فهرست مطالب

مکانیک سیالات و آیرودینامیک - سال سوم شماره 1 (بهار 1393)
  • سال سوم شماره 1 (بهار 1393)
  • بهای روی جلد: 100,000ريال
  • تاریخ انتشار: 1393/02/16
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پژوهش ها
  • علی اکبر جمالی، شاهرخ شاه حسینی، یعقوب بهجت صفحات 1-15
    به لحاظ اهمیت اثرات پاشش فاز مایع در راکتورهای بالارونده شکست کاتالیستی سیال (FCC)، بررسی تجربی و شبیه سازی مشخصه های هیدرودینامیکی یک بستر سیال سه فازی مورد توجه قرار گرفته است. بر اساس یک مدل سه بعدی گذار، یک شبیه سازی سرد با رویکرد اویلری مشابه شرایط واقعی جریان انجام گرفت. در کار حاضر، معادلات حاکم، شامل پیوستگی، ممنتوم و انتقال حرارت برای فازها، یک معادله دمای دانه ای برای تعیین برهم کنش ذرات جامد مطابق تئوری سینتیک جریان دانه ای و یک مدل اغتشاش پراکنده، برای توصیف اثرات آشفتگی جریان چندفازی به کار برده شدند. حل معادلات به کمک روش حجم محدود صورت گرفت. علاوه بر توزیع کسر حجمی فازها، برای تعیین سرعت ذرات جامد به شیوه ردیابی تصویری ذرات (PIV)، از یک سامانه تصویربرداری دیجیتالی برداشت سریع استفاده شد. با اعمال الگوریتم همبستگی متقابل، مقادیر و نیز توزیع سرعت محوری و شعاعی ذرات در ارتفاعات مختلف رایزر به دست آمدند. نتایج شبیه سازی دوفازی نشان می دهد که در اکثر مقاطع یک توزیع سهموی از سرعت ذرات وجود دارد، به گونه ای که سرعت در نزدیکی دیواره بستر مقادیر کمتری نسبت به نواحی میانی دارد. متقابلا، نتایج سه فازی آشکار می کند که فاز سوم تزریق شده تغییرات عمده ای را در الگوی جریان ایجاد کرده است. نتایج شبیه سازی بر پایه CFD مطابقت خوبی با داده های تجربی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بستر سیال، شبیه سازی هیدرودینامیکی، ردیابی ذرات، پاشش، میدان سرعت، کسرحجمی
  • مهدی نظری، افشین حسن زاده مقیمی، رضا ابراهیمی، مهرزاد شمس صفحات 17-25
    به طور گسترده در لنزهای آیرودینامیکی از تمرکز ذرات در اندازه گیری آیروسول استفاده می شود. با عبور ذرات معلق در هوا از داخل سیستم لنز آیرودینامیکی، بیم متمرکز ذرات تشکیل می شود. در این پژوهش، به منظور بررسی عملکرد یک لنز آیرودینامیکی و تعیین چگونگی تمرکز ذرات با اندازه ها و چگالی های مختلف در رژیم جریان پیوسته و لغزشی، از تحلیل عددی جریان دوفازی ذره-گاز استفاده شده است. ابتدا، جران تراکم پذیر گاز درون لنز آیرودینامیکی با شرایط مرزی لغزشی در دیواره ها، در نرم افزار فلوئنت مورد تحلیل عددی قرار گرفته است. برای اعمال شرط مرزی لغزشی از امکان برنامه نویسی کاربر در نرم افزار فوق بهره گرفته شده است. در این حالت، با به کارگیری یک روش تکرار، سرعت جریان گاز روی دیواره ها متناسب با تنش برشی قرار داده شده و تا همگرایی کامل این تکرار ادامه یافته است. پس از همگرایی روش تکرار فوق و حل جریان گاز در رژیم لغزشی، ذرات با توزیع یکنواخت به درون سیستم لنز آیرودینامیکی تزریق شده و حرکت ذرات به روش لاگرانژی بررسی شده است. جریان روی ذرات نیز لغزشی می باشد. در این شرایط، یکی از نیروهای وارد بر ذرات نیروی پسای استوکس با ضریب کانینگهام متغیر می باشد تا از این طریق اثرات لغزش روی ضریب پسا و نیروی براونی مدلسازی شود. روند حل به صورت یک طرفه در نظر گرفته شده و از تاثیر ذرات روی هم دیگر و بر جریان سیال صرف نظر شده است.
    کلیدواژگان: لنز آیرودینامیکی، آیروسول، حرکت براونی، ضریب کانینگهام
  • مسلم صدیقی، حمید فاضلی صفحات 27-39
    در این مقاله، مراحل طراحی ترمودینامیکی یک توربین قدرت جریان محوری برای تبدیل یک موتور توربوجت موجود به موتور توربوشفت ارائه شده است. این کار با جایگزینی نازل خروجی موتور توربوجت با یک توربین قدرت جریان محوری انجام شده است. مدل سازی توربین مورد نظر بر مبنای مدل اینلی ماتیسون، صورت گرفته و صحت نتایج به دست آمده از مدل اینلی ماتیسون، به کمک نرم افزارهای شبیه سازی سه بعدی و داده های تجربی موجود، ارزیابی شده است. عملکرد توربین طراحی شده در چند زاویه حمله متفاوت برای پره های متحرک و ثابت بررسی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که توربین در زاویه حمله 8- درجه برای پره های متحرک و زاویه حمله 3- درجه برای پره های ثابت کمترین تلفات و بیشترین بازده را دارد.
    کلیدواژگان: موتور توربوشفت، موتور جت، توربین قدرت، مدل سازی یک بعدی، ضرایب افت، شبیه سازی سه بعدی
  • محمد کاظم مویدی، میلاد نجف بیگی صفحات 41-52
    هدف از این پژوهش ارائه روشی جهت تخمین سریع ضرایب آیرودینامیکی و بازسازی میدان جریان حول ایرفویل NACA0012 در جریان مافوق صوت و مادون صوت، با استفاده از روش تجزیه متعامد بهینه و نیز بررسی تاثیر تعداد و نوع چیدمان نمایه های مورد استفاده در میدان جریان بازسازی شده می باشد. در الگوی مذکور، از ترکیب روش های تجزیه متعامد بهینه، میان یابی مارپیچ درجه سوم و برون یابی توابع چندجمله ای استفاده شده تا داده های مربوط به زوایای حمله و اعداد ماخ مفقود شده و همچنین تولید نشده در فرآیند حل CFD، بسیار سریع تر نسبت به حل با روش عددی و با دقتی مناسب به دست آیند. درنهایت، نتایج حاصل از مدل رتبه کاسته تجزیه متعامد بهینه با نتایج داده های حاصل از حل عددی مقایسه شده و نکاتی جهت انتخاب درست نمایه ها ارائه شده است.
    کلیدواژگان: روش تجزیه متعامد بهینه، الگوی رتبه کاسته، میانیابی مودها، انرژی مودها
  • محمدمهدی محمدی، حمید موسی زاده، حسین جمشیدی، سید محمد هاشمی نژاد صفحات 53-65
    بافتینگ به ناپایداری آیروالاستیک فرکانس بالایی گفته می شود که در سرعتهای گذر صوتی روی میدهد. هدف اصلی مقاله حاضر ارائه روشی جهت تعیین بارگذاری ناشی از این پدیده بر بدنه حامل می باشد. برای این منظور، ابتدا با اعمال تبدیل فوریه، معادلات ارتعاشی حامل به حوزه فرکانس برده شده است. سپس، هندسه حامل و نوع جریان اطراف آن مشخص شده است. در ادامه، برای هر کدام از این جریان ها روابطی جهت پیش بینی چگالی طیف توان بارگذاری خارجی ناشی از پدیده بافتینگ بر بدنه حامل با هندسه های مختلف، به کمک ترکیب روش های تجربی و آماری ارائه شده است. با تعیین بارگذاری بافتینگ اطراف حامل در حوزه فرکانس، گشتاور خمشی ایروالاستیک وارد بر بدنه حامل با درنظر گرفتن نوسانات دینامیکی بدنه و اعمال معکوس تبدیل فوریه تعیین شده است. جهت محاسبه این گشتاور نیاز به تعیین میرایی آیرودینامیکی می باشد که روابطی تجربی با فرض جریان شبه پایا برای آن ارائه شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که وقوع شوک در لحظه مشخصی از پرواز گشتاور خمشی زیادی بر بدنه حامل وارد می کند که از محاسبات استاتیکی بیشتر می باشد. بنابراین، بررسی پدیده بافتینگ جهت انجام پرتاب موفقیت آمیز کاملا ضروری به نظر می رسد. روش ارائه شده در این تحقیق می تواند محدوده وسیعی از حامل ها را دربرگرفته و نیاز به انجام آزمایش های وقت گیر و هزینه بر را مرتفع سازد. صحت روبط و نمودارهای ارائه شده با نتایج تجربی منابع گوناگون تایید شده است.
    کلیدواژگان: بارگذاری تصادفی، چگالی طیف توان، نوسانات آیروالاستیسیته، میرایی آیرودینامیکی
  • حجت قاسمی، حسن امینی، مزتضی خیاط صفحات 67-75
    در این مقاله، اثرات اندازه و چگالی در اختلاط ذرات جامد در یک بستر سیال، به صورت تجربی بررسی شده اند. برای این منظور، از یک بستر متشکل از ذرات شن سیلیکا استفاده شده است. روش به کار برده شده در این آزمایش ها، اختلاط ذرات در بسترهای دولایه می باشد. لایه زیرین این بسترها را ذرات شن سیلیکا و لایه فوقانی از ردیاب ها که ذراتی با شکل، اندازه، چگالی و با رنگی متفاوت نسبت به ذرات شن بودند، استفاده شده است. اتفاقات سطح بستر توسط یک دوربین از بالای بستر ثبت شده و با ردگیری ذرات ردیاب و با استفاده از روش پردازش تصاویر، اختلاط ذرات با معرفی شاخص غلظت ذرات ردیاب در سطح بستر و در طول زمان مطالعه شده است. در این تحقیق، ابتدا مکانیزم اختلاط ذرات در یک بستر دو لایه بررسی و سپس تاثیر مشخصات ذرات مخلوط شونده بر اختلاط آن ها مطالعه شده است. نتایج این بررسی ها نشان می دهند که برای همه اندازه های ذرات شن، افزایش چگالی ذرات ردیاب و نزدیکی آن به چگالی ذرات شن بستر باعث می شود تا ذرات ردیاب بیشتر در بستر نفوذ کنند. همچنین، مشخص شد که اندازه ذرات شن بستر تاثیر زیادی در کیفیت اختلاط دارند، به طوری که می توان برای اختلاط ذرات ردیاب با چگالی های مختلف، اندازه مناسبی از ذرات بستر را انتخاب کرد.
    کلیدواژگان: بستر سیال، اختلاط، پردازش تصاویر، نسبت اختلاط، غلظت ذرات ردیاب
|
  • A.A. Jamali, S. Shahhosseini, Y. Behjat Pages 1-15
    Due to the importance of the impacts of spraying a liquid into FCC riser reactors، the hydrodynamic characteristics of risers have been numerically and experimentally investigated. Based on a 3D transient model with Eulerian approach، a cold simulation was carried out in conditions similar to flow in a FCC riser reactor. The governing equations for the phases and an equation based on the kinetic theory of granular flow (KTGF)، as well as the dispersed turbulence model were applied. The governing equations were numerically solved by FVM for all of phases. Besides volume fraction distribution of the phases، solid particle velocity was determined by utilizing a fast digital image capturing system and particle image velocimetry (PIV) technique. In addition، the particle velocity profile in each height of the riser was obtained via image processing and the cross-correlation algorithm. The results of two-phase simulations show that in most axial levels of the riser، there is a parabola-shaped velocity profile so that the particle velocity near the bed walls is lower than that in the central regions. The results of three-phase simulations revealed that the injection of the third phase into the bed leads to phenomenal changes of the flow pattern. Our results based on CFD are in relatively good agreements with the experimental data.
    Keywords: Fluidized Bed, Hydrodynamic Simulation, Particle Tracking, Spray, Velocity Domain, Volume Fraction
  • M. Nazari, A.H. Moghimi, R. Ebrahimi, M. Shams Pages 17-25
    Collimate beam in aerodynamic lenses are used widely for aerosol measuring. With passage of aerosol from inside an aerodynamic lens system، collimated particles beam forms. In order to evaluate the performance of an aerodynamic lens and to determine the quality of particle focus with various size and density in slip and continuous flow regime، particle-gas numerical analysis is used. Initially، compressible gas flow within aerodynamic lens with slip boundary condition on the wall was numerically analyzed using FLUENT software. Boundary condition for slip have been forced with the possibility of user programming in above software. In this case، using a repeat method، the speed of gas flow on the walls proportional to shear stress was set and this was continued until complete convergence. After convergence of the above procedure and solving gas flow in slip regime، uniform distribution of particles was injected into aerodynamic lens system and then the particles motion was analyzed by a Lagrangian method. Also، it was assumed that the flow on particles be slip. In these conditions، one of the forces acted on the particles is Stokes drag with variable Cunningham coefficient. By this method، the effect of slip on the drag coefficient and Brownian force were modeled. Solution process was assumed one way and we ignored the effects of particles on each other and on fluid flow.
    Keywords: Aerodynamic Lens, Aerosol, Brownian Motion, Cunningham Coefficient
  • M. Seddighi, H. Fazeli Pages 27-39
    In this paper، thermodynamic design of an axial flow power turbine for converting an existing turbojet to a turbo-shaft engine is presented. The exhaust nozzle of the turbojet is replaced by an axial flow power turbine. The turbine model is developed، based on Ainley-Mathieson model. The results of Ainley-Mathieson model were verified، using a 3D simulation and existing experimental data. The turbine performance was investigated for several blade angles of attack. Results show that the turbine stage has a minimum loss and a maximum efficiency، when angles of attack are -3 degrees for stator and -8 degrees for rotor blades.
    Keywords: TurboShaft Engine, jet Engine, Power Turbine, One, dimensional Modeling, Loss Coefficients, Three, dimensional Simulation
  • M.K. Moayyedi, M. Najafbeygi Pages 41-52
    This article introduces a method for fast estimation of aerodynamic coefficients and flow field data reconstruction around a NACA0012 airfoil، based on proper orthogonal decomposition (both in subsonic and supersonic regimes). Also، the effects of snapshot numbers and their arrangements in reconstruction procedure have been investigated. In this method، a combined form of POD، cubic spline interpolation، and polynomial extrapolation method، has been used for estimation of gappy data of the flow field with respect to the variations of angle of attack and Mach number. The proposed method predicts the required data much faster than CFD with appropriate accuracy. Finally، the results were compared with related CFD ones، showing relatively close agreements.
    Keywords: Proper Orthogonal Decomposition, Reduced Order Model, Interpolation of Modes, Mode's Energy
  • M.M. Mohammadi H. Mousazadeh H. Jamshidi, S.M. Hasheminejad Pages 53-65
    Buffeting is a high frequency aeroelastic instability that occurs in transonic speeds. The main objective of this paper is to present a method for determining the loading caused by this phenomenon on the body of the vehicle. For this، vibration equations are transformed into frequency domain. Then، the vehicle’s geometry and the kind of flow around the vehicle have been identified and for each of these flows، formulations are presented to predict the power spectral density of the external loading due to the buffeting phenomena، using experimental and statistics methods. The applied aeroelastic moment on the vehicle was calculated by determining the buffeting loads around the vehicle in frequency domain. Aerodynamic damping، which is calculated using experimental relations and quasi-steady flow presumption، was used for this aim. The results show that shock wave can apply a huge torque on the body، which is more than that obtained by static calculations. Thus، investigation of buffeting phenomena is necessary to have a successful launch. The presented method could be used in a wide range of space vehicles without expensive experimental analysis. The results were verified by experimental data from other reliable resources.
    Keywords: Stochastic Loading, Power Spectral Density, Aeroelastic Oscillations, Aerodynamic Damping
  • H. Ghassemi, H. Amini, M. Khayyat Pages 67-75
    In this paper، the effects of size and density on mixing of solid particles in a fluidized bed have been studied experimentally. For this purpose، a bed consisting of silica sands has been used. The mixing of particles in a two-layer bed has been studied. The lower layer consists of silica sands، while in the upper layer tracer sand particles with different shape، size، density، and color have been used. All events occurring on the bed surface are recorded by a camera above the bed and tracer particles are being tracked، using image processing technique. Particles being mixed in the bed are studied by studying the variation of the tracer particles concentration index with time. First، the mechanism of particle mixing in a two-layer fluidized bed was investigated. Then، the effect of the characteristics of mixing particles on mixing process was studied. The results show that increasing the tracer particle density (approaching the bed sands density)، enhances the penetration of tracer in the bed and reduces the tracer presence on the bed surface. Also، the size of sand particles has significant effect on mixing quality; it makes it possible to find a proper sand size to mix the particles with different densities.
    Keywords: Fluidized Bed, Mixing, Image Processing, Mixing Ratio, Tracer Concentration Ratio