فهرست مطالب

مکانیک سیالات و آیرودینامیک - سال دوم شماره 4 (زمستان 1392)
  • سال دوم شماره 4 (زمستان 1392)
  • تاریخ انتشار: 1392/11/26
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمدرضا شاه نظری*، زهرا احمدی، سیروس آقانجفی صفحه 1
    در این مقاله، به بررسی تغییرات پروفیل سرعت سیال غیرنیوتنی کیسون در ازای حالت های مختلف توزیع میزان تخلخل پرداخته شده است. برای توزیع میزان تخلخل سه حالت ثابت، تغییرات شعاعی و تغییرات به صورت نمایی مدنظر بوده است. برای هر سه حالت مورد بررسی، مدل برینکمن به عنوان معادله مومنتوم به کار رفته است. از آنجایی که سیال کیسون مدل مناسبی برای خون است، این تحلیل می تواند در زمینه مطالعات پیرامون کلسترول و پلاک های چربی درون خون کاربرد داشته باشد. برای تمامی حالات مورد نظر، معادله کلی حرکت به صورت مزدوج با معادله کیسون، جهت پیدا کردن توزیع سرعت تحلیل شده و در نهایت نتایج حاصل از این سه حالت و نیز حالت نیوتنی به نمایش درآمده و با یکدیگر مقایسه شده اند.
    کلیدواژگان: سیال کیسون، محیط متخلخل، معادله برینکمن، جریان خون، تغییرات تخلخل
  • حمیدرضا طباطبایی*، مسعود برومند، محمد طیبی رهنی صفحه 9
    در این مقاله جریان یک بعدی، گذرا، تراکم پذیر و لزج در یک موتور 7/1 لیتری بنزینی چهار سیلندر با توربوشارژر مدنظر بوده و تمامی اجزاء آن به صورت کامل مدل شده اند. برای تایید درستی مدل سازی، مجموعه موتور و توربوشارژر روی سکوی آزمون قرار گرفته و پارامترهای عملکردی آنها در 12 دور مختلف موتور اندازه گیری شده است. مقایسه بین پاسخ آزمون های تجربی و نتایج به دست آمده از شبیه سازی نشان می دهد که خطای بیشینه حدود 13درصد می باشد. یکی از موارد احتمالی در بروز خطا استفاده از منحنی مشخصه های سازندگان توربوشارژر است که بر مبنای جریان پایا به دست آمده و برای شبیه سازی جریان نوسانی مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج مطالعات نشان می دهد که پاسخ توربوشارژر به جریان نوسانی دارای اهمیت زیاد بوده و قابل چشم پوشی نیست. در تحلیل عملکرد موتور و توربوشارژر هنگامی که مشخصات هندسی و عملکردی آنها به طور کامل مشخص است، استفاده از روش یک بعدی کارآمد، کم هزینه و تا حدی قابل قبول است اما برای درک بیشتر عملکرد و چگونگی رفتار جریان درون توربوشارژر یا بهبود هندسه آن، مدل سازی سه بعدی توربوشارژر و استفاده از روش های عددی دقیق تر بدون استفاده از منحنی ارائه شده توسط سازندگان الزامی خواهد بود.
    کلیدواژگان: توربوشارژر، توربین، شبیه سازی، جریان نوسانی، موتور احتراق داخلی، روش های عددی
  • محسن محمدی*، فرهاد قدک صفحه 23
    در این پژوهش، دانش فنی جهت طراحی نازل تزریق اجکتور تونل باد مافوق صوت ارائه شده و بر مبنای آن نازل تزریق جدیدی برای اجکتور یک تونل باد مافوق صوت طراحی می گردد. حلزونی، نازل و پره ها اجزاء نازل تزریق را تشکیل می دهند. نازل تزریق جدید به صورت عددی شبیه سازی شده و نتایج به دست آمده با نتایج حاصل از تحلیل عددی نازل تزریق موجود در اجکتور تونل باد مقایسه می شود. این مقایسه حاکی از آن است که بازده در نازل تزریق جدید به میزان 1/2% بیشتر از نازل تزریق موجود است. همچنین، نازل تزریق جدید از نظر یکنواختی توزیع سرعت جریان خروجی و سایر موارد عملکرد بهتری نسبت به نازل تزریق موجود دارد. مقیاس کردن و نگاشت در منحنی های آیرودینامیکی از قبل طراحی شده به روش طراحی معکوس، و استفاده از آن برای سایر موارد مشابه، ایده ابتکاری به کار رفته در این مقاله به شمار می آید.
    کلیدواژگان: اجکتور، تونل باد مافوق صوت، طراحی معکوس، مجرای حلزونی
  • اشکان نجاتی*، فرهاد قدک، محمد طیبی رهنی صفحه 35
    در این مقاله از روش طراحی مستقیم برای طراحی مرزهای جریان که به آن مسئله طراحی معکوس می گویند، استفاده شده است. در این روش توزیع فشار مطلوب روی دیواره ها و همچنین مختصات هندسی گره های مرزی (مجهول) به طور صریح در معادلات آورده شده است. فرم نهایی معادلات مجزا سازی شده می تواند برای حل معادلات آنالیز و همچنین معادلات طراحی مورد استفاده قرار گیرد. معادلات طراحی بر اساس معادلات اویلر سه بعدی (جریان تراکم پذیر غیرلزج) حل شده، به گونه ای که فرم به دست آمده شامل توزیع فشار مطلوب روی دیواره ها می باشد. از روش عددی AUSM+ که یکی از انواع روش های تجزیه بردار شار می باشد، به صورت ضمنی برای حل معادلات اویلر استفاده شده است. در این روش بردار شار به دو ترم جابه جایی و فشاری تقسیم شده و سپس برای هر کدام از این ترم ها به صورت جداگا نه عمل می شود. در این مقاله برای طراحی مجراهای سه بعدی از دو مدل تقریبا متفاوت استفاده شده است. از جمله کاربردهای این مجراها، نازل های همگرا واگرا در تونل باد و همچنین دیفیوزرهای S شکل در ورودی موتورهای هواپیما می باشد. صحت عملکرد روش طراحی مستقیم ارائه شده و همچنین موارد طراحی شده با استفاده از این روش، نشان می دهد که این روش استحکام خوبی داشته و در مقابل ناپیوستگی های جریان مانند شوک پایدار می باشد.
    کلیدواژگان: مسئله طراحی معکوس، طراحی مستقیم، معادلات اویلر سه بعدی، روش AUSM+
  • امین موسایی* صفحه 47
    در این تحقیق، فرآیند توزیع مجدد انرژی جنبشی آشفته در جریان کانال بررسی شده است. برای این منظور، از شبیه سازی مستقیم عددی جریان تراکم ناپذیر یک سیال نیوتنی در یک کانال در عدد رینولدز برشی Reτ = 180 برای تولید یک بانک اطلاعاتی از داده های جریان استفاده شده است. سپس این داده ها مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفته اند. فرآیند توزیع مجدد انرژی جنبشی آشفته به کمک تانسور همبستگی بین فشار و نرخ کرنش مورد بررسی قرار گرفته است. نوسان فشار و نرخ کرنش و ضریب همبستگی آنها تحلیل شده است. معادله ای برای نوسان نرخ کرنش استخراج شده و عبارات موجود در آن با استفاده از نتایج شبیه سازی محاسبه شده اند. سپس با استفاده از یک حل نیمه تحلیلی، همبستگی بین فشار و نرخ کرنش محاسبه و با نتایج شبیه سازی مقایسه شده است. نتایج این تحقیق به طور کمی نشان می دهد که تانسور همبستگی بین فشار و نرخ کرنش، انرژی جنبشی که در مولفه جهت جریان تولید شده را به دو جهت دیگر انتقال می دهد.
    کلیدواژگان: توزیع مجدد انرژی جنبشی، شبیه سازی مستقیم عددی، جریان کانال آشفته، همبستگی بین فشار و نرخ کرنش
  • علی سررشته داری*، وحید نجفی صفحه 57
    با توجه به محدودیت نرم افزارهای موجود تجاری و کد باز در ارائه الگوهای متنوع و استفاده از مدل های نوین انتقال جرم در پیش بینی پدیده کاویتاسیون، سه نمونه از جدیدترین مدل های انتقال جرم، برای بررسی جریان داخلی یکسانی مورد بررسی قرار گرفته است. در جایی که تنها مدل کانز در کد منبع باز اپنفوم وجود دارد، توسعه و اعمال کد مربوط به معادلات مدل های سینگال و زوارت در این نرم افزار اعمال شده، تاثیر همگی این مدل ها در پیش بینی پدیده کاویتاسیون و نتایج حاصل از آن در مقایسه با نتایج تجربی ارائه شده است. نتایج حاصل از نمونه شبیه سازی شده، دقت بالای مدل های انتقال جرم کانز، زوارت و سینگال را با خطای میانگین کمتر از 5 درصد، و به ترتیب با خطای متوسط 93/ 2%، 71/ 3% و 01/ 4%، نشان می دهد. بنابراین در این توسعه کد عددی و مقایسه مدل های انتقال جرم، نتایج کلی مدل های کانز و زوارت دقت متوسط بالاتری را در شبیه سازی جریان کاویتاسیونی نشان می دهد؛ و با اینکه اولویت قابل توجهی بین مدل های کانز و زوارت وجود ندارد، لیکن با توجه به نتایج مربوط به کسر حجمی در محل تشکیل اولین توده های ابری کاویتاسیون، مدل توسعه داده شده زوارت در مقابل مدل موجود کانز مزیت نسبی دارد. همین طور استفاده از مدل سینگال با متوسط خطای بیشتر در کل مقاطع مورد بررسی، نتایج دقیقتری را در موقعیت شکل گیری اولیه کاویتاسیون، نسبت به مدل کانز نشان می دهد.
    کلیدواژگان: کاویتاسیون، اعمال مدل انتقال جرم، سینگال، زوارت، کانز، جریان داخلی
  • یادداشت مهندسی
  • مسعود میرزایی*، محمد همایون فر صفحه 69
    در این مقاله یک روش مهندسی بسیار سریع جهت تخمین شار حرارتی جابجایی بر روی سامانه های ابرصوتی متقارن محوری معرفی شده است. جهت محاسبه خواص جریان در لبه لایه مرزی (شامل فشار، دما، سرعت و...) از جداول حاصل از حل عددی جریان غیرلزج یک مرجع روسی استفاده شده و برای حل جریان ناحیه لزج، معادلات انتقال حرارت جابجایی «ذوبی» به کار گرفته شده است. همچنین برای محاسبه خواص ترموفیزیکی سیال از مدل گاز حقیقی استفاده شده است. هدف اصلی از این پژوهش، تهیه یک نرم افزار رایانه ای بسیار سریع جهت محاسبات آیروترمودینامیکی سامانه های ابرصوتی است که در طراحی سپرهای حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج حاصل از نرم افزار، با نتایج محققان دیگر مقایسه شده و از صحت روش مهندسی مورد استفاده و نیز کد تهیه شده اطمینان حاصل شده است.
    کلیدواژگان: روش های مهندسی، شار حرارتی جابجایی، سامانه های هوافضایی، سپر حرارتی
|
  • M.R. Shahnazari*, Z. Ahmadi, C. Aghanajafi Page 1
    In this paper, changes of Casson Non-Newtonian fluid velocity profile, for different distribution of porosity, have been investigated. For distribution of porosity, fixed, radial and exponential variations has been considered. For all three states, Brinkman model has been used as momentum equation. Since the Casson fluid is a good model for blood, this analysis can be used in studying about Cholesterol and fat in the blood. For all of the desired states, general movement equation and Casson equation have been analysed for finding the velocity distribution and finally the results of all three states and Newtonian state have been shown and compared.
    Keywords: Casson Fluid, Porous Media, Brinkman Model, Blood Flow, Porosity Changes
  • H.R. Tabatabaei*, M. Boroomand, M. Taiebi Rahni Page 9
    The present work is focused on the performance analysis of a 1.7 liter engine with turbocharger. The ultimate target is studying the response of the turbocharger to the inlet pulsating flow. Such numerical analysis requires the time variation of pressure and velocity at turbine inlet. In order to achieve such information, one dimensional unsteady viscous compressible flow within a 1.7 liter turbocharged SI engine is modeled. It is also necessary to validate the results of simulation by experimental results. A test setup of the turbocharged engine on dynamometer is prepared and various performance parameters are measured at 12 different engine speeds. The comparison between experimental and simulation results shows a very good agreement. In fact, while the mean values of static pressure and temperature at various stations in both experimental and computational approach are fitted fairly on each other, but the amounts of instantaneous parameters are obviously a little bit different. One of the possible sources of errors is the characteristics maps of the turbocharger supplied by the manufacturer which are usually measured at steady operation of turbochargers. The results obtained in the present report will be used in simulating three dimensional unsteady compressible flow in turbocharger turbine which will be reported very soon.
    Keywords: Turbocharger, Turbine, Simulation, Pulsating Flow, Internal Combustion Engine (ICE), Numerical Methods
  • M. Mohammadi*, F. Ghadak Page 23
    In this article, an algorithm for designing of a supersonic wind tunnel injection nozzle ejector is presented and based on this algorithm, a new ejector is designed for a supersonic wind tunnel. The injection nozzle consists of a volute, a nozzle, and several vanes. Designed injection nozzle is simulated numerically, and the results are compared with thepresent injection nozzle. The results show the efficiency in the designed version is higher about 2.1%. Besides, the flow uniformity of the new injection nozzle is better and other are occurred in it. Scale-up and mapping the pre designed aerodynamic curves with inverse design method, and use it for other similar cases is one of the innovations of this article.
    Keywords: Ejector, Supersonic Wind Tunnel, Inverse Design Problem, Volute
  • A. Nejati*, F. Ghadak, M. Taiebi, Rahani Page 35
    In this work, a direct design approach for designing a surface shape (inverse design problem) has been developed, in which both the target surface pressure and the unknown nodal coordinates appear explicitly in the formulations. Thefinal discretized form of the governing equations (unified formulation) can be used for both analysis and shape design problems. In this work, shape design problems in the context of steady, in viscid, and compressible flow, based on the three-dimensional Euler equations, were directly solved to achieve a prescribed pressure along solid boundaries. The AUSM+ scheme, in which the in viscid flux is split into convective and pressure components, was used to discretize the flux terms in the Euler equations. Conversion of the AUSM+ formulations into a novel implicit form was performed in this study. The approaches for robustness, especially in the cases where there exist shock waves in the flow, were validated. Two different models for the design of three-dimensional ducts were used and both of them worked properly. Our test cases are applied in convergent-divergent nozzles in wind tunnels and S-shaped diffusers in the airplane inlet engines.
    Keywords: Inverse Design Problem, Direct Design, Three, dimensional Euler Equations, AUSM+ Scheme
  • A. Moosaie* Page 47
    In this study, the turbulent kinetic energy redistribution process is investigated. To this aim, the direct numerical simulation (DNS) of incompressible flow of a Newtonian fluid through a channel at a shear Reynolds number of Reτ = 180 is used to produce a flow data base. Then, these data are statistically analyzed. The turbulent kinetic energy redistribution is studied using the pressure-strain-rate correlation tensor. Pressure and strain-rate fluctuations as well as the correlation coefficient between them are analyzed. An equation for the strain-rate fluctuations is derived whose terms are calculated based on the simulation results. Then, using a semi-analytical solution, the pressure-strain-rate correlation is computed and compared with the DNS results. The results of this research quantitatively show that the pressure strain-rate correlation transfers the kinetic energy that is produced in the stream wise component to the other two components.
    Keywords: Kinetic Energy Redistribution, Direct Numerical Simulation (DNS), Turbulent Channel Flow, Pressure, Strain, Rate Correlation
  • A. Sarreshtehdari*, V. Najafi Page 57
    Influences of three prevalent mass transfer models, on modeling of cavitation, are investigated numerically. Two models of Singal and Zwart are implemented in an open source code, Open FOAM, while the Kunz model is available for cavitation modeling. Each model is used to flow simulation through a venturi. Volume of gas fraction, in the specified sections of conduit, is compared to experimental data. High precision numerical results are obtained in compare with experimental data using Kunz, Singhal and Zwart models, which they demonstrate less than 5 percent in relative errors. Kunz, zwart and singhal models, results in 2.93%, 3.71%, 4.01% relative errors respectively, in average. Although, there is not a significant advantage between the averaged results of Kunz and Zwart models, Zwart model represents more precious results in initial position of cavitation appearance, where the Singhal model shows the accurate results too.
    Keywords: Cavitation, Mass Transfer Model Implementation, Singhal, Zwart, Kunz, Internal Flow
  • M. Mirzaei*, M. Homayoonfar Page 69
    In this paper, a very fast engineering method is introduced to estimate convection heat flux on axisymmetric and hypersonic projectiles. For calculation of properties flow at the edge of boundary layer (pressure, temperature and velocity), the results of in viscid flow analysis reported in tables (from a Russian reference) was used and for viscous region, Zoby’s convectionheat transfer equations was implemented. Moreover, real gas assumption was used for thermo physical properties of the fluid, The main goal of this research is to develop avery fast computer code for aero thermodynamic calculations of hypersonic cvehicles that may be used as a tool forde signing of heat shields. The results of the present method were compared with those of the other researchers and there is good agreement between them.
    Keywords: Convection Heat Flux, Aerospace Vehicles, Heat Shield, Engineering Methods