فهرست مطالب

مکانیک سیالات و آیرودینامیک - سال دوم شماره 1 (بهار 1392)
  • سال دوم شماره 1 (بهار 1392)
  • تاریخ انتشار: 1392/02/20
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مهدی پور مصطفی*، محمد سعید سیف، علی نوری بروجردی صفحات 1-14
    در سال های اخیر، روش های عددی زیادی برای شبیه سازی سطح آزاد و همچنین مدل سازی حرکات اجسام صلب غوطه ور در سیال ابداع شده است. در این مقاله برای شبیه سازی حرکات شناورها، از روش حجمی CICSAM استفاده شده و برای کوپل سرعت و فشار در دامنه محاسباتی از تکنیک گام جزئی بهره گرفته شده است. برای بالا بردن دقت شبیه سازی، لازم است تعداد سلول ها در دامنه محاسباتی افزایش یابد که این امر باعث افزایش مدت شبیه سازی می شود. به همین دلیل، از روش چند شبکه ای برای حل معادله پوآسون فشار استفاده شده و بر این اساس برای درشت سازی شبکه، الگوریتم تراکمی مورد استفاده قرار گرفته است. قابل ذکر است که برای این کار، لازم است شبکه هایی که به طور کامل بی ساختار هستند در مسئله لحاظ شوند. برای سنجش میزان دقت الگوریتم اعمالی، چند مدل سازی نمونه، از جمله حفره دوطرفه، شکست سد با مانع و محاسبه مقاومت بارج مورد بررسی قرار گرفته اند. بر اساس نتایج عددی، ملاحظه می شود که روش چندشبکه ای قادر است سرعت حل معادلات را 5/ 1 تا 2 برابر افزایش دهد. همچنین، با مقایسه سیکل های متفاوت V و W در روش چند شبکه ای، ملاحظه می شود که سیکل W در اغلب موارد بهتر از سیکل V عمل می کند.
    کلیدواژگان: روش چند شبکه ای، روش گام جزئی، روش حجم سیال، جریان سطح آزاد
  • حامد حوری جعفری*، بهزاد قدیری دهکردی، عمید خسروداد صفحات 15-35
    ناپایداری الاستیک- سیال از جمله مکانیزم های مهم تحریک در دسته سیلندر مبدل های حرارتی در معرض جریان عرضی می باشد که می-تواند منجر به ارتعاش با دامنه بالای سیلندرها و در نهایت ویرانی سازه شود. در مقاله حاضر، مرز شروع ناپایداری مذکور با حل جریان دوبعدی، غیر دائمی، لزج و آشفته در اطراف دسته سیلندرهای استوانه ای در چیدمان مثلثی نرمال (30 درجه در هفت حالت مختلف) به طور عددی پیش بینی شده است. شرایط دینامیکی شبیه سازی سیلندرها بر اساس آزمایش های انجام گرفته قبلی تنظیم شده است. به منظور حل میدان جریان از روش حجم محدود در شبکه کارتزین استفاده شده و برهم کنش بین سازه و سیال به صورت کاملا کوپل و به واسطه حل همزمان معادلات حاکم بر سیال و معادلات حرکت سازه در هر گام زمانی صورت پذیرفته است. مجموعه روش های به کارگرفته شده، متفاوت با معدود مطالعات عددی گذشته می باشد. در نهایت، جریان اطراف این دسته سیلندر استوانه ای به صورت عددی شبیه سازی و ضرایب برا و پسا، حداکثر سرعت شکاف، توزیع فشار، توزیع چرخش، خطوط جریان، مود ارتعاشی، خط سیر سیلندر مرتعش و سرعت کاهش یافته در مرز ناپایداری محاسبه و آنالیز شده اند.
    کلیدواژگان: ناپایداری الاستیک، دسته سیلندرهای استوانه ای، حجم محدود، شبکه کارتزین جابه جا شده
  • نیما سام خانیانی*، محمدرضا انصاری صفحات 37-45
    در این تحقیق، حل عددی مستقیم جریان غیرقابل تراکم دوفاز گاز- مایع برای حرکت حباب در میکرو لوله ای به شعاع10 میکرون ارائه شده است. سطح مشترک بین دوفاز از روش حجم سیال (VOF) با مدل نیروی سطحی پیوسته (CSF) تعقیب می شود. جریان نیوتنی است و با روش گسسته سازی حجم محدود و از طریق الگوریتم پیزو حل می شود. شبیه سازی عددی بر روی شبکه یکنواخت متقارن محوری و با شرایط مرزی تناوبی و برای مقادیر مختلف گرادیان فشار، دوره حباب و کسر تهی صورت می گیرد. در تمامی شبیه سازی ها مقدار متوسط گرادیان فشار در طول لوله ثابت می باشد. شبیه سازی عددی در محدوده رینولدزی 5 تا210 برای فاز مایع و 3/ 0 تا 7 برای فاز گاز انجام می گیرد. نتایج عددی با نقشه رژیم جریان دوفاز سریزاوار سازگار است. رابطه خطی بین نسبت حجمی گاز و کسر تهی وجود دارد. افت فشار و ضخامت فیلم سیال با نتایج تجربی مقایسه شده اند. اندازه فیلم سیال محاسبه شده به رابطه ایراندوست نزدیک تر می باشد.
    کلیدواژگان: روش حجم سیال، دینامیک حباب، مدل یک سیالی، جریان لخته ای، جریان دوفازی، نرم افزار اوپن فوم
  • رضا تقوی زنوز*، ثارالله عباسی، علیرضا پیرنیا صفحات 47-58
    در مقاله حاضر، روش انحنای خطوط جریان برای طراحی و تحلیل میدان جریان در هر یک از مجموعه های کمپرسور و فن محوری و همچنین قسمت داکت موتور توربوفن به کار گرفته شده است. در ابتدا، به کمک تحلیل یک بعدی بر اساس حل ردیف به ردیف جریان در امتداد شعاع میانی و بر اساس نسبت کنارگذر مورد نظر، هندسه نصف النهاری فن، کمپرسور و جداکننده و همچنین سرعت های محوری استخراج شده اند. این اطلاعات به عنوان اطلاعات ورودی برای اعمال روش انحنای خطوط جریان مورد استفاده قرار گرفته است. ورودی های دیگر برنامه شامل فشار و دمای کل ورودی به فن، دور محور، دبی جریان و نسبت فشار کل می باشند. در طراحی کمپرسور و داکت، فشار کل و دمای کل ورودی، بر اساس خروجی های فن به صورت متغیر از پایه تا نوک اعمال می شوند. از مدل های افت پروفیل، افت موج ضربه ای و افت درز نوک پره ها به منظور محاسبه تغییرات آنتروپی استفاده شده است. شکل هندسی پره کمپرسور از طریق ایجاد خط انحنای دایروی و انواع سهموی با درجه های مختلف و توزیع ضخامت بر اساس اطلاعات ضخامت ایرفویل های ناکا سری-6 حول آن صورت گرفته است. به منظور کسب اطمینان از صحت نتایج، خروجی های برنامه برای یک فن دو طبقه با نتایج تجربی مقایسه شده است. پس از آن تاثیر برخی کمیت های ورودی برنامه نظیر بار آیرودینامیکی و تعداد پره ها بر عملکرد آیرودینامیکی و شکل هندسی فن دو طبقه بررسی شده و در هر مورد حالت بهینه برای عملکرد فن انتخاب شده است.
    کلیدواژگان: موتور توربوفن، فن محوری، کمپرسورمحوری، روش انحنای خطوط جریان، بار گذاری آیرودینامیکی
  • محمود سالاری*، ابوالفضل شیخ زاده صفحات 59-68
    در این تحقیق، برای اولین بار در کشور، پدیده هایی همچون حرکت موج شوک، تداخل موج شوک با لایه مرزی و پدیده جدایش در جریان گذرصوت حول یک ایرفویل NACA0012 مطالعه تجربی شده است. این آزمایش ها با استفاده از سنسور های فشار لحظه ای کولایت در زوایای حمله 0، 4+ و 4- درجه و اعداد ماخ بین 6/ 0 تا 82/ 0 انجام شده است. با نصب 13 سنسور کولایت در ناحیه 13 تا 63 درصد از طول وتر ایرفویل، فشار های لحظه ای با فرکانس KHz10 و دقت KPa/bit 0/05 اندازه گیری و ثبت شده اند. همچنین، به کمک یک سیستم شلیرین، موقعیت شوک، حرکت موج شوک و امواج تراکمی آشکارسازی و ضبط شده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با گذار جریان از لایه ای به آشفته، دامنه نوسانات فشار افزایش می یابد و در صورت ایجاد جدایش جریان، متاثر از تداخل موج شوک با لایه مرزی، دامنه نوسانات نسبت به قبل از جدایش، کاهش می یابد. همچنین، با افزایش عددماخ، محل گذار جریان از لایه ای به آشفته به سمت لبه حمله و محل ایجاد شوک به سمت لبه فرار حرکت می کنند. مسئله مهم دیگر در این تست ها مشاهده اختلاف فاز قابل توجه بین سیگنال های نوسان های فشار در نواحی بعد از موج شوک و داخل حباب جدایش می باشد.
    کلیدواژگان: جریان گذرصوت، جدایش، شوک، تونل باد، سنسورکولایت، فشار های لحظه ای، ایرفویل NACA0012
  • شهریار منصور زاده*، احمدرضا پیشه ور، احسان جوانمرد صفحات 69-81
    برای بررسی پایداری ربات های زیرآبی لازم است معادلات دیفرانسیل حاکم بر حرکت های صفحه ای افقی یا عمودی بررسی شوند. استفاده از معیار پایداری راس برای بررسی پایداری در صفحه افقی مستلزم داشتن چهار ضریب هیدرودینامیکی، شامل مشتقات نیروی جانبی، ممان عمودی نسبت به سرعت جانبی و سرعت زاویه ای می باشد. این ضرایب معمولا در آزمون های تجربی در حوضچه کشش و بازوی چرخان اندازه گیری می شوند. در این پژوهش، ضرایب هیدرودینامیکی یک AUV از طریق شبیه سازی عددی آزمون کشش مدل شناور با زاویه انحراف و نیز بازوی چرخان به روش دینامیک سیالات عددی استخراج شده و از آنها جهت تعیین پایداری حرکت وسیله در صفحه افقی و همچنین بررسی اثر سطوح کنترلی در میزان پایداری آن استفاده شده است.
    کلیدواژگان: ضرائب هیدرودینامیکی، پایداری، آزمون کشش با زاویه انحراف، آزمون بازوی چرخان، دینامیک سیالات عددی
  • یادداشت مهندسی
  • فرزانه فروزش*، عبدالامیر بک خوشنویس، محسن وحیدی صفحات 83-93
    در این تحقیق به بررسی اثر اغتشاشات جریان ورودی بر پارامترهای دنباله جریان پشت یک ایرفویل NACA0012 در زاویه حمله صفر و عدد رینولدز 38،700 پرداخته شده است. به منظور دست یابی به شدت اغتشاشات 5% و 6%، از شبکه های اغتشاش ساز مختلفی استفاده شده است. آزمایشات در سه نوع شدت اغتشاش ورودی مختلف انجام شده و پارامترهای سرعت متوسط، شدت اغتشاشات، پاسخ فرکانسی و عدد استروهال مورد بررسی قرار گرفته اند. مشاهده شده که در هر سه حالت اغتشاشی، با افزایش نسبت x/d و شدت اغتشاشات ورودی، مقدار نصف دهانه دنباله (b1/2) افزایش می یابد. فاصله شکل گیری گردابه نیز با شدت اغتشاشات کاهش می یابد. همچنین، مشخص شده که عدد استروهال نیز با افزایش شدت اغتشاشات و افزایش فاصله از لبه فرار ایرفویل کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: ایرفویل، شدت اغتشاشات جریان، شبکه اغتشاش ساز، عدد استروهال
|
  • M. Pour, Mostafa * (Ms) Seif, A. Nouri, Boroojerdi Pages 1-14
    In recent years، many different methods have been developed to simulate free surface flows coupled with moving bodies. In this paper، for simulating ship maneuver، VOF method (CICSAM) and also for coupling velocity field and pressure a fractional step method are used. To increase simulation accuracy، the mesh size should be significantly fine. Unfortunately، fine grid causes increase in simulation time. So، multigrid method was applied for solving the Poisson equation obtained in the Navier-Stokes equations، when using fractional step method. In that case، we generated some coarse grids، using agglomeration method، which needs implemention of a fully unstructured grid. To evaluate the accuracy of the algorithm، some test cases، such as two sided cavity، dam break with obstacle، and barge towing problem، as well as a comparison between V and W cycles in multigrid method have been studied. The results show that implementation of multigrid method can improve the performance of the computer code up to 100%. Moreover، W cycle behaves better than V cycle in most cases.
    Keywords: Multigrid Method, Fractional Step Method, Volume of Fluid Method, Free Surface Flow
  • H. Houri, Jafari*, B. Ghadiri, Dehkord, A. Khosrowdad Pages 15-35
    Prediction of fluid-elastic instability is a great matter of importance in designing cross-flowtube bundles from the perspective of vibration. In the present paper، the threshold of fluid-elastic instability has been numerically predicted via simulation of incompressible، unsteady، and turbulent cross-flow through a tube bundle in a normal triangular arrangement. The conditions of simulation is the same as a previous experiment. A finite volume solver، based on Cartesian-staggered grid، has been implemented and the interactions between fluid and structure are solved fully coupled method of solving flow and structure equations in each time step. The fluid elastic instability was predicted and analyzed by presenting the structural responses، trajectory of flexible cylinders، and critical reduced velocities.
    Keywords: Fluid, Elastic Instability, Tube Bundles, Finite Volume Method, Cartesian, Staggered Grid
  • N. Samkhaniani*, M.R. Ansari Pages 37-45
    In this paper، direct numerical simulation of two-phase incompressible gas-liquid flow for simulation of bubble motion in a microtube is presented. Microtube radius is 10 μm. The interface is tracked using volume of fluid (VOF) methodwith continuous surface force (CSF) model. The flow is solved using a finite volume scheme، based on PISO algorithm. Numerical simulation is performed on a axisymmetric mesh with cyclic boundary condition for different values of pressure gradient، void fraction، and bubble period. The mean pressure gradient is fixed for each simulation and the superficial Reynolds numbers of gas and liquid are 0. 3 – 7 and 5 – 210، respectively. The numerical results are coincident with Serizawa regime map and there is a linear relation between void fraction and gas flow ratio. Pressure drop and liquid film thickness are compared with different empirical correlations. The computed liquid film thickness is closer to Irandoust correlation.
    Keywords: VOF Method, Bubble Dynamics, One, fluid Model, Slug Flow, Two, Phase Flow, Open FOAM Code
  • R. Taghavi, Zenouz*, S. Abbasi, A.R. Pirnia Pages 47-58
    This paper deals with aerodynamic design of fan and compressor assembly for turbofan engines having arbitrary bypass ratios. Two different softwares were developed in this respect. First، based on general performance data at design point condition، a one-dimensional approach was activated. Initial flow passages of both fan and compressor، together with splitter position were developed utilizing row by row analysis along the meanline radius. Considering design restriction parameters، with diffusion factor as the most important one، the initial geometries of blades projection on the meridional plane and their numbers at each row was estimated. Then، these data were imported to the second software، developed for three-dimensional design purposes. This latter approach is based on the well-known streamline curvature method. Executing this computerized program، one can obtain the full geometries of fan and compressor blades with all gas dynamics data at different axial and radial positions. Different kinds of losses، including profile، shock wave and tip clearance losses were considered through the calculations، in order to evaluate entropy changes. To validate current design procedure، an existent two-stage fan was redesigned. Finally، a parametric study was carried out to investigate the effects of variations in some geometric and gas dynamics parameters on the general performances of either the fan or compressor modulus.
    Keywords: Turbofan, Through Flow Theory, Streamline Curvature Method, Aerodynamic Loading
  • M. Salari*, A. Sheikh, Zadeh Pages 59-68
    In this research، shock wave motion، shock/boundary layer interaction، and flow separation in a transonic flow over a NACA0012 airfoil were investigated experimentally. Thirteen Kulite sensors were utilized for measurement of pressure fluctuations over the airfoil. Experiments were performed for angles of attack between -4 to 4 degrees and flow Mach numbers of M= 0. 39 to 0. 82. The Kulite sensors were distributed on one side of the airfoil surface from 13% to 63% of the chord from the leading edge. Data acquisitioning were performed using a 10KHz sample rate and a resolution of 0. 05 KPa/bit. A Schlieren system was also used for visualization of shock lines. The results show that the transition from laminar to turbulent cause increase in amplitude of pressure fluctuations during the process. If boundary layer separation occurs due to interaction of boundary layer with shock waves، amplitude of pressure fluctuations reduces compared to upstream of the separated region. The results also show that as Mach number increases، the onset location of laminar to turbulent transition moves toward the leading edge and the shock lines move toward the trailing edge. Another significant phenomenon was occurrence of a phase difference between pressure signals of two positions namely: after shock wave and inside separation bubble.
    Keywords: Transonic Flow, Boundary Layer Separation, Shock, Wind Tunnel, Pressure Fluctuations, NACA0012 Airfoil
  • Sh. Mansoorzadeh*, A.R. Pishevar, E. Javanmard Pages 69-81
    In order to determine the stability of underwater robots، their governing differential equations of motion in vertical and horizontal planes should be investigated. For horizontal plane stability، using Routh stability criterion، four hydrodynamic coefficients، including derivatives of the lateral force and vertical moment with respect to sway and angular velocity are required. These coefficients are usually measured in a towing tank with rotating arm experimental facilities. In present work، these coefficients were calculated for an AUV، using computational fluid dynamics. Towing of the model، with various drift angles، in a towing tank and also rotation of the model in a rotating arm are simulated numerically، to obtain the required coefficients. The coefficients were then used to investigate the stability of the robot in horizontal plane and to determine the effect of control surfaces on the robot''s stability.
    Keywords: Hydrodynamic Coefficients, Stability, Drift Angle Test, Rotating Arm Test, Computational Fluid Dynamics
  • F. Foroozesh*, A.B. Khoshnevis, M. Vahidi Pages 83-93
    In this paper، inflow turbulence effects on the flow wake parameters around a NACA001 airfoil at zero incidence angle and Reynolds number of 38،700 were investigated. Various turbulence promoter networks were used to achieve turbulence intensity of 5% and 6%. Experiments have been conducted for three different turbulence intensities in which mean velocity parameters، turbulence intensity، frequency response، and Strouhal number were measured. Half of the wake width (b1/2) in all three cases of turbulence، was increased with increasing x/d and turbulence intensity. It was also found that vortex formation length is decreased with turbulence intensity. Besides، it became clear that Strouhal number is reduced with any increase in turbulence intensity or in the distance from the trailing edge of the airfoil.
    Keywords: Airfoil Wake, Flow Turbulence Intensity, Turbulence Promoters, Strouhal Number