فهرست مطالب

مکانیک سیالات و آیرودینامیک - سال پنجم شماره 2 (پاییز و زمستان 1395)

مجله مکانیک سیالات و آیرودینامیک
سال پنجم شماره 2 (پاییز و زمستان 1395)

  • 82 صفحه، بهای روی جلد: 100,000ريال
  • تاریخ انتشار: 1395/12/24
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پژوهشی
  • ابوالفضل امیری هزاوه، محمدرضا سلیمی، محمد طیبی رهنی* صفحه 1
    جریان های چندفازی در محیط های متخلخل هم در طبیعت و هم در صنعت از اهمیت بالایی برخوردارند. هدف اصلی این پژوهش بررسی اثرات اندرکنش قطرات با یک محیط متخلخل است. جریان چند فازی در محیط متخلخلی، شامل موانع دایره ای شکل در رژیم غیردارسی در گرادیان های فشار مختلف، مورد بررسی قرار گرفته است. از یک محیط متخلخلی که قبلا« مایعی در آن جریان دارد، قطره ای با خواص متفاوت عبور داده که برخورد این قطره با محیط متخلخل الگوهای مختلف شکست، حبس و یا به هم پیوستن را ایجاد می نماید. روش عددی شبکه بولتزمن که در محیط متخلخل به همراه جریان چندفازی قابلیت و انعطاف پذیری بالایی از خود نشان داده، مورد استفاده قرار گرفته است. پارامترهای موثر و اعداد بدون بعد مهم مرتبط با جریان چندفازی (مثل عدد آنسرج، عدد کاپیلاری، نسبت چگالی فاز ها) مورد بررسی قرار گرفته اند. مقادیر فشار بی بعد وارده، 000108/0، 000144/0 و 000180/0 و محدوده آنسرج مورد بررسی 19/0-76/0 می باشند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که جریان چندفازی پیچیدگی ها و فاکتورهای موثر زیادی داشته که بررسی همزمان آن ها ضروری است. فاکتورهای مرتبط با قطره و فاز زمینه، مانند تنش سطحی و نسبت چگالی قطرات در کنار خصوصیات جریان (مانند گرادیان فشار) بسیار موثر بوده و تنوعی از حالات شکست، حبس و به هم پیوستن قطره(ات) را به وجود می آورد. از نقاط برجسته این تحقیق این که نتایج شبیه سازی های صورت گرفته قابلیت پیش بینی رفتار قطرات در محیط متخلخل را با فرضیات و روش های مورد استفاده در این پژوهش با دقت بالایی امکان پذیر می سازد.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل، مقیاس حفره، تحلیل عددی، قطره، روش شبکه بولتزمن
  • محمدرضا علیگودرز*، عبدالله مهرپناهی، هادی کرابی صفحه 15
    پره های توربین همواره در معرض تلرانس ها و خطا های اجتناب ناپذیری قرار دارند که باعث فاصله گرفتن هندسه نهایی پره از هندسه طراحی شده، می شود. از طرفی، تاثیر به سزایی که هندسه پره بر عملکرد توربین دارد، منجر می شود تا خطا های ابعادی پره، ویژگی های اصلی توربین، همچون بازده، را تحت تاثیر قرار دهد که این مورد نیز سبب فاصله گرفتن عملکرد توربین از عملکرد بهینه خود می شود. از این رو، به دست آوردن تلرانس های ابعادی مجاز که بر بازده توربین موثر هستند، لازم به نظر می رسد. از تاثیرگذارترین عوامل که منجر به این خطا ها می شود، می توان به خطاهای ناشی از روش های گوناگون ساخت پره و نیز تغییرات هندسی به وجود آمده در حین کار توربین اشاره نمود. از مهمترین این خطاها می توان به تلرانس های ضخامت بیشینه، طول وتر و ارتفاع پره اشاره نمود. در این پژوهش، به کمک مدل سازی یک بعدی، به بررسی عددی تغییرات بازده توربین جریان محوری هانوفر از مقادیر طراحی شده خود به دلیل تلرانس های ابعادی فوق پرداخته شده است . در این مدل سازی از مدل افت های اینلی– ماتیسون، دونهام– کیم و انگیر استفاده شده است.
    کلیدواژگان: تلرانس، پره، بازده، توربین محوری، مدل سازی یک بعدی
  • مهدی سلیمانی، حجت قاسمی*، عباس ابراهیمی، سید محمدعلی نجفی صفحه 29
    در مقاله حاضر ضمن معرفی نوع جدیدی از شعله نگهدارها، با استفاده از روش PIV ویژه گی های میدان جریان در پشت آن در رژیم جریان سرد بررسی شده است. میدان های سرعت لحظه ای، عدد استروهال، میدان سرعت متوسط، میدان ورتیسیتی، طول و هندسه ناحیه بازچرخش از جمله خصوصیاتی هستند که متاثر از شکل هندسی شعله نگهدار می باشند. در این مقاله، تاثیر شکل شعله نگهدار بر این خصوصیات مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از روش PIV ساختار پیچیده و ناپایای این جریان با دقت زیاد زمانی و مکانی بدست آمده است. این آزمایشها بر روی دو نوع شعله نگهدار وی-شکل، یکی با لبه صاف و دیگری با لبه موج دار انجام شده است. نتایج به دست آمده حاکی از افزایش طول و عرض ناحیه بازچرخش در شعله نگهدار با لبه موج دار نسبت به شعله نگهدار با لبه صاف می باشد. برای هر دو نوع شعله نگهدار یک ساختار متقارن از جریان در پشت شعله نگهدار به وجود می آید. همچنین، افت فشار استاتیک پشت شعله نگهدار موج دار بیشتر از شعله نگهدار لبه صاف می باشد.
    کلیدواژگان: شعله نگهدار، پایداری، PIV، طول ناحیه بازچرخش، ورتیسیتی
  • عبدالامیر بک خوشنویس*، سجاد نظری، محمد جواد ایزدی یزدی صفحه 39
    در این تحقیق به بررسی تجربی رفتار و مشخصه های دنباله جریان حول یک سیلندر بیضوی با زاویه حمله صفر درجه، تحت تاثیر سیم اغتشاش سازی با قطر 1 میلی متر پرداخته شده است. بدین منظور، از یک استوانه با سطح مقطع بیضوی از جنس آلومینیوم، دارای طول mm 390، قطر بزرگ mm 4/42 و قطر کوچک mm 2/21 استفاده شده است. مدل سیلندر در اتاقک آزمون یک دستگاه تونل باد دمشی مورد آزمایش قرار گرفته است. اعداد رینولدز آزمایش نسبت به قطر بزرگ سیلندر برای سرعت های m/s 10 و m/s 20 به ترتیب 25700 و 51400 می باشند. سیم اغتشاش ساز به صورت متقارن روی سیلندر بیضوی، در زاویه های صفر درجه، 7/23 درجه و 9/40 درجه نسبت به نقطه سکون مورد آزمایش قرار گرفته است. ضریب پسا برای سیلندر بیضوی صاف در هر دو عدد رینولدز در حدود 6/0 است. نتایج نشان می دهند که در بهترین حالت ممکن، در زاویه نصب 7/23 درجه، ضریب پسا به میزان 5/56% کاهش می یابد. همچنین، در بهترین حالت ممکن برای زاویه صفر درجه ضریب پسا 6/8% کاهش می یابد، درحالی که در بدترین حالت ضریب پسا برای زاویه 9/40 درجه به اندازه 7/20 % افزایش دارد.
    کلیدواژگان: سیم اغتشاش ساز، ضریب پسا، دنباله سیلندر بیضوی، جریان سنج سیم داغ
  • نعمت الله فولادی*، علیرضا محمدی، هادی رضایی صفحه 55
    در مقاله حاضر عملکرد یک دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت در زمان روشن شدن یک موتور فضایی در تست زمینی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور تحلیل های عددی غیردائم جریان گازهای احتراقی در دیفیوزر مزبور با پروفیل فشار- زمان محفظه احتراق انجام شده است. فیزیک جریان در دیفیوزر و عملکرد آن در لحظه روشن شدن موتور در شرایط بدون پیش خلاء سازی و با پیش خلاء سازی بخش هایی از دیفیوزر و محفظه تست مورد بررسی قرار گرفته اند. اثر پیش خلاء سازی در کاهش زمان راه اندازی دیفیوزر (زمان احراز شرایط خلاء در پیرامون نازل موتور) نشان داده شده است. در ادامه، اثر انتخاب ناحیه پیش خلاء سازی بر زمان راه اندازی دیفیوزر خروجی گازها با شبیه سازی عددی جریان مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج تحلیل عددی در قالب تشریح برخی از کمیت های جریان، مانند عدد ماخ و فشار استاتیک در زمان های مختلف ارائه شده است. نشان داده شده که با شرایط اولیه بدون پیش خلاء (فشار و دمای اتمسفر محلی) در حدود s 2/1 زمان لازم است تا دیفیوزر راه اندازی شده و شرایط خلاء نسبی را در پیرامون نازل و محفظه تست ایجاد نماید. در صورت استفاده از گزینه پیش خلاء سازی، راه اندازی دیفیوزر در زمان کوتاه تری اتفاق می افتد. بررسی های عددی حاضر نشان می دهند که اثر فضای پیش خلاء سازی در عملکرد راه اندازی دیفیوزر قابل ملاحظه است. هرچه فضای بیشتری در طول دیفیوزر پیش خلاء شده باشد، راه اندازی دیفیوزر در مدت زمان کوتاه تری اتفاق می افتد، از طرفی، افزایش فضای پیش خلاء سازی از ناحیه محفظه تست نتیجه عکس داشته و باعث بزرگتر شدن مدت زمان راه اندازی دیفیوزر می شود.
    کلیدواژگان: تست استند خلاء، دیفیوزر گلوگاه ثانویه، پیش خلاء سازی، تحلیل عددی
  • محمود پسندیده فرد*، عدنان محمدی صفحه 71
    در این مقاله معادلات کامل ناویر- استوکس دو بعدی در جریان خارجی آشفته به طور عددی مدل سازی شده است، بدین منظور، جهت محاسبه شارهای غیر لزج از روش بالادستیAusm+up و برای مدل سازی جریان آشفته از مدل تک معادله ای اسپالارت- آلماراس استفاده شده است. مدل اسپالارت- آلماراس به کارگرفته شده، نسخه اصلاح شده این مدل آشفتگی است که از تولید لزجت دینامیکی منفی جلوگیری می کند. این مسئله کمتر در مقالات مورد توجه قرار گرفته است. اصلاحیه مطرح شده به کمک تصحیح ترم های پخش و چشمه در تک معادله مدل آشفتگی انجام شده است. جهت اعتبار سنجی دقت و پایداری مدل آشفتگی و روش محاسبه شار ها جریان کاملا آشفته با رینولدز در ماخ 799/0 در زاویه حمله 26/2 درجه و همچنین جریان با رینولدز و زوایای حمله (صفر و ده) درجه در اطراف ایرفویل NACA0012 بررسی شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد، فریم محاسباتی طراحی شده تطبیق مناسبی با داده های آزمایشگاهی دارد و به علاوه تعداد تکرار لازم برای همگرایی کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: مدل اصلاح شده ی اسپالارت، آلماراس، ویسکوزیته دینامیکی منفی، پایداری و دقت حل
|
  • A. Amiri-Hezaveh, M.R. Salimi, M. Taeibi Rahni* Page 1
    Multiphase flows, combined with porous media, with application in both nature and industry are greatly important. The main objective of this research is to analyze drop interaction with porous media. Multiphase flow through a porous medium, including circular obstacle in non-Darcian regime at different pressure gradients was investigated. The porous medium, wherein a liquid flow was present, a drop with different fluid properties was forced to pass. The drop impact with porous medium leads to different patterns: break-up, trap, and coalescence. Lattice Boltzmann method (LBM), which has shown high capability and flexibility in relation with multiphase flows combined with porous media, have been implemented. The effective dimensionless numbers related to this flow (such as, Ohnesorge, Capillary number, and density ratio of the two phases) were thoroughly analyzed. The values of exerted dimensionless pressure were 0.000108, 0.000144, and 0.000180 and the range of Ohnesorge was 0.19-0.76. Our results show that there are high complexity and many effective factors, which necessitate their concurrent examinations. The effects of factors connected to drop and secondary phase properties (such as, surface tension and density ratio), along with flow characteristics (such as pressure gradient), are considerable. Consequently, the simulations of this study, using certain assumptions and methods, show excellent capability to predict drop behavior in porous media, which is the valuable feature of this study.
    Keywords: Porous Media, Pore-scale, Numerical Analysis, Drop, Lattice Boltzmann Method (LBM)
  • M. Aligoodarz*, A. Mehrpanahi, H. Karrabi Page 15
    Turbine blades always face inevitable fault and Tolerances, which cause the final blade geometry differs from the designed one. On the other hand, blade geometry has important effects on turbine performance causing blade dimensional faults influence turbine major characters, like efficiency. The mentioned situations cause turbine performances vary from its optimum condition. So, obtaining allowable geometrical tolerances having effect on turbine efficiency is necessary. The most influential factors leading to these errors are various fabrication methods and geometrical changes during turbine operation. The most important of these can be pointed to maximum thickness, chord length, and blade height tolerances. In this research, through one-dimensional modeling, Hanover axial flow turbine efficiency changes from its design point due to dimensional tolerances is studied. Ainely-Mathieson, Dunham-Came, and Aungier loss models were applied in this modeling.
    Keywords: Blade, Tolerance, Efficiency, Turbine, Axial, One dimensional modeling
  • M. Soleimani, H. Ghassemi*, A. Ebrahimi, S. M. A. Najafi Page 29
    This paper introduces a new type of flame holder. Flow field is investigated, using PIV measurements in cold flow regime. The experiments on two types of V-shape flame holder: one with smooth edges and the other with wavy edges. The instantaneous velocity fields, Strouhal number, average velocity, vorticity, and recirculation zone length were among the parameters affected by the flame holder geometry. In this work, we examined the influence of these characteristics. Complex structure and unsteadiness of the flow was obtained with high accuracy. The results indicate an increase in length and width of the recirculation zone when using the wavy edges instead of smooth edges. For both geometries, a symmetrical flow structure was observed behind the flame holder. Also, higher static pressure drop was detected behind the flame holder for geometry with wavy edges.
    Keywords: Flame holder, Stability, PIV, Recirculation Zone Length, Vorticity
  • A.A. Bak Khoshnevis*, S. Nazari, M.J. Ezadi Yazdi Page 39
    In this research, the behavior and characteristics of the wake of the flow around an elliptic cylinder at zero angle of attack in the presence of a tripping wire of 1 mm diameter were investigated experimentally. An aluminum elliptic cylinder with major axis, minor axis, and height of 42.4 mm, 21.2mm, and 390 mm, respectively, was used for this purpose. The cylinder model was examined in the test section of a blower type wind tunnel. The Reynolds numbers of the experiment, based on major axis were 25700 and 51400 for 10 m/s and 20 m/s speeds, respectively. Tripping wire placed symmetrically at both sides of the cylinder, and each were tested at angles of zero, 23.7, and 40.9 degrees with respect to the stagnation point. The drag coefficient of the smooth cylinder for both of the Reynolds numbers was about 0.6. The results indicate that in the best possible case, the drag coefficient for the 1 mm wire reduces by 56.5% at angle of the 23.7 degree. In the best case, it also reduces by 8.6% for angle of the zero degree, while in the worst case, the drag coefficient for angle of 40. 9 degree increase by 20.7%.
    Keywords: Trip Wire, Drag Coefficient, Wake of Elliptic Cylinder, Hot Wire Anemometry
  • N. Fouladi*, A. Mohammadi, H. Rezaei Page 55
    In this paper, the influences of regional pre-evacuation of an altitude test facility on starting time of a second throat supersonic exhaust diffuser are numerically investigated. Detailed numerical studies have been carried out to evaluate the physics of the flow and starting time of the diffuser for different pre-evacuation zones along the diffuser and the test chamber. Unsteady axisymmetric compressible Navier–Stokes equations, incorporated with the two equation kω-SST turbulence model are solved, with density-based solver to extract the current flow features. The numerical method is properly validated with the measured data available in the literature. Our investigations show that the amount of pre-evacuation volume has strong effects on starting time of the diffuser. As we extend pre-evacuation zone along the diffuser, the smaller starting time of diffuser is resulted. However, the increasing of pre-evacuated test chamber size causes the increasing of starting time of the diffuser.
    Keywords: Altitude Test Facility, Second Throat Exhaust Diffuser, Pre-evacuation, CFD
  • M. Pasandidefar*, A. Mohammadi Page 71
    In this paper, the full two-dimensional Navier–Stokes equations in the external turbulent flow were numerically modeled. Thus, in order to calculate the fluxes, the Ausm method was utilized and for modeling turbulent flows, the single-equation Spalart-Allmaras model was used. The employed Spalart-Allmaras model is a modification of this turbulence model, which prevents the formation of negative dynamic viscosity, a point that has gone generally unnoticed. The suggested modification was conducted on the distributing and the source terms in the single equation of turbulence model. For validation and assessment of accuracy and stability of the turbulence model and the calculation method of fluxes, the totally turbulent flow with Reynolds number of 9106 and Mach number of 0.799 and angle of attack 2.26 and also flow with Reynolds numbers of 6106 and and Mach number of 0.15 and angles of attack zero,10 around NACA 0012 airfoil are investigate. The results of this study show that computational framework designed have a good agreement with experimental data .furthermore the number of iterations required for convergence is reduced.
    Keywords: Modified Spalart-Allmaras Model, Negative Daynamic Viscosity, Accuracy, Stability of Solution