فهرست مطالب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک - سال بیست و پنجم شماره 1 (پاییز و زمستان 1392)

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال بیست و پنجم شماره 1 (پاییز و زمستان 1392)

  • تاریخ انتشار: 1393/03/02
  • تعداد عناوین: 9
|
  • علمی پژوهشی
  • احمد صداقت، روح الله ارسطویی صفحه 1
    در این پژوهش، جریان سه بعدی حول بدنه ی بالگرد در حضور روتور در حالت پایا شبیه سازی شده است. روتور توسط مدل دیسک محرک با یک شبکه ی حلقوی مدل سازی می گردد و با جملات چشمه به معادلات مومنتم افزوده می شود. این مدل سازی روتور، سرعت محاسبات عددی را به نحو چشمگیری افزایش می دهد. جریان حول این بالگرد، در شش وضعیت مختلف از نسبت پیش روش و ضریب تراست روتور شبیه سازی شده است. دقت نتایج حاصل از توزیع های یکنواخت، خطی و تئوری المان پره بر جملات چشمه ی مومنتم بررسی شده است و با انتخاب توزیع توسط تئوری المان پره به همراه تصحیحاتی بر زوایای گام روتور، ضرایب فشار بر روی بدنه ی بالگرد، تغییرات نیروی تراست و قدرت آن به نحو قابل قبولی با نتایج تجربی منطبق شده است. برای ضریب تراست اسمی 06/0 روش های مختلف بارگذاری روتور برای نسبت پیش روش 05/0 و 23/0 با نتایج تجربی مقایسه شده است. در نسبت پیش روش 23/0 برای نتایج سطح بالایی بالگرد تفاوت چندانی میان روش های به کار گرفته شده ملاحظه نمی شود. در نسبت پیش روش 05/0 برای سمتی که تیغه ها به بالگرد نزدیک می شوند (سمت استاربورد)، وضعیت نتایج روش های همراه با اصلاح، به تر از روش المان پره است. حضور پایه تاثیر بسزایی در نتایج مربوط به نسبت پیش روش 23/0 داشته است و موجب کاهش فشار در قسمت های عمده ای از دم بالگرد شده است.
    کلیدواژگان: بدنه و روتور بالگرد، شبیه سازی عددی، دیسک محرک
  • سیدجلال هاشمی، حسن مسلمی نایینی، غلامحسین لیاقت، حامد دیلمی عضدی، امیر نعمتی فقیر صفحه 17
    منحنی حد شکل دهی از ابزارهای مهم در برآورد شکل پذیری ورق های فلزی تحت بارگذاری های مختلف می باشد. در این مقاله، بالج آزاد لوله های آلومینیومی با آلیاژ AA6065 برای به دست آوردن منحنی حد شکل دهی به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. یک دستگاه بالج آزاد با طول بالج ثابت و قابلیت اعمال تغذیه ی محوری نیز برای بررسی صحت نتایج عددی ساخته شده است. در این مطالعه هفت معیار شکست نرم برای پیش بینی زمان و محل وقوع ترکیدگی لوله در فرآیند هیدروفرمینگ استفاده شده است. ابتدا آزمایش کشش تک محوری در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شد تا ثابت های معیارهای شکست به دست آیند. برای به دست آوردن نقاط مختلف کرنشی منحنی حد شکل دهی مسیرهای بارگذاری تغییر فشار داخلی و تغذیه ی محوری متفاوتی بر روی لوله اعمال شده است. با به کارگیری مسیرهای بارگذاری و معیارهای شکست منحنی حد شکل دهی به دست آمده و با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفته است. منحنی به دست آمده به وسیله ی معیار شکست نرم آیادا به ترین تطابق را با نتایج تجربی نشان می دهد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که پیش بینی همه ی معیارهای شکست در حالت کرنشی که مشابه با آزمایش کشش تک محوری است، با همدیگر برابر می باشد. با توجه به نتایج، معیارهایی که در آن ها تاثیر تنش میانگین در شکست در نظر گرفته شده اند، برای پیش بینی ترکیدگی در هیدروفرمینگ مناسب تر می باشند.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ لوله، معیار شکست نرم، منحنی حد شکل دهی
  • محمد یزدانی آریاتپه، محمد مشایخی صفحه 29
    در این مقاله با استفاده از مکانیک آسیب اثر تصادم و آسیب ناشی از آن در مخازن گاز طبیعی تحت فشار (CNG) فولادی مورد بررسی قرار می گیرد. استاندارد CSA متداول در مخازن CNG، به عنوان معیار شناسایی آسیب و قابلیت استفاده مجدد مخزن پس از برخورد انتخاب شده است. برای محاسبه ی آسیب وارد به مخزن از مدل آسیب جانسون-کوک استفاده شده است. شبیه سازی های اجزای محدود در جهت های مختلف برخورد انجام می شود و تاثیر فشار داخل مخزن و سرعت تصادم مورد بررسی قرار می گیرد و آسیب ناشی از برخورد برای حالت های مختلف ارزیابی می شود. نتایج تحلیل نشان می دهد آسیب انباشته شده در مخزن هنگام برخورد در راستای عمودی بیش تر از امتداد افقی است و در شرایط یکسان بارگذاری در تصادم عمودی مخزن، آسیب بیش تری به مخزن وارد می شود.
    کلیدواژگان: مخازن CNG استوانه ای، تصادم، شکست، مکانیک آسیب
  • هادی پاکدامن، محمدرضا علیزاده، ولی کلانتر صفحه 47
    در مقاله ی حاضر، جریان مغشوش درون کانال های یک مبدل حرارتی صفحه ای با صفحات موجدار شورون، جهت بررسی پارامترهای حرارتی- هیدرولیکی، افت فشار و انتقال حرارت به کمک دینامیک سیالات محاسباتی مورد مطالعه قرار داده شده است. نهایتا تاثیر زاویه شورون و عدد رینولدز (4000 تا 20000) بر ضریب اصطکاک، عدد ناسلت و الگوی جریان مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج حاصل از شبیه-سازی عددی با داده های تجربی موجود در مقالات علمی مرتبط مقایسه گردید. نتایج بدست آمده از حل عددی، حاکی از تطابق خوب نتایج تجربی و داده های حاصل از شبیه سازی عددی می باشد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، مبدل حرارتی صفحه ای، ضریب اصطکاک، صفحه شورون، انتقال حرارت
  • کیانوش یوسفی، سید رضاصالح صفحه 61
    در تحقیق حاضر تاثیر مکش و پارامترهای آن از جمله سرعت بی بعد مکش، ضریب مکش و طول ناحیه مکش به منظور کنترل جدایش جریان بر روی ایرفویل ناکا 0012 بررسی شده است. جریان درهم با استفاده از مدل تنش رینولدز حل شده است. جت مکش در فاصله 10 درصد طول وتر از لبه ی حمله، قرار گرفته است. سرعت مکش از 0.1 تا 0.5 برابر سرعت جریان آزاد متغیر است. نتایج نشان می دهد که با افزایش طول ناحیه مکش، نسبت لیفت به درگ افزایش می یابد و در طولی معادل 2.5 درصد طول وتر این مقدار به بیشترین حد خود می رسد.
    کلیدواژگان: مکش، کنترل جریان، طول ناحیه مکش، سرعت بی بعد مکش، نیروی لیفت و درگ
  • مصطفی کاهانی، سعید زینالی هریس، سیدمحمود موسوی صفحه 77
    در این مطالعه اثر نسبت انحنا و طول گام لوله ی مارپیچی بر رفتار حرارتی و میزان افت فشار جریان آرام نانوسیال تیتان/آب درون لوله های مارپیچی افقی به صورت تجربی بررسی شده است. نانوسیال تیتان/آب با غلظت های حجمی %25/0 تا %2 به روش دو مرحله ای تولید شده اند. آزمایش ها برای لوله های مارپیچی با نسبت انحنای 10 و 20 و هم چنین طول گام 24 و 42 انجام پذیرفته است. عدد ناسلت با افزایش غلظت حجمی نانوذرات و هم چنین عدد رینولدز بهبود می یابد. این افزایش به دلیل هدایت حرارتی موثر بالاتر نانوسیال و هم چنین تقویت اختلاط نانوذرات می باشد. ضمن این که افزایش جرم حجمی و گرانروی نانوسیال در مقایسه با سیال پایه منجر به افزایش افت فشار جریان داخل لوله ی مارپیچی می گردد. هم چنین نرخ انتقال حرارت درون لوله های مارپیچی با افزایش طول گام و کاهش نسبت انحنا بهبود می یابد. از سوی دیگر، نسبت انحنا در مقایسه با طول گام تاثیر بیش تری بر روی عدد ناسلت و افت فشار نشان می دهد. 1/42 درصد بهبود عدد ناسلت برای نانوسیال 2 درصد حجمی نسبت به سیال پایه به دست می آید. در پایان تطبیق مناسب و معقول نتایج تجربی عدد ناسلت و افت فشار با مقادیر تخمین زده شده برای جریان نانوسیال درون لوله های مارپیچی مورد مطالعه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: نانوسیال، لوله ی مارپیچی، نسبت انحنا، طول گام، انتقال حرارت، افت فشار
  • مهدی مهدوی خواه، مجتبی ماموریان، حمید نیازمند صفحه 95
    یکی از روش های تبرید که در سا ل های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته، سیکل جذب سطحی است که بر اساس جذب و احیای یک ماده ی جذب شونده در مواد جاذب که ذرات جامد متخلخل هستند کار می کند. عملکرد چیلر به پارامتر های زیادی وابسته است و یکی از پارامترای تاثیرگذار در انتقال حرارت و جرم در بستر ماده ی جاذب، ارتفاع فین ها می باشد. در این مقاله مقدار بهینه ی ابعاد فین در بستر ماده ی جاذب چیلر جذب سطحی که از ذرات سیلیکاژل نوع RD پر شده اند و سیال عامل آب به عنوان جاذب می باشد به وسیله مدل سازی عددی محاسبه شده است. مدل سازی شامل انتقال حرارت در سیال ناقل حرارت، لوله ی فلزی و فین ها و انتقال حرارت و جرم در بستر مواد جاذب می باشد که باید به صورت هم زمان حل شوند. از روش حجم کنترل برای حل سه بعدی معادلات استفاده شده است. پس از بررسی نتایج مشاهده شد که با افزایش ارتفاع فین بستر، مقدار ضریب عملکرد افزایش و مقدار ظرفیت سرمایش مخصوص کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: چیلر جذب سطحی، سیلیکاژل، ارتفاع فین، مدل سازی عددی
  • یادداشت پژوهشی
  • مینا علاف زاده، شهرام طالبی صفحه 113
    روش شبکه ی بولتزمن با توجه به سادگی الگوریتم و دیگر مزایای آن، در چند دهه ی اخیر به عنوان یکی از روش های موفق در دینامیک سیالات محاسباتی به کار گرفته شده است. در این مقاله از این روش برای شبیه سازی عددی جریان حول یک استوانه استفاده شده است. برای بررسی نحوه ی عملکرد روش شبکه ی بولتزمن در شبیه سازی سطوح منحنی، از روش های تبادل ممنتم، تبادل ممنتم بر سطح استوانه، انتگرال گیری تنش سطح و محاسبه ی تنش از طریق مولفه ی سرعت برای محاسبه ی ضریب درگ استفاده شده است و نتایج حاصل با نتایج به دست آمده از فرمول های تجربی مقایسه گردیده است. نتایج به دست آمده حاکی از توانایی روش شبکه ی بولتزمن در شبیه سازی سطوح منحنی است.
    کلیدواژگان: تبادل ممنتم، ضریب درگ، روش شبکه ی بولتزمن، انتگرال گیری تنش سطح
  • علی قدوسیان، هادی اسکندر، مجتبی شیخی صفحه 125
    در سال های اخیر استاندارد های مختلفی در طراحی مسائل مهندسی از جمله مخازن تحت فشار ارائه شده است. بسیاری از این استانداردها بر اساس تجربه و آزمایش به دست آمده اند. امروزه اکثر تحقیقات به تحلیل عددی اجزای مختلفی از مخازن تحت فشار پرداخته و در بعضی موارد حتی استاندارد های پیشین را زیر سوال برده اند. این مقاله با استفاده از روش های بهینه سازی هیورستیک از جمله الگوریتم ژنتیک، گروه ذرات و رقابت استعماری به طراحی بهینه ی مخازن تحت فشار با در نظر گرفتن تمام قیود و ضوابط مهندسی حاکم بر آن می پردازد. بر اساس نتایج به دست آمده، روش های بهینه سازی هیورستیک می توانند به عنوان یک روش طراحی ساده، سریع و کارا برای طراحی مخازن مورد استفاده قرار گیرند. طراحی مخازن به کمک این روش ها باعث کاهش قابل توجه وزن مخازن نسبت به طراحی انجام گرفته در هندبوک می شود. با مقایسه ی نتایج به دست آمده به کمک روش های بهینه سازی هیورستیک، الگوریتم رقابت استعماری دارای عملکرد و همگرایی به مراتب به تر از دو روش دیگر ذکر شده می باشد.
    کلیدواژگان: مخازن تحت فشار، روش های بهینه سازی هیورستیک، الگوریتم رقابت استعماری
|
  • Page 1
    In this research, the steady-state flow filed around a 3D body and rotor configuration of the ROBIN helicopter is simulated. The rotor is modeled by an actuator disk. For this purpose, an annular computational domain replaces the rotor and some modeled source terms are added to the momentum equations. This modeling of rotor considerably speed up computational time. The flow field over this helicopter fuselage is simulated for six cases of different advance ratios and thrust coefficients. The accuracy of using uniform, linear and BET distributions for the rotor in the source term is investigated. With the BET and some corrections to pitch angles, pressure coefficients and variation of thrust and power of rotor are predicted in agreement with experimental data. For the nominal thrust coefficient of 0.06, different loading methods on rotor using experimental results are compared for two advance ratio of 0.05 and 0.23. In the advance ratio of 0.23 for the upper surface of helicopter, no considerable difference among the different employed methods is observed. However, for the advance ratio of 0.05 and for the side that helicopter blades get closer to the body (Starboard side), the results with the modified methods are better than BET method. The presence of strut in the computational domain has important effects in high speeds and causes reduction of pressure coefficients over body especially in downstream of the strut.
    Keywords: Helicopter Body, Rotor, Numerical Simulations, Actuator Disk
  • Page 17
    Forming limit curve (FLC) is an important tool for evaluation of formability of sheet metals subjected to different loading. Free bulge of aluminume tubes has been investigated numerically to obtain FLC. To verify the numerical results one experimental setup has been manufactured which has the ability of controlling the internal pressure and axial feed. In this study، time and zone of bursting in tube hydroforming is predicted using seven ductile fracture criteria. For calibration of these criteria، the uniaxial tension is simulated in Abaqus/Explicit. Different loading curves are applied on tube to obtain the different points of FLC. Predicted FLCs by ductile fracture criteria have been compared with experimental results. The FLC which is predicted by Ayada'' s criterion has best match to experimental one. Results show that Prediction of all criteria are the same in strain position which is similar to uniaxial tension. Based on the results، criteria which apply the effect of average stress in prediction of dutile fracture are more appropriate for tube hydroforming process.
    Keywords: Tube hydroforming, Ductile fracture criterion, Forming limit curve
  • Page 29
    Forming limit curve (FLC) is an important tool for evaluation of formability of sheet metals subjected to different loading. Free bulge of aluminume tubes has been investigated numerically to obtain FLC. To verify the numerical results one experimental setup has been manufactured which has the ability of controlling the internal pressure and axial feed. In this study، time and zone of bursting in tube hydroforming is predicted using seven ductile fracture criteria. For calibration of these criteria، the uniaxial tension is simulated in Abaqus/Explicit. Different loading curves are applied on tube to obtain the different points of FLC. Predicted FLCs by ductile fracture criteria have been compared with experimental results. The FLC which is predicted by Ayada'' s criterion has best match to experimental one. Results show that Prediction of all criteria are the same in strain position which is similar to uniaxial tension. Based on the results، criteria which apply the effect of average stress in prediction of dutile fracture are more appropriate for tube hydroforming process.
    Keywords: CNG storage cylinder, collision, Fracture, Damage Mechanics
  • Page 47
    In the present study، turbulent flow in channels of a plate heat exchanger with corrugated Chevron plates has been simulated numerically using the commercial CFD package، FLUENT. Unstructured mesh is used for discretizing the computational domain and SIMPLE algorithm is utilized to solve the pressure and velocity equations. There is a wide selection of different plate heat exchangers within the industry; therefore، 3D models of common corrugated Chevron plates with Chevron angles of 45-45 and 60-60 have been simulated to obtain and analyze temperature، pressure، and velocity fields of flow. The results show that geometrical parameters of the plates such as Chevron angle have indisputable effects on flow pattern and heat transfer of the heat exchanger. Finally، the effects of Chevron angle and Reynolds number (4000≤Re≤20000) on friction factor and Nusselt number of the flow were studied and compared with former experimental results. The numerical results show a good agreement with the experimental data. In addition، it was seen that increasing the Chevron angles would lead to increasing the friction factor and Nusselt number simultaneously.
    Keywords: Numerical simulation, Plate heat exchanger, Friction factor, Chevron plate, Heat transfer
  • Page 61
    In this study، the effect of suction and the parameters such as suction amplitude، suction coefficient and suction jet length on NACA0012 was evaluated. The turbulence employed model was the RSM model. Suction jet is located in 10% of the chord length. The range of suction jet entrance velocity was selected from 0. 1 to 0. 5 of freestream velocity. The maximum increase in lift to drag ratio was seen at suction amplitude of 0. 5. In addition، lift to drag ratio elevated when suction jet length increased and reached to its maximum value at 2. 5% of the chord length.
    Keywords: Suction, Flow Control, Suction Jet Length, Suction Amplitude, Lift, Drag Coefficient
  • Page 77
    In the present study the effect of curvature ratio and coil pitch for TiO2/water nanofluid laminar flow on heat transfer behavior and pressure drop through helical coils with different geometries was investigated experimentally. The TiO2/water nanofluids at 0. 25% to 2% particle volume concentrations have been prepared by using a two-step method. The experiments were performed for coils with curvature ratio of 10 and 20 and coil pitch of 24 and 42. Based on the experimental data، it is found that the Nusselt number as well as Reynolds number improves while increasing particle volume concentration. This enhancement is due to the higher effective thermal conductivity of nanofluid and also intensification of nanoparticles. Besides، increase in density and viscosity of nanofluid compared to the base fluid leads to a pressure drop increment for flow through helical coiled tube. Furthermore، the heat transfer rate improves with the increase of pitch coils and decrease of curvature ratio. Additionally، curvature ratio shows more significant effect on Nusselt number and pressure drop than pitch spacing. 42. 1% enhancement on Nusselt number is obtained for the nanofluid with 2% volume concentarion in comparison to the base fluid. Finally، it is shown that the experimental results and predicted results of Nusselt number and pressure drop for nanofluid flow through helical coils hold reasonable agreement.
    Keywords: Nanofluid, Helical coiled tube, Curvature ratio, Coil pitch, Heat transfer, Pressure drop
  • Page 95
    One of the cooling systems that has received considerable attentions in recent years is the adsorption chiller، which works based on the adsorption and desorption of a working fluid in a solid porous bed. Different parameters such as fin height directly affect the bed heat and mass transfer processes، and therefore، the performance of the adsorption chillers. In the present study a numerical model has been introduced to optimize the fin height in a RD silica gel bed with water as the working fluid. A control volume approach has been employed to determine the temperature distributions in the heat transfer fluid، metal tube، and fins، while the simultaneous solutions of the heat and mass transfer equations should be carried out in a three dimensional coordinate system for the adsorption bed. It was found that the coefficient of performance increases and specific cooling power decreases as the fin height of the bed increases.
    Keywords: adsorption chiller, silica gel, fin height, numerical modeling
  • Page 113
    In according to the simplicity of the lattice Boltzmann method’s (LBM) algorithm and its benefits، it has been used as a successful method in computational fluid dynamics in the last decades. In this paper، LBM was used to simulate the flow over a cylinder. To analyze the application of LBM in simulation curved surface، different methods to compute drag coefficient were used. These methods are: momentum exchange، momentum exchange on the wall، stress integration، computing stress by velocity components. The result shows the ability of Lattice Boltzmann method to simulate curved surface.
    Keywords: Momentum exchange, Drag coefficient, Lattice Boltzmann method, Stress integration
  • Page 125
    As the science of Mechanics has been improved in recent years، different standards have been created in designing structures such as pressure vessels. Most of these standards have been developed by means of experience and examination. Today، most of researches، proceed the numerical analysis of the different elements of the pressure vessels and somehow they have put some questions on the previous standards. In this paper، offering an applicable model، it is shown that heuristic optimization methods such as genetic algorithm، particle swarm optimization and especially imperialist competitive algorithm can be used as a simple and fast method for designing the vessels without breaking any of the engineering conditions and criteria. Due to the present results of this research، these methods are caused a noticeable decrease of the vessel’s weight، with a high convergence speed، in a short time، compare to the design carried out in handbooks. You may observe that the Imperialist Competitive Algorithm has a better performance and convergence than the two other methods.
    Keywords: pressure vessels, heuristic Optimization Methods, Imperialist Competitive Algorithm