low Reynolds numbers were simulated and analyzed. For these tube bundles, the maximum drag and lift coefficients and maximum gap velocities were numerically obtained. The results shows more lift and drag coefficients in first rows. Also, confined tube boundle produces more folw induced forces on the cylinders.

    Keywords: Circular Cylinders, Tube Banks, Finite Volume Method, Cartesian, Staggered Grid
  • F. Fekri, S.H. Momeni, Masouleh, H.R. Massah Page 23

    Analytical methods have always been of interest to scientists in order to solve and investigate mathematical models of many physical problems. With the advent of computers, the roles of numerical methods have been prevailed. Recently, due to the enhancement of computers in symbolic mathematics, an increased attention is paid to developing and devising analytical methods. The Adomian decomposition method (ADM) is one of the recent developments. The capabilities and precision of the method are the subject of the present study which were attended to by investigating the Blasius problem. Also, the precision of the method is improved by employing the Padé approximantion. To best of our knowledge, this is the first time that by utilizing ADM, a very precise value for the Howarth number is obtained. The results of this study are compared to those of other methods, numerical or analytical, in the existing literature. The comparison suggests the advantage and competency of ADM.

    Keywords: Analytical Solution, Adomian Decomposition Method, Padé Approximation, Blasius Problem, Howarth Number
  • H. Ghassemi, S.J. Zamanian, Dehkordi Page 33

    This paper is presented to compute the wave-making resistance of an ellipsoid submarine, using boundary element method (BEM), in which the body surface and free surface are discretized into hyperboloidal elements. The fundamental solution of the governing Laplace's equation was obtained using Green's function via boundary integral equation. The linearized free surface boundary condition was applied and the unknowns of the doublet on the body and source on the free surface were obtained by solving the discretized equations. Then, the numerical results of pressure, wave-making resistance, and wave elevation were determined. We presented the results for the Wigley hull and for the submerged moving ellipsoid shape of the submarine UV11. The validity of the numerical results was examined by comparing it with experimental results.

    Keywords: Boundary Element Method, Free Surface, Submarine, Wave, making Resistance
  • F. Ommi, M. Farajpour, A. Mirmohammadi Page 51

    Carburetor is replaced with port fuel injection systems for reduction of fuel consumption and exhaust emissions. These engines must be optimized for less exhaust emission and fuel consumption for serious emission regulations. In this paper, the effect of injection time and injection angle on the rate of fuel evaporation and emissions in the EF-7 engine has been studied, using KIVA-3V software for improvement of mixing formation process. The results show that fuel injection delay time reduces and directs injection to hot points (such as top face of valve) increasing the rate of fuel evaporation. Injection with 57 degree angle improvs the quality of mixture and combustion resulting in reduction of HC and CO emissions and some increase in NO emission. Other methods, such as spark ignition time adjustment, must be used for reducing NO emission.

    Keywords: Gasoline Engine, Port Fuel Injection Time, Injection Angle, ICEMCFD, KIVA, 3V
  • M. M. Doustdar Page 63
    In this work, the effects of injection initial conditions on displacement and rotation of flammable region in a two-phase fuel–air cloud in open atmosphere have been studied numerically. Investigating the internal conditions of the cloud, we recognize the flammable region and study the effects of injection velocity, droplet initial size, and temperature on the behavior of this region. This study can designate the proper position for successful ignition. Validation was made by comparing the numerical and experimental results. Results show increasing injection velocity and initial size of droplet decreasing droplet initial temperature, increase the rotation of flammable region.
    Keywords: Numerical Simulation, Two, phase Cloud, Flammable Region
  • M.H. Hekmat, M. Mirzaei, E. Izadpanah Page 75
    In this research, the continuous adjoint method is applied to optimize an airfoil in subsonic and transonic flows. An Euler flow solver is used to analyze the inviscid compressible flow over airfoils in each design cycle. Two design problems appearing in aerodynamic shape optimization, namely inverse pressure design and drag minimization were investigated. In the first part, a test case was carried out to evaluate the performance of the adjoint method in inverse design problem. The results show that we can use the adjoint method as an efficient tool in inverse aerodynamic design problems. In the second part, the constrained optimization was investigated in a drag minimization problem. The investigated samples show that a small variation of airfoil geometry has caused considerable decrease in the drag coefficient. To evaluate the performance of the adjoint method in design problems with numerous design variables and also to evaluate the effects of the adoption of the design vector on the optimization results, the constrained drag minimization was performed using two different design vectors. The results shows that the mechanism and the value of drag reduction are affected by the type of design vector. Also, computational cost of the adjoint method are independent of the number of design variables.
    Keywords: Adjoint Method, Drag Minimization, Inverse Design, Euler Equations, Design Variables Vector
  • Gh. Pouryoussefi, M. Mirzaei, M.A. Ardekani Page 87
    This paper has investigated the flow interference between three circular cylinders of equal diameter in an equilateral-triangular arrangement and also between four circular cylinders in a square arrangement when subjected to a cross-flow. Wind tunnel experiments were conducted to measure force coefficients for six spacing ratios () varying from 1.5 to 4 at subcritical Reynolds number of. The pressure distributions on the surface of the cylinders were measured, using pressure transducers. It was found that for three cylinders at, the upstream cylinder experiences lower mean drag coefficient than that of the downstream ones. Also, the minimum drag coefficient values of the downstream cylinders occur at and. Moreover, It was revealed that for four cylinders at, due to severe flow interference between cylinders, there is a difference between lift coefficients for the upstream cylinders. Also, for, the mean drag coefficients for downstream cylinders are negative. In addition, it was concluded that the variations in strongly affect the aerodynamic coefficients. Also, by decreasing, the effects of the flow interference between the cylinders increase.
    Keywords: Multi, cylinder Arrays, Circular Cylinders, Flow Interference, Pressure ööööDistribution