فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال ششم شماره 2 (پیاپی 20، تابستان 1389)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال ششم شماره 2 (پیاپی 20، تابستان 1389)

  • انتقال حرارت و پیشرانش
  • تاریخ انتشار: 1389/05/12
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمدرضا حیدری، مهندس بهروز رزاقی صفحه 1
    در این تحقیق عملکرد یک موتور سوخت جامد با حل بالستیک داخلی آن مورد بررسی قرار گرفته و پارامترهای مورد نیاز در طی زمان سوزش، از جمله فشار محفظه، عدد ماخ جریان، چگالی و دمای محصولات احتراق، استخراج گردیده است. بدین منظور، با استفاده از نسخه جدید نرم افزار فلوئنت، بالستیک داخلی موتور سوخت جامد با یک گرین استوانه ای درون- بیرون سوز، از طریق حل معادلات متقارن محوری ناویر-استوکس روی شبکه ی بی سازمان و متحرک شبیه سازی شده است. همچنین، معادلات بقای شبکه متحرک و مدل سازی جریان در نواحی متحرک، موجود در فلوئنت، بکارگیری شده و توابع لازم برای تحلیل جریان تعریف و نگاشته و به نرم افزار افزوده شده است. نتایج به دست آمده از این شبیه سازی با نتایج عددی و تجربی سایرین مقایسه و مطابقت داده شده است.
    کلیدواژگان: موتور موشک سوخت جامد، شبیه سازی بالستیک داخلی، شبکه متحرک
  • پژمان کاظم پور، فتح الله امی صفحه 11
    در این مقاله عملکرد یک پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای در ساختار تقویت شده آندی با استفاده از یک مدل عددی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات در نظر گرفته شده شامل قوانین بقاء جرم، انرژی و مومنتوم به همراه معادلات الکتروشیمیایی و سینتیک واکنش سوخت می باشند. به منظور افزایش دقت مدل آنالیز الکتروشیمیایی کامل، کمیت های ترمودینامیکی و فیزیکی متغیر با دما، مدل تشعشع بین سطوح جامد سلول و 5 لایه دمایی درون مدل در نظر گرفته شده اند. مدل براساس نتایج تجربی و عددی موجود معتبرسازی شده است. نتایج حاصل از مدل نشان می دهد که به ترتیب تلفات فعال سازی کاتد، آند و اهمی نقش های مهمی در کاهش ولتاژ مدار باز سلول دارند. توزیع کسر مولی اجزاء نیز نشان می دهد که فرآیند تبدیل داخلی سوخت به علت دمای پایین عملکرد سلول تا 80% طول سلول ادامه می یابد و این فرآیند نقش بسیار مهمی در توزیع دما در سلول دارد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای، ساختار تقویت شده آندی، شبیه سازی عددی، تبدیل داخلی سوخت، تلفات ولتاژ
  • محمدرضا شاه نظری، مسعود ضیاء بشرحق، مهندس اشکان امجدی گلپایگانی صفحه 25
    در این مقاله با استفاده از تلفیق روش هم پوشانی و هموتوپی پرتوربیشن یک روش بدون شبکه و بدون انتگرال برای حل مسئله هدایت معکوس مرزی ارائه شده است. یک هموتوپی ویژه برای معادله هدایت متناسب با مسئله معکوس مرزی ارائه شده است. از توابع به دست آمده از این روش به عنوان توابع حدسی برای روش هم پوشانی استفاده شده است. همچنین، روش هموتوپی پرتوربیشن برای مسئله هدایت پسرو به شکلی به کار گرفته شده که بتوان توابع هموتوپی پرتوربیشن را به عنوان یک حل عمومی برای شرایط مرزی مسئله به دست آورد. برای تطبیق این حل با مسئله اصلی، از توابع به دست آمده به عنوان توابع پایه استفاده شده و با روش هم پوشانی، دستگاه معادلات جبری برای ضرایب مجهول حاصل شده است. به منظور عادی سازی دستگاه معادلات حاصل، روش عادی سازی تیخونوف به همراه روش منحنی L به کار گرفته شده است. توجه شود که این روش برای مسائل غیرهمگن نیز قابل تعمیم است. نتایج حاکی از وجود دقت نسبتا خوبی دراین روش می باشد.
    کلیدواژگان: هدایت معکوس مرزی، هدایت پسرو، عادی سازی به روش تیخونوف، هم پوشانی
  • مهندس حامد یغمایی بنیس، رضا ابراهیمی، امیرحسین شامخی، مهندس اسماعیل امیری صفحه 35
    هدف از این تحقیق بررسی امکان کاهش همزمان آلاینده های NOx و دوده در یک موتور دیزل تزریق مستقیم با استفاده از روش تزریق دومرحله ای سوخت می باشد. بدین منظور، از نرم افزار FIRE جهت شبیه سازی عملکرد موتور مورد مطالعه استفاده شده است. در این مطالعه، فرض شده که موتور در شرایط بار کامل کار می کند و سرعت موتور برابر 2.000 دور بر دقیقه می باشد. برای اعتباردهی به نتایج، مدل تزریق یک مرحله ای با نتایج حاصل از آزمایش های تجربی بر روی موتور مقایسه شده و پس از یافتن مدل تزریق یک مرحله ای مناسب از آن به عنوان حالت پایه موتور، استفاده شده است. در ادامه، مودهای مختلف تزریق سوخت، شامل پیش پاشش و پاشش اصلی یا پاشش اصلی و پس پاشش با تغییر درصد سوخت تزریق شده در هر مرحله و فواصل زمانی مختلف بین دو مرحله تزریق مدل شده و مود مناسب از لحاظ پارامترهای عملکردی موتور و کاهش سطح آلاینده ها انتخاب شده است. با توجه به نتایج حاصله، مشاهده می شود که تزریق دومرحله ای سوخت میزان تولید آلاینده های NOx و دوده را به طور همزمان کاهش می دهد. در نهایت، مود تزریق پیشنهادی برای موتور مورد مطالعه در تحقیق حاضر، یعنی موتور MT4.244، عبارت است از مودی که درصد سوخت تزریقی در مرحله اول و دوم در آن بترتیب برابر 75 و25 بوده و فاصله بین دو تزریق 25 درجه میل لنگ باشد.
    کلیدواژگان: تزریق دومرحله ای، اسپری، موتور دیزل، دوده، NOx
  • مهندس میثم نصر، محمد علی اخوان بهابادی، مهندس مسعود جمالی آشتیانی صفحه 53
    در این مطالعه به بررسی افت فشار جریان جوششی اجباری مبرد R-134a درون لوله های افقی پهن شده پرداخته می شود. به این منظور، لوله های مسی گرد با قطر خارجی 52/9 میلی متر به چهار میزان متفاوت با ارتفاع داخلی 8/2، 8/3، 5/5 و 6/6 میلی متر پهن می شوند. دستگاه مورد استفاده در این بررسی یک سیستم تبرید تراکمی بخار مجهز به کلیه وسایل اندازه گیری مورد نیاز می باشد. این سیستم شامل سه تبخیرکننده گرم شونده با گرمگن الکتریکی می باشد که به ترتیب تبخیرکننده اولیه، تبخیرکننده آزمایش و تبخیرکننده ثانویه نامیده می شوند. رابطه ای برای محاسبه افت فشار جریان جوششی سیال در لوله های پهن شده ارائه شده که داده های آزمایشگاهی مطالعه حاضر را با دقت 20%± پیش بینی می کند. داده های آزمایشگاهی با روابط موجود برای پیش بینی افت فشار در لوله های پهن شده مقایسه شده اند. نتایج تجربی حاصله نشان می دهد که پهن کردن مقطع لوله باعث افزایش افت فشار نسبت به لوله گرد مشابه می شود. در بدترین حالت افت فشار، جریان جوششی درون لوله پهن شده افقی تا 600% نسبت به لوله گرد مشابه افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: افت فشار، جریان جوششی، R، 134a، لوله پهن شده، تجربی
  • مهندس محمد مهدی درویشی، حسن خالقی، مهرداد رئیسی دهکردی، مهرداد کوکبی صفحه 61
    در این تحقیق یک میکرومبدل حرارتی مستطیلی با قطر هیدرولیکی ثابت و نسبت منظری های مختلف در نظر گرفته شده و تغییرات افت فشار و مقاومت حرارتی میکرومبدل در جریان آرام بر حسب توان مصرفی پمپاژ در شار حرارتی ثابت 3/0 مگاوات بر مترمربع تحلیل و مقایسه شده است. همچنین، تاثیر خواص وابسته به دمای سیال(گرانروی و ضریب رسانایی) بر افت فشار و مقاومت حرارتی میکرومبدل مطالعه شده اند. در نهایت، معیار جدیدی براساس توان مصرفی پمپاژ سیال عامل و میزان گرمای انتقالی بر واحد اختلاف دما به عنوان ابزاری برای بهینه سازی میکرومبدل حرارتی مذکور پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: میکرومبدل، نسبت منظری، قطر هیدرولیکی، توان مصرفی پمپاژ
  • مهندس جواد قارلقی، امیر حسن کاکایی صفحه 71
    در این تحقیق، انتقال حرارت در پیستون موتور اشتعال جرقه ای محاسبه شده است. به منظور شبیه سازی انتقال حرارت در محفظه احتراق و محاسبه دمای گذرای پیستون در یک سیکل بسته، به صورت هم زمان بر اساس مدل شبکه حرارتی مقاومت- خازن، 24 معادله انتقال حرارت با مدل دو ناحیه ای احتراق حل می شود. مدل استفاده شده به خوبی دمای دیواره های محفظه احتراق را پیش بینی کرده و چون برای هر یک از متغیرهای مدل عباراتی برحسب هندسه موتور، متغیرهای عملکردی موتور و مشخصات مواد به کار گرفته شده، قابلیت استفاده برای موتورهای متفاوت را دارا می باشد. مجموعه عملیات شبیه سازی بوسیله برنامه ای که در نرم افزار MATLAB نوشته شده، انجام شده و نتایج با داده های تجربی موتور EF7.TC اعتباردهی شده است.
    کلیدواژگان: شرایط مرزی حرارتی، شبکه حرارتی مقاومت، خازن، پیستون، مدل دو ناحیه ای احتراق
|
  • M.R. Heidari, B. Razzaghi Page 1
    Internal ballistics of solid rocket motor is simulated by solving the axisymmetric Navier-Stokes equations on a moving unstructured grid. Then, the flow velocity, pressure, temperature, and other variables are computed for problems with complex geometries and boundary conditions. The dynamic (moving) mesh is used to model flows where the shape of the domain changes with time due to motion of the domain boundaries (burning surfaces).Updating of the mesh is handled automatically at each time step, based on the new position of the boundaries. This study showed that CFD with unstructured dynamic meshing can be a powerful tool for simulating internal ballistics of solid rocket motors.
    Keywords: Solid Rocket Motor, Internal Ballistics Simulation, Moving Mesh
  • P. Kazempoor, F. Ommi Page 11
    In this paper the performance of a solid oxide fuel cell (SOFC) in the anode-supported structure is numerically investigated. The mass, momentum, and energy equations, as well as the electrochemical and fuel reaction kinetic equations, are solved. To improve the accuracy of the results, complete electrochemical analysis, temperature dependent form of the thermodynamical and physical parameters, radiation model between the SOFC solid surfaces,and five layers of temperature are considered. The results are validated against the available experimental and numerical data and show that the cathode activation, anode activation, and ohmic polarizations have major effects on the cell polarization, respectively (in the order given). The molar fraction of the gas components in the fuel channel shows that the fuel internal reforming, which continues up to about 80% of the cell length, is very important in temperature distribution in the cell solid parts.
    Keywords: Solid Oxide Fuel Cell, Anode, Supported Structure, Numerical Simulation, Fuel Internal Reforming
  • M. Shahnazari, M. Ziabasharhagh, A. Amjadi, Golpayegani Page 25
    In this study a modified numerical scheme using meshless procedure is proposed to solve the inverse heat conduction boundary value problems. Homotopy perturbation method (HPM) is adopted for trial functions of the collocation method used. The resultant functions are used as basis functions and an ill-conditioned system of equations is obtained by a simple collocation. To regularize the resultant ill-conditioned system of linear equations, the Tikhonov regularization technique and the L-curve were applied. Note, the approach is readily extendable to solve inhomogenous problems. The results indicate that the approach used provides a relatively accurate scheme.
    Keywords: Inverse Heat Conduction of Boundary Condition, Backward Heat Conduction of Boundary Condition, Tikhonov Regularization, Collocation
  • H. Yaghmaei, Benis, R. Ebrahimi, A.H. Shamekhi, E. Amiri Page 35
    The aim of this paper is to investigate the possibility of simultaneous reduction of soot and NOx emissions in a direct injection diesel engine, using split injection method. For showing the effect of applying this injection system on pollutants of MT-4.244 DI diesel engine, the three-dimensional AVL_FIRE_CFD software was used. It was assumed that the engine was working under full-load condition and engine speed was 2000 rpm. First, the results of the simulation in single injection mode were validated, using the base state experimental data to find the base single injection mode. Then, different split injection modes were considered, in which the effects of pre-injection and postinjection were investigated by changing the mass of fuel in each pulse of injection. The effects of varying dwell time between injection pulses was analyzed as well. Then, the results of different split injection modes were compared with the base single injection one and finally the optimum mode of injection and optimum dwell time between injection pulses were selected. According to the results, the optimum injection mode for this engine for simultaneous reduction of soot and NOx emissions was achieved by injecting 75 percent of fuel in first pulse and 25 percent in the second with dwell time of 25 crank angle degrees between injection pulses.
    Keywords: Split Injection, Spray, Diesel Engine, Soot, NOx
  • M. Nasr, M.A. Behabadi, M.J. Ashtiyani Page 53
    In this study pressure drop of R-134a refrigerator under convective boiling conditions in horizontal flattened tubes was investigated. Round copper tubes with outer diameter of 9.52 mm are flattened into oblong shape with different internal height of 6.6 mm, 5.5 mm, 3.8 mm, and 2.8 mm. The experimental set-up used is a well-instrumented vapor compression refrigeration cycle. It includes three evaporators named pre-evaporator, test evaporator, and after evaporator. The results show that pressure drop increases as the tube profile is flattened. The obtained experimental data are compared with the results of existing correlations for estimation of pressure drop inside flattened tubes. In worst condition, the maximum boiling flow pressure drop is increased to 600% for the horizontal flattened tube relative to the round tube values. Also, a correlation is developed to predict the boiling flow pressure drop inside flattened tubes. This correlation predicts the experimental results within an error band of ±20%.
    Keywords: Pressure Drop, Boiling Flow, R, 134a, Flattened Tube, Empirical
  • M.M. Darvishi, H. Khaleghi, M. Raeisi, Dehkordi, M. Kokabi Page 61
    In this work a rectangular micro-heat exchanger with constant hydraulic diameter at various aspect ratios was considered and its pressure drop and thermal parameters versus pumping power in laminar flow at constant heat flux of 0.3 MW/m2 were analyzed and compared. Also, the effect of temperature-dependent fluid properties (viscosity and conductivity coefficient) on the pressure drop and thermal resistance of micro heat exchanger were investigated.Finally, a new criterion, based on pumping power and transmitted heat per temperature gradient, was proposed as a tool to optimize the aforementioned micro-heat exchanger.
    Keywords: Micro Exchanger, Aspect Ratio, Hydraulic Diameter, Pumping Power
  • J. Gharloghy, A. H. Kakaee Page 71
    In this study, the SI engine piston heat transfer is calculated. In order to simulate the combustion chamber heat transfer and the transient temperature of the piston, a resistor-capacitor model for wall temperature prediction is used. Twenty four heat transfer equations coupled with two-zonal combustion model were solved simultaneously,based on the resistor-capacitor thermal network model. The model predicts the wall temperature well. For each model parameter, an expression as a function of the engine geometry, operational parameters, and material properties were derived to make the model applicable to other similar engines. The simulations were performed writing a computer program on MATLAB and the results were validated using the experimental data of the EF7.TC engine.
    Keywords: Thermal Boundary Condition, Resistor, Capacitor Thermal Network, Piston, Two, zone Combustion Model