مهدی نیلی احمدآبادی
-
پژوهش حاضر به تحلیل عددی اثر حفره هلمهولتز به عنوان یک یا دو جفت حفره عمیق بر روی محفظه اختلاط یک اجکتور مادون صوت برای بررسی راندمان مکش می پردازد. در این تحلیل، با ثابت گرفتن عرض حفره، تاثیر عمق، مکان و تعداد حفره ها بر راندمان بررسی شد. معادلات ناپایدار رینولدز متوسط ناویر استوکس با مدل آشفتگی k-ε توسط نرم افزار فلوینت 2R2022 برای درک فیزیک جریان و اندازه گیری راندمان مکش حل گردید. مشاهده میدان جریان گذرا نشان داد که حفره های مخالف به طور همزمان پر و خالی می شوند که باعث ایجاد نوسانات طولی و ضربانی جریان در داخل محفظه اختلاط اجکتور می شود. نتایج نشان دادند که وجود حفره در ابتدا، وسط و انتها محفظه اختلاط، راندمان مکش اجکتور را بترتیب 0.6%، 3.8% و 6.6% و همچنین وجود حفره ثانویه در موقعیت های 20، 40 و 60 میلی متر نسبت به حفره اول، راندمان مکش را بترتیب 9.9%، 10.1% و 10.2% کاهش می دهد. علاوه بر این، اثر طول دو جفت حفره در فاصله 20 میلی متر از هم در عمق های 75، 100 و 125 میلی متر باعث کاهش 4.9%، 9.9% و 13.1% راندمان مکش می شود. همچنین دامنه نوسانات فشار حفره ها در جفت اول از جفت دوم ضعیف تر است. بطور کلی، نتایج بررسی رزوناتور هلمهولتز نشان دادند نوسان جریان ثانویه بدلیل انسداد جریان ثانویه باعث کاهش راندمان می شود. لذا در بخش پایانی پژوهش، تاثیر ایجاد نوسان جریان محرک اولیه مورد بررسی قرار گرفت که نتایج آن نشان داد نوسان جریان اولیه بدلیل افزایش اختلاط موثر جریان اولیه و ثانویه، راندمان مکش را به میزان 5.2% افزایش میدهد.کلید واژگان: حفره هلمهولتز, نوسانات طولی و عرضی, اجکتور, دبی جرمی ثانویه, راندمان مکشThis paper investigates the effect of a Helmholtz resonator with one or two pairs of deep cavities on the mixing chamber of a subsonic ejector to determine its impact on the ejector's entrainment ratio. The study utilizes numerical analysis, where the depth, location, and number of cavities were varied while keeping the width of the resonator constant. The Fluent software solved the Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations with the k- εturbulence model. The presence of the cavity at the beginning, middle, and end of the mixing chamber reduced the entrainment ratio by 0.6%, 3.8%, and 6.6%, respectively, and the presence of the second cavity at the positions of 20, 40, and 60 mm with respect to the first cavity reduced the entrainment ratio by 9.9%, 10.1%, and 10.2% respectively. The depth effect was studied at a distance of 20 mm for a pair of cavities at depths of 75, 100, and 125 mm causing a reduction of 4.9%, 9.9%, and 13.1% in entrainment ratio. The study also observed longitudinal and pulsating oscillations inside the mixing chamber due to the simultaneous filling and emptying of opposite cavities. Furthermore, the amplitudes of the pressure oscillations in the first pair were weaker than those in the second pair. In the final part of the research, the effect of primary flow fluctuation was also investigated, the results of which showed that the primary flow fluctuation increases the entrainment ratio by 5.2% due to the increase of effective mixing between the primary and secondary flow.Keywords: Helmholtz resonator, longitudinal, transverse oscillations, Ejector, secondary mass flow rate, entrainment ratio
-
فناوری پوشش دهی به وسیله لیزر، در سال های اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته است. پاشش پودر توسط گاز حامل از طریق نازل ها نقش تعیین کننده ای در کیفیت و کنترل فرآیند پوشش دهی توسط لیزر دارد، لذا، مطالعه ی آن اهمیت دارد. در این پژوهش، جریان دو فازی گاز- پودر فلز خروجی از نازل در یک فرآیند پوشش دهی توسط لیزر، شبیه سازی عددی شده و به منظور تایید شبیه سازی عددی، نتایج آن با نتایج حاصل از بررسی تجربی جریان خروجی از نازل مقایسه می شود. شبیه سازی به صورت پایا، سه بعدی و توسط نرم افزار انسیس سی اف ایکس انجام گرفته است. بررسی تجربی توسط آشکارسازی جریان پودر انجام میشود. نتایج بررسی تجربی و شبیه سازی عددی انطباق مناسبی با هم دارند. در قسمت بعدی، اثرات پارامترهای مختلفی مانند دبی ذرات، دبی گاز حامل و گاز محافظ بر تمرکز ذرات مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی نشان میدهد با کاهش دبی گاز حامل، میزان بیشینه تمرکز ذرات افزایش می یابد و مکان تمرکز ذرات به خروجی نازل نزدیکتر می شود. همچنین، افزایش دبی پودر، تنها تمرکز ذرات را افزایش می دهد و بر سایر پارامترهای جریان پودر بی تاثیر است. تغییر در دبی گاز محافظ نیز اثری بر رفتار جریان پودر ندارد.
کلید واژگان: پوشش دهی لیزر, تمرکز پودر, شبیه سازی عددی, فاز گسستهLaser cladding technology has received much attention in recent years. Injection of powder by carrier gas through the nozzles plays an important role in the quality and control of the laser cladding process, so it is important to be studied. In this study, a two-phase flow of gas-powder metal from the nozzle in a laser-cladding process is numerically simulated and compared with the results of an experimental study of the nozzle output to confirm the numerical simulation. The three-dimensional simulation was carried out steadily by Ansys CFX software. Experimental study is carried out by the visualization of powder flow. The results of the experimental study and the numerical simulation are in good agreement. In the next section, the effects of various parameters such as particle flow rate, carrier gas flow rate and shielding gas flow rate on particle concentration are investigated. The simulation results showed that by decreasing the carrier gas flow rate, the maximum concentration of particles increases and the particles concentration location gets closer to the nozzle outlet. Also, increasing the powder flow rate only increases the concentration of the particles and has no effect on the other parameters of the powder flow. The change in the shield gas flow rate also has no effect on the powder flow behavior.
Keywords: Laser Cladding, Powder Concentration, Numerical Simulation, Discerete Phase -
در خودرو های سواری رایج، بیشترین هدر رفت انرژی از دو منبع دود راهگاه خروجی و سامانه خنک کننده موتور صورت می گیرد. مقاله حاضر با تمرکز بر این دو منبع گرمایی، عملکرد یک سامانه بازیابی گرمای اتلافی مبتنی بر چرخه آلی رانکین (چار)، در بازیافت انرژی اتلافی از موتور بنزینی یک خودروی سواری را بررسی کرده است. هدف از این پژوهش یافتن شرایط کاری بهینه چار و انتخاب بهترین سیال کاری به منظور استحصال بیشینه توان خالص خروجی از چرخه بازیابی است. برای دستیابی به این مقصود، الگوی ترمودینامیکی پایا و صفر بعدی سامانه چار مبنا در نقطه ای از نقشه عملکرد موتور به عنوان نقطه معیار، که از شبیه سازی کارکرد خودرو بر اساس چرخه استاندارد رانندگی شهری بدست آمده، در نرم افزار ترموفلکس طراحی گردید. با در نظر گرفتن گستردگی تعداد و تنوع سیالات کاری، 23 سیال عامل اعم از سیالات خالص و مخلوط ارزیابی شدند، و همچنین شرایط کاری بهینه سامانه مبنا با در نظر گرفتن شار جرمی سیال عامل، نقطه طراحی چگالنده و فشار کاری گردا و چگالنده به عنوان متغیرهای طراحی برای هر ماده کاری از طریق بهینه سازی آن با روش سیمپلکس داونهیل استخراج گردید. در انتها با در اختیار داشتن داده های آزمایشگاهی برای 320 نقطه از نقشه کاری موتور، کارآیی چرخه مبنای بهینه شده در ترکیب با تمام منطقه عملکرد موتور ارزیابی شد. نتایج نشان داد بیشترین توان خالص استحصالی، از سیالات R507a ، R410a و R125 بدست آمده است، که بیانگر عملکرد بهتر مخلوط های زیوتروپیک و آزیوتروپیک در بازیابی گرمای اتلافی موتور با چار است و در بهترین حالت در مناطق کم بار 2،6 کیلووات در منطقه اوج کارایی گرمایی 6،6 کیلووات توان خالص از چرخه استحصال شد.
کلید واژگان: بازیابی گرمای اتلافی, بهینه سازی مصرف انرژی, چرخه آلی رانکین (چار), روش سیمپلکس داونهیل, موتور احتراق داخلی پرخورانIn conventional passenger cars, two-third of the energy is wasted from the exhaust gas and engine cooling system. The present study has investigated the performance of a waste heat recovery (WHR) system based on the Organic Rankine Cycle (ORC) for the turbocharged gasoline direct injection engine. The optimal working conditions along with the best working fluid of the organic Rankin cycle to obtain the maximum net output power (NOP) from the recovery cycle are investigated. The steady-state zero-dimensional thermodynamic model of basic ORC at a series of engine operating conditions is designed in Thermoflex software. The working point of the engine has obtained by simulation of vehicle performance based on the standard urban driving cycle. Considering numerous and varied working fluids, 23 working fluids including pure and mixture fluids are evaluated. The mass flow rate of working fluid, condenser pinch, turbine inlet pressure, and condenser working pressure are considered as the optimization design variables and the optimum operating conditions of the basic ORC extracted for each working fluid using the Downhill Simplex method. Finally, by having experimental data for 320 points of the engines map, the efficiency of the optimized basic cycle was analyzed in combination with engine’s entire operating region. The results showed that R-507a, R-410a and R-125 present highest NOP respectively which indicate better performance of zeotropic and Azeotropic mixtures in engine WHR by ORC and for the best case, NOP reached to 2.6 kw in small load region and 6.6 kw in the peak thermal efficiency region.
Keywords: Waste Heat Recovery, Optimization of energy consumption, Organic Rankine Cycle, Downhill simplex method, Turbocharged Internal Combustion Engine -
در مسایل طراحی معکوس، هدف محاسبه هندسه متناظر با توزیع فشار مطلوب در راستای دیواره ها می باشد. یکی از جدیدترین روش های طراحی معکوس روش پوسته الاستیک است که در آن دیواره ایرفویل به صورت یک تیر خمیده انعطاف پذیرمدل شد و اختلاف توزیع فشار هدف و توزیع فشار موجود در هر مرحله از محاسبات، عامل تغییر شکل دیواره های ایرفویل بود. نسخه اول روش پوسته الاستیک در طراحی معکوس پره کمپرسور محوری با لبه تیز به علت گرادیان های شدید فشار در لبه ابتدایی پره دچار نوسان، ناپایداری و واگرایی می شود به طوری که قابل استفاده برای جریان کسکید پره با لبه تیز نیست. هدف از انجام این پژوهش، توسعه روش طراحی معکوس پوسته الاستیک برای کسکید کمپرسور محوری با پره لبه تیز است. مبنای اصلی این ارتقاء توجه به ویژگی منحنی خیز تیر بوده که در همه نقاط پیوسته و مشتق پذیر است. به عبارت دیگر برخلاف نسخه اول، در نسخه ارتقاءیافته بدون اعمال هیچ گونه فیلتراسیون هندسی جهت برطرف کردن شکستگی های پروفیل های میانی، تماما از خاصیت فیزیکی تیر تیموشنکو در تغییر شکل های بزرگ استفاده می شود. جهت افزایش میزان جابه جایی تیر در هر مرحله تغییر شکل، از یک رابطه بهینه بین مشخصات تیر شامل مدول الاستیسیته، ضخامت و عرض تیر استفاده می شود. در نهایت، اعتبارسنجی نسخه ارتقا یافته در چند مورد برای رژیم مادون صوت غیر لزج انجام شده است. نتایج بیانگر توانایی، انعطاف پذیری و نرخ هم گرایی بالای روش ارتقا یافته در طراحی پره های کمپرسور محوری است.
کلید واژگان: طراحی معکوس, ارتقاء الگوریتم پوسته الاستیک, گرادیان شدید فشار, کسکید کمپرسور محوری, پره لبه تیز, جریان غیرلزج مادون صوتThe aim of inverse design problems is achieving a geometry corresponding to the wall target pressure distribution. One of the newest inverse design methods, was Elastic Surface Algorithm (ESA) in which the airfoil wall was modeled as a flexible curved beam and the difference between target and current pressure distributions in each iteration was the deformation factor of the airfoil wall. The first version of ESA used for the inverse design of sharp leading edge blade of axial flow compressors, is subject to oscillation, instability and divergence due to high pressure gradients on the blade leading edge. Therefore, it cannot be used for a sharp leading edge blade. The purpose of this research is to develop ESA for axial-flow compressor cascade with sharp leading edge blades. The main basis of this Improvement is paying attention to the deflection curve of the beam, which is continuous and differentiable in all points. The physical property of Timoshenko’s beam in large deformations is used in the upgraded version without applying any geometric filtration to eliminate the fractures of the intermediate profiles. In order to increase the displacement of the beam at each iteration, an optimal relationship between the beam characteristics including the elasticity modulus, the thickness and width of the beam is used. Finally, the upgraded version has been validated in a few cases for subsonic inviscid flow regime. The results indicate the robustness, flexibility and high convergence rate of the upgraded ESA in the design of axial-flow compressor blades.
Keywords: Inverse design, Improvement of Elastic Surface Algorithm, High Pressure Gradient, Axial-Flow Compressor Cascade, Sharp Leading Edge Blade, Subsonic Inviscid Flow -
بررسی تجربی ساختار جریان تک موج عبوری از روی یک مانع مستطیلی با استفاده از تکنیک PIVExperimental Investigation of Flow Structure of Passing Solitary Wave over A Rectangular Obstacle using PIV TechniquesBreakwater or submerged obstacle is one of the methods used for protection of the coast. Breakwaters cause dissipation of wave energy by generation of turbulence flow and vortices. In this study, by insert a rectangular obstacle against a solitary wave, the generation and evolution of vortices have been investigated by using Particle Image Velocimetry (PIV) technique. The PIV results show due to flow separation, two vortices are formed around the front and back edges of the obstacle when the solitary wave approaches the obstacle. The closer the wave approaches the obstacle, the larger the vortices are. When the formed vortex over the front edge of the obstacle approaches its end, these two vortices are merged together and form a larger vortex. In the following, the reduction of wave height before and after the obstacle is measured through a wave gage altimeter sensor. The results show the existence of obstacle decreases up to 3% of wave height in comparison to that without obstacle. Finally, by integrating pressure and momentum flux from the PIV results around the obstacle, the drag force applied to the obstacle is obtained.Keywords: Solitary Wave, PIV Technique, Vortex generation, Breakwater
-
در کار حاضر، روش طراحی معکوس گلوله-اسپاین برای اصلاح هندسه پمپ گریز از مرکز بصورت شبه سه بعدی در صفحه نصف النهاری و در مرجع دوار و رژیم جریان لزج تراکم ناپذیر با هدف بهبود عملکرد آن توسعه یافته است. در این روش، تحلیل عددی جریان لزج روی یک صفحه نازک جریان بین دو پره توسط یک حلگر لزج سه بعدی با اصلاح هندسه دیواره حفاظ جلو و حفاظ پشتی پروانه توسط الگوریتم گلوله-اسپاین ترکیب می شود. بعبارت دیگر، به جای حل معادلات غیرلزج شبه سه بعدی جریان روی صفحه نصف النهاری، معادلات کامل سه بعدی ناویراستوکس آشفته روی صفحه جریان حل می گردد. نخست پمپ گریز از مرکز بصورت عددی مطالعه شده و نتایج عددی با نتایج تجربی مقایسه می شوند و میدان جریان در پروانه پمپ با استفاده از روش شبه سه بعدی در صفحه نصف النهاری بدست می آید. قابلیت الگوریتم طراحی معکوس با بررسی آن در هندسه دوار و انتخاب فشار استاتیک و فشار کاهش یافته بعنوان پارامتر هدف مورد ارزیابی قرار می گیرد. سپس با تعریف توزیع فشار هدف روی سطوح حفاظ جلو و حفاظ پشتی مجرا و تلاش جهت حذف گرادیان های اضافی فشار، هندسه چرخ جدید مطابق با توزیع فشار اصلاح شده حاصل می گردد. نتایج بدست آمده بیانگر سرعت همگرایی و پایداری مطلوب روش گلوله-اسپاین در طراحی مجاری دوار با جریان لزج تراکم ناپذیر می باشد. افزایش فشار استاتیک در طول خط جریان، افزایش 1 درصد هد کل پمپ و تاخیر در شروع کاویتاسیون پمپ از جمله نتایج این تلاش می باشد.کلید واژگان: پمپ گریز از مرکز, طراحی معکوس, نصف النهاری, بهینه سازیIn the present work¡ an inverse design algorithm called Ball-Spine (BSA) is developed as a quasi-3D method on the meridional plane of a centrifugal pump impeller with rotating frame and incompressible viscous flow within it¡ with the aim of improving its performance. In this method¡ numerical analysis of viscous flow on a thin plane of flow between two blades using a 3D viscous flow solver is combined with BSA¡ which modifies hub and shroud geometries. Namely¡ instead of solving inviscid quasi-3D flow equations in the meridional plane¡ full 3D Navier-Stokes equations is solved on the thin plane of flow. To show the validity of the present work¡ centrifugal pump is numerically evaluated and numerical results are compared with experimental results¡ and flow field in the meridional plane of pump impeller is obtained using quasi-3D method. By studying the algorithm in the rotating geometry and choosing static pressure and reduced pressure as target parameters the ability of performance of the algorithm is assessed. After that¡ the new impeller geometry is obtained in conformity with the modified pressure distribution¡ by defining target pressure distribution on the hub and shroud surfaces of the conduit and trying to eliminate excess pressure gradients. Obtained results indicate good rate of convergence and desirable stability of BSA in the design of rotating conduits with incompressible viscous fluids. By using the above-mentioned optimization method following results was observed: increase of static pressure along streamline¡ 1% of increase in the pump total head¡ delay in impeller cavitation inception.Keywords: Centrifugal pump, Inverse Design, Meridional, optimization
-
در این پژوهش، فن گریز از مرکز یک توربین سرمایشی بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و در یک نقطه ی عملکردی با نتایج تجربی موجود مقایسه می شود. مشخصات عملکردی فن بصورت تجربی عبارتند از: سرعت دورانی و پارامترهای جریان در ورودی و خروجی فن. در این توربین سرمایشی، از فن برای خنک کردن هوای ورودی توربین سرمایشی استفاده می شود. هدف از این پژوهش، بدست آوردن منحنی عملکرد فن و تحلیل جریان سه بعدی داخل فن می باشد. مدل کردن روتور و پوسته فن به ترتیب با استفاده از نرم افزار تولید پره و کتیا، ایجاد شبکه ی مناسب روی دامنه ی روتور و پوسته فن به ترتیب با استفاده از نرم افزار توربوگرید و انسیس مش، و در نهایت حل عددی جریان سه-بعدی داخل فن با استفاده از نرم افزار سی اف ایکس انجام می شود. در این نرم افزار، معادلات جریان تراکم پذیر بر اساس روش فشار مبنا، با مدل آشفتگی انتقال تنش برشی حل می شود. برای اطمینان از نتایج عددی، استقلال شبکه مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی با نتایج تجربی مقایسه می شود. مقایسه نشان می دهد که نتایج عددی و تجربی تطابق خوبی دارند.کلید واژگان: شبیه سازی عددی سه بعدی, فن گریز از مرکز, منحنی عملکرد, توربین سرمایشی, مقایسه با نتایج تجربیIn this study, the centrifugal fan of a cooling turbine is numerically investigated and is then compared with the experimental results at a performance point. The experimental performance characteristics of the fan are as: rotational speed and flow parameters at the inlet and outlet of the fan. In this cooling turbine, the fan is used for cooling of the turbine inlet air flow. The aims of this study are obtaining the fan performance characteristics curve and 3D numerical simulation inside the fan. Rotor and case modeling is respectively conducted using Blade Gen and Catia software, the grid generation of the rotor domain and fan casing is respectively accomplished by Turbo Grid and Ansys Mesh software and finally, 3D numerical solution of flow inside the fan is done by CFX software. In the CFX software, compressible flow equations are solved using pressure based method with SST turbulence modeling. To verify the numerical results, grid independency is investigated. Finally, the numerical results are compared with the experimental results that shows a good agreement.Keywords: 3D Numerical Simulation, Centrifugal Fan, Charateristic Curve, Cooling Turbine, Experiment
-
در این مقاله، طراحی یک بعدی کمپرسور گریز از مرکز به همراه طراحی معکوس مجرای خم 90 درجه بین دیفیوزر شعاعی و دیفیوزر محوری انجام می گیرد. در این طراحی، کلیه ابعاد اولیه اجزاء کمپرسور گریز از مرکز شامل پروانه، دیفیوزر شعاعی پره دار، خم 90 درجه و دیفیوزر محوری محاسبه می گردد. به منظور ارزیابی نتایج، پس از مدل سازی هندسه و تولید شبکه، میدان جریان سه بعدی در کل کمپرسور توسط نرم افزار سی اف ایکس تحلیل عددی می شود. شبیه سازی عددی نشان می دهد، تلفات شدیدی در خم 90 درجه بین دیفیوزر شعاعی و دیفیوزر محوری به علت انحنای شدید آن وجود دارد. به منظور دستیابی به کمترین تلفات در خم 90 درجه، طراحی آیرودینامیکی مجرای خم 90 درجه با استفاده از روش طراحی معکوس انجام می شود. در مرحله اول، با ترکیب الگوریتم طراحی معکوس گلوله-اسپاین و نرم افزار سی اف-ایکس، قابلیت اصلاح هندسه مجرای خم 90 درجه ایجاد می شود. سپس با بهبود توزیع فشار دیواره بالا و پائین و اعمال آن به کد طراحی معکوس، هندسه اصلاح می شود. در نهایت، کمپرسور طراحی شده با خم 90 درجه اصلاح شده تحلیل می شود. نتایج نشان می دهد نسبت فشار کل و بازده کل به کل به ترتیب در حدود 3 و 4 درصد افزایش می یابند.
کلید واژگان: کمپرسور گریز از مرکز, طراحی یک بعدی, طراحی معکوس, گلوله, اسپاین, شبیه سازی عددی سه بعدیIn this paper, one-dimensional design of centrifugal compressor with inverse design of 90-degree bend duct between radial and axial diffuser is accomplished using an iterative method. In the design procedure, all overall dimensions of the centrifugal compressor including impeller, vanned radial diffuser, 90-degree bend duct and axial diffuser are computed. To evaluate the results, after the geometry modeling and grid generation, 3-D flow field in the whole compressor are numerically analyzed using CFX software. The numerical simulation shows that there is a high loss region through the 90-degree bend between the radial and axial diffuser because of its high curvature. In order to reach a minimum loss in the 90-degree bend duct, the aerodynamic design of the 90-degree bend duct is carried out using an inverse design method. At the first step, the shape modification capability of the 90-degree bend duct is evaluated by linking up the Ball-Spine inverse design algorithm and CFX software. Then, the geometry is modified by improving the hub and shroud pressure distribution and applying it to the inverse design code. Finally, the designed compressor with the modified 90-degree bend duct is analyzed. The results show that, the total pressure ratio and overall efficiency increases about 3 and 4 percent, respectively.Keywords: Centrifugal Compressor, 1, D Design, Inverse Design, Ball, Spine, 3, D Numerical Simulation -
هدف از این مقاله بررسی انتقال جرم لیپوپروتئین های کم چگال پلاسما در دیواره رگ با استفاده از روش شبکه بولتزمن می باشد. بزرگ بودن عدد اشمیت ذرات چربی، منجر به واگرایی حل در روش شبکه بولتزمن می شود. به منظور رفع این مشکل، شبکه بولتزمن با روش حجم محدود ترکیب شده است. در این روش ترکیبی، میدان سرعت جریان خون توسط روش شبکه بولتزمن با مدل زمان آرامش منفرد و معادله غلظت لیپیدها با استفاده از حل عددی معادله دیفرانسیلی انتقال جرم بهروش حجم محدود حل می شود. در روش شبکه بولتزمن برای حل مسئله انتقال جرم با عدد اشمیت در محدوده 3000-10، باید زمان آرامش چندگانه به کارگرفته شود که این خود زمان محاسبات را افزایش می دهد. برای اعداد اشمیت بزرگ تر از 3000 مدل زمان آرامش چندگانه نیز دیگر پاسخگو نیست و همگرایی حاصل نمی شود. ااین مقاله نشان می دهد روش ترکیبی اشاره شده توانایی حل مسئله انتقال جرم تا عدد اشمیت107 را دارد. تطبیق مناسب بین شبیه سازی انجام شده به روش ترکیبی با نتایج محققان قبلی و کاهش قابل توجه زمان حل مسئله نسبت به روش شبکه بولتزمن بیانگر عملکرد خوب روش ترکیبی در حل مسائل جریان و انتقال جرم با عدد اشمیت بالا می باشد. بالاخره روش ترکیبی ارائه شده برای شبیه سازی انتقال جرم ذرات الدی ال به کار گرفته می شود و پارامترهای موثربرافزایش غلظت سطحی،از جمله اندازه ذرات،سرعت مکشی روی جداره،تنش برشی دیواره،نوع سیال ازنظر رفتارنیوتنی و غیرنیوتنی و تغییرضخامت لایه مرزی غلظت باتغییر عدد اشمیت بررسی می شود.
کلید واژگان: روش شبکه بولتزمن, روش ترکیبی, ال دی ال, عدد اشمیتThe purpose of this paper is to investigate theLow-Density Lipoproteins (LDL) mass transfer in vessel walls using the Lattice Boltzmann Method (LBM). High Schmidt number of LDL leads to numerical instability of LBM.In order to solve this problem, LBM and finite volume method (FVM) are combined.In this hybrid method, the blood velocity field is solved by LBM using the single relaxation time, SRT, model and FVM has been used for LDL concentration equation. LBM is able to simulate flow and mass transfer for the Schmidt number, Sc, up to 3000 only if the time consuming multi relaxation time is used. However, the purposed hybrid method suggested in this article can be used to solve the problem for Sc as high as 107. Good agreement between our results obtained from the hybrid simulation and the available results in the literature and noticeable decrease in CPU time compared with when the LBM is used for both flow and mass transfer, indicates the ability of the hybrid method.Finally, the hybrid methodis used to simulate the mass transfer of LDL particles and investigate the effective factors for increasing the surface concentration, such as the size of LDL particles, wall suction velocity, wall shear stress, Newtonian and non-Newtonian fluids behavior and change of concentration boundary layer with various Schmidt number.Keywords: Lattice Boltzmann Method, Hybrid Method, LDL, Schmidt number -
در این پژوهش، تحلیل عددی سه بعدی اجزاء دوار کمپرسور یک موتور توربوشفت شامل سه طبقه کمپرسور محوری و یک طبقه کمپرسورگریز از مرکز توسط نرم افزار CFX صورت می پذیرد. معادلات جریان تراکم پذیر از روش فشار مبنا و براساس مدل آشفتگی SST حل می شوند. پس از بررسی استقلال حل از شبکه محاسباتی، با تغییر شرایط مرزی ورودی و خروجی، منحنی عملکرد کل کمپرسور به دست می آید. نتایج نشان می دهد در طبقه اول کمپرسور محوری به دلیل طول کمان زیاد محوری پره روتور، جریان ثانویه ای از پایه تا نوک بوجود می آید. همچنین، جریان در مقطع نوک پره های روتور طبقه اول گذر صوت است. در کمپرسور گریز از مرکز نیز تولید جریان ثانویه و بوجود آمدن ناحیه جت و ویک و لغزش در خروجی پروانه با استفاده از شبیه سازی عددی قابل مشاهده است.
کلید واژگان: کمپرسور محوری, کمپرسور گریز از مرکز, شبیه سازی سه بعدی, نمودار عملکردیThree-dimensional numerical analysis of rotating components of a turbo-shaft engine including 3 stages axial compressors and one stage centrifugal compressors is performed by CFX software. Compressible flow equations are solved by using pressure based method and SST turbulence model. After grid study, compressor performance curve are obtained by changing the boundary conditions of the compressor inlet and outlet. The results show that there is a secondary flow from hub to tip in the first stage of axial compressor because of its high axial chord length. Also, flow in the first stage rotor is transonic. Moreover, in the centrifugal compressor, secondary flow phenomenon, jet-wake region and slip phenomenon at the impeller outlet are obtained from the numerical analysis.Keywords: Axial Compressor, Centrifugal Compressor, Numerical Simulation, Performance Curve -
کار حاضر روش طراحی معکوس گلوله-اسپاین بر روی مجرای خم 90 درجه بین دیفیوزر شعاعی و دیفیوزر محوری یک کمپرسور گریز از مرکز، در شرایطی که جریان ورودی به مجرای خم دارای چرخش می باشد، توسعه یافته است. فرآیند اصلاح هندسه با ترکیب الگوریتم طراحی معکوس و تحلیل عددی شبه سه بعدی به عنوان حلگر جریان انجام شده است. بدین منظور از نرم افزار انسیس سی اف ایکس به عنوان حلگر شبه سه بعدی استفاده و الگوریتم طراحی معکوس توسط برنامه نویسی در این نرم افزار اعمال شده است. جهت مشاهده اثر لزجت جریان بر نرخ همگرایی فرایند اصلاح شکل، تحلیل جریان به دو صورت لزج و غیرلزج انجام شده و در هر حالت تحلیل جریان، طراحی معکوس مجرای خم 90 درجه صورت گرفته است.همچنین اثر سرعت چرخشی بر فرآیند اصلاح هندسه با در نظر گرفتن فشار افزایش یافته به عنوان پارامتر هدف بررسی شده است. قابلیت روش گلوله-اسپاین با انتخاب هندسه های متفاوت به عنوان حدس اولیه بررسی گردیدهاست. در پایان به منظور کاهش تلفات در مجرای خم 90 درجه، طراحی آیرودینامیکی مجرای خم با روش گلوله-اسپاین انجام شدهاست. اصلاح هندسه با بهبود توزیع فشار دیواره های هندسه موجود و اعمال آن به الگوریتم طراحی معکوس صورت پذیرفتهاست. نتایج بدست آمده بیانگر سرعت همگرایی بالا و پایداری مطلوب روش گلوله-اسپاین در طراحی مجاری با وجود جریان چرخشی لزج می باشد. بگونه ای که ضریب بازیابی فشار مجرای خم 90 درجه 4 درصد افزایش یافته است.
کلید واژگان: طراحی معکوس, خم 90 درجه, کمپرسور گریز از مرکز, الگوریتم گلوله, اسپاین, جریان لزج چرخشیIn this research an inverse design algorithm, called ball-spine algorithm (BSA) is developed on a 90-degree bend duct between the radial and axial diffuser of a centrifugal compressor with viscous swirling inflow to bend duct. The shape modification process integrates inverse design algorithm and a quasi-3D analysis code. For this purpose, Ansys CFX software, is used as flow solver and inverse design algorithm is written as a code inside it. Shape modification is accomplished for viscous and inviscid flow to check the effect of viscosity on convergence rate. Also, the effect of swirl velocity in shape modification process is investigated, by considering increased pressure as the target parameter. The algorithm reliability for swirling flow is verified by choosing different initial geometries. Finally, aerodynamic design of the bend duct with BSA is accomplished to reduce losses in 90-degree bend. Shape modification process is carried out by improving the current wall pressure distribution and applying it to the inverse design algorithm. Results show that convergence rate and stability of BSA are favorable for designing ducts with swirling viscous flow. So that, the pressure recovery coefficient of the 90-degree bend duct is 4%increased.Keywords: Inverse design, 90, degree bend, Centrifugal compressor, Ball, Spine algorithm, Swirling viscous flow -
هدف این پژوهش، طراحی آیرودینامیکی پره توربین باد 20 کیلووات محور افقی، با روش مومنتوم المان پره و تحلیل عددی جریان سه بعدی اطراف آن، می باشد. در روش مومنتوم المان پره، ابتدا، منحنی های ضرایب آیرودینامیکی یک ایرفویل مشخص به عنوان ورودی در نظر گرفته می شود. سپس، مشخصات هندسی مقاطع مختلف پره شامل: طول وتر، زاویه پیچش و زاویه نسبی جریان و همچنین قطر پره با این روش محاسبه می گردد. به منظور انتخاب بهترین ایرفویل برای طراحی پره توربین باد مورد نظر، با روش مومنتوم المان پره، ضریب توان مربوط به 10 ایرفویل مختلف محاسبه شده و با هم مقایسه می گردد. همچنین، برای کارکرد بهتر توربین باد به جای استفاده از یک نوع ایرفویل از پایه تا نوک، از 3 نوع ایرفویل NACA63-215 در پایه، Riso A1-24 در قسمت میانی و از ایرفویل FX63-137 در قسمت بیرونی پره استفاده شده است. پره طراحی شده در نرم افزار ANSYS CFX شبیه سازی و تحلیل می شود. برای در نظر گرفتن اثرات چرخش پره توربین باد بر جریان اطراف آن از دو ناحیه حل استفاده می شود. ناحیه اطراف پره، چرخشی و ناحیه بیرونی غیر چرخشی در نظر گرفته می شود. در هر دو مرحله طراحی و تحلیل پره، نتایج با کار معتبر دیگران در این زمینه، به صورت اعتبار سنجی می شود.
کلید واژگان: مومنتوم المان پره, طراحی آیرودینامیکی, توربین باد, ضریب توان, تحلیل عددی, مختصات مرجع دوارDesign of Horizontal Wind Turbine Blade via Blade Element Momentum Method with 3D Numerical SolutionThe purpose of this study is the aerodynamic design of 20 kW horizontal axis wind turbine using blade element momentum with 3D numerical analysis of flow around it. First, the aerodynamic coefficients curves of an airfoil are considered as input. Then, the geometrical characteristics of different blades including chord length, twist angle, relative angle and diameter of blades are calculated using this method. To select the best airfoil as wind turbine blade, power coefficient of 10 different airfoils are calculated and then compared to each other using the blade element momentum method. Also, to improve the performance, three airfoil types called NACA63-215 on the hub section, Riso A1-24 on the midsection and FX63-137 on the tip are used instead of just on eairfoil type from hub to tip. Designed blade is simulated and analyzed in ANSYSCFX software. In order to consider the effects of blades rotation, two domain solutions are used for flow analysis. The surrounded area around the blades is divided into the inner rotating and outer stationary regions. In both design and analysis steps, the results are validated with the other authoritative works in this field.Keywords: Blade element momentum, Aerodynamic design, Wind turbine, Power coefficient, Numerical analysis, Moving Reference Frame -
تونل باد، جریان هوای کنترل شده ای را ایجاد می کند که از اطراف مدل عبور کرده و بدین ترتیب اطلاعات مفیدی از چگونگی عبور جریان از اطراف مدل به دست می آید. هدف نهایی از طراحی تونل باد، ایجاد جریان هوای یکنواخت با حداقل شدت آشفتگی ها[1] و بدون زاویه می باشد. یکی از روش های کاهش شدت آشفتگی جریان نصب لانه زنبوری[2] و توری[3] در محفظه آرامش تونل باد است. در این پژوهش اثر نصب لانه زنبوری و توری با پارامتر های هندسی مشخص بر توزیع سرعت، شدت آشفتگی ها و دو پارامتر چولگی[4] و صافی[5] جریان در مقطع آزمون تونل باد مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور اندازه گیری شدت آشفتگی ها از دستگاه جریان سنج سیم داغ[6] استفاده شده است. این دستگاه سرعت لحظه ای جریان سیال را با فرکانس بسیار بالا اندازه گیری می کند. نتایج نشان می دهد که نصب لانه زنبوری و توری و همچنین جدا کردن فن از بدنه تونل باد باعث کاهش حدود 75 درصدی شدت آشفتگی ها در مقطع آزمون تونل باد و همچنین نزدیک شدن پارامتر های چولگی و صافی جریان به مقادیر بهینه آن ها شده است. همچنین نتایج به دست آمده موید آن است که لانه زنبوری و توری توزیع احتمال نرمال داده های سرعت لحظه ای را به حالت نرمال نزدیک می کند.
کلید واژگان: تونل باد, لانه زنبوری, توری, شدت آشفتگی, جریان سنج سیم داغWind tunnels generate controlled air flow which passes through the model. Thus، a series of useful data related to air flow quality are obtained. The final goal of wind tunnel design is to generate a uniform air flow with minimum turbulence intensity and low flow angle. One of the methods for decreasing the turbulence intensity is to install honeycomb and screens in the settling chamber of the wind tunnel. In this research، the effects of honeycomb and screens with specified geometric parameters on velocity distribution، turbulence intensity، skewness and flatness are investigated. A set of hot-wire anemometer is used to measure turbulence intensities. It measures flow instantaneous velocity with high frequency. The results show that the installation of honeycomb and screens، and isolation of the test section from the fan decreases the turbulence intensity of the test section about 75% and، optimizes the skewness and flatness values. Moreover، normal probability distribution of instantaneous velocity approaches the normal distribution.Keywords: Wind tunnel, Honeycomb, Screens, Turbulence Intensity, Hot, wire Anemometry -
نسبت ضریب برآ به پسا در پره های توربین بادی، از پارامترهای تاثیر گذار در ضریب توان توربین بادی می باشد. با توجه به کارآیی توربین های بادی مگنوس در سرعت های کم وزش باد، این نوع توربین ها مورد توجه بسیاری از محققین بوده است. در کار حاضر، هندسه جدیدی برای مقطع پره توربین های بادی مگنوس معرفی می شود. هندسه معرفی شده، برپایه هندسه تردمیل می باشد با این تفاوت که قطر دایره ابتدای آن از قطر دایره انتهای آن بیشتر است. در کار حاضر با قرار دادن این هندسه در معرض جریان هوا با سرعت کم و ایجاد سرعت مماسی روی سطح، تاثیر آن بر ضرایب برآ و پسا به روش عددی بررسی می شود. اثر ایجاد سرعت مماسی روی سطح در سرعت ها و زوایای حمله مختلف بررسی می شود و با وضعیت سطح بدون سرعت مقایسه می گردد. نتایج نشان می دهد به واسطه سرعت مماسی سطح، ضرایب برآ و پسا و نسبت این دو ضریب تغییر چشمگیری می یابد. در اثر حرکت مماسی سطح، بیشترین نسبت ضریب برآ به پسا مربوط به زاویه حمله صفر درجه بوده که مقدار آن برابر با 109 می باشد. علاوه بر این، بیشینه نسبت ضریب برآ به پسا در زاویه حمله 5 درجه برابر 81، در زاویه حمله 10 درجه برابر 64 و در زاویه حمله 15 درجه برابر 57 می باشد. قابل ذکر است که نتایج این روش جهت تعیین سرعت گردش مناسب سطح، باتوجه به زاویه حمله و سرعت جریان هوای آزاد، برای رسیدن به بیشترین نسبت ضریب برآ به ضریب پسا قابل استفاده خواهد بود.
کلید واژگان: اثر مگنوس, توربین بادی, سطوح متحرکThe ratio of lift to drag coefficient in wind turbine blades is within the most important parameters affecting the power coefficient of wind turbines. Due to the performance of Magnus wind turbines in low speed air flow; such turbines are attractive for research centers. In the present work, a new geometry for the blades of Magnus wind turbines is defined. The defined geometry is based on the geometry of a Treadmill with a difference that the diameter of its leading circle is greater than that of its trailing one. In the present work, the body is supposed to a low speed air flow while a tangential velocity is applied to the airfoil surfaces and then, its effect on the lift and drag coefficient is studied by numerical method. The effect of generated tangential velocity on the surfaces is investigated for different air flow speed and attack angles and then, its results are compared with that for stationary surfaces. The results show that generating tangential velocity along the surfaces caucuses the lift and drag coefficients and, their ratio to be varied, greatly. By the tangential movement of the surfaces, the maximum ratio of lift to drag coefficient occurs in zero attack angle which is equal to 109. Moreover, maximum magnitude of lift to drag coefficient for attack angles 5, 10, and 15 degrees are 81, 64, and 57; respectively.Keywords: Magnus Effect, Wind Turbine, Moving Surfaces -
رشد روز افزون استفاده از ماشین آلات صنعتی، لوازم خانگی و... باعث افزایش صداهای نامطلوب شده است. بنابراین نیاز به کنترل و کاهش صداهای ناخواسته، ایجاد شرایط آکوستیکی مناسب و آسایش صوتی، در سال های اخیر باعث ایجاد علاقه مندی زیادی در این رابطه شده است. در این مقاله جهت بررسی نحوه رفتار امواج صوتی در یک محیط بسته از روش تفاضل محدود حوزه زمان استفاه شده است. بدین منظور ابتدا معادله موج با استفاده از قوانین بقای جرم، مومنتوم و معادله حالت آدیاباتیک برای یک سیال تراکم پذیر ایده آل استنتاج شده و سپس معادله شرط مرزی در یک محیط بسته با استفاده از قانون بقای مومنتوم و معادله امپدانس دیوار بدست آمده است. در ادامه با داشتن معادله موج و معادله شرط مرزی، این معادلات از طریق روش تفاضل محدود حوزه زمان گسسته سازی شده است. در نهایت معادله موج تحت شرط مرزی دیوار با ضریب جذب دلخواه و شرط اولیه چشمه ضربه صدا از طریق روش تفاضل محدود حوزه زمان حل شده است. نتایج، نشان دهنده عملکرد مطلوب روش پیشنهادی در حل این گونه مسائل است.کلید واژگان: معادله موج, تفاضل محدود, حوزه زمان, آکوستیک در محیط بستهThe growing use of industrial machinery, household appliances and etc, has increased undesirable noises. Thus, the need to control and reduce the undesirable noises in a closed space has caused a lot of interest in recent years. In this paper, the behavior of sound waves in a closed space is investigated using finite difference time domain method. For this reason, firstly, the wave equation is derived using the mass and momentum conservation equation and adiabatic state equation for an ideal compressible fluid. Then, the boundary condition equation for a closed space is obtained using the momentum conservation law and wall impedance equation. The obtained equations are discritized based on the finite difference time domain method. Finally, the wave equation is solved under the wall boundary condition with arbitrary absorption coefficient and impulse source initial condition. The results show the capability of the method for solving this kind of problems.Keywords: Wave Equation, Finite Difference, Time Domain, Acoustic, Closed Spaces
-
یکی از روش های طراحی آیرودینامیکی مجاری داخلی S-شکل، روش طراحی معکوس می باشد. در اینگونه مسائل، هندسه دیواره ها، مجهول و توزیع فشار در راستای آنها، معلوم است. برای این منظور از یک روش جدید طراحی معکوس بنام ریسمان انعطاف پذیربرای طراحی معکوس مجرای S-شکل استفاده می شود. در این روش، دیواره های مجهول مجرا تحت الگوریتمی بر مبنای حرکت ریسمان انعطاف پذیر، از یک حدس اولیه تا رسیدن به هندسه نهائی و متناظر با توزیع فشار هدف، تغییر شکل می دهند. در طراحی سه بعدی، فرآیند طراحی مجرا با یک طراحی دوبعدی شروع می شود. در ابتدا با توجه به عدد ماخ پروازی پرنده، با ترکیب کد طراحی معکوس و حل کننده جریان اویلری، طراحی دوبعدی اولیه ورودی هوای S-شکل بدون در نظر گرفتن اثرات دماغه موتور صورت می گیرد. در مرحله دوم با در نظر گرفتن مقاطع به شکل دایروی، بیضوی و لوبیایی، مجرای دوبعدی به مجرای سه بعدی تغییر داده می شود. در نهایت با عبور یک جریان آشفته سه بعدی مجرای طراحی شده مورد ارزیابی قرار می گیرد. مطالعه عددی نشان می دهد که علیرغم نسبت بالای ارتفاع به طول مجرا، جدایش جریان در مجرا وجود ندارد و یکنواختی جریان در خروجی مجرا کاملا رضایت بخش است.
کلید واژگان: طراحی معکوس, شبه سه بعدی, ورودی هوای S, شکل, روش ریسمان انعطاف پذیرInverse design is one of the design methods of aerodynamic ducts such as S-duct intakes. In these problems، the geometry of the duct is unknown but the pressure distributions along the walls are given. In this paper، a new inverse design method called “flexible string method” is introduced. In this method، the duct walls are modified from initial guess to final shape based on the flexible string movement algorithm according to pressure distribution. In 3D design، the duct design process starts with a 2D one. At first step، a 2D Jet-Engine S-shaped air intake considering flight mach number is designed using the inverse design method based on an Euler flow solver (with no considering the jet nose engine effects). At the second step with considering duct sections like circle، ellipse and bean the 2D duct is modified to obtain the 3D duct. Finally، it is validated by analyzing the duct flow in 3D turbulent regime. The numerical studies show in spite of severe height change with respect to duct length، there is no separation in the duct and the uniformity of flow at the duct exit is completely satisfactory.Keywords: Inverse design, Quasi, three, dimensional, S, shaped air intake, Flexible string method -
در تحقیق حاضر میدان جریان حاصل از پدیده جابجایی آزاد حول استوانه فلزی با شار حرارتی یکنواخت با استفاده از تکنیک PIV مورد بررسی تجربی قرار می گیرد. آزمایش ها در یک ظرف مکعبی حاوی سیال آب که سطح آزاد آن با هوا در ارتباط است و یک استوانه فلزی که بطور افقی از دیواره جانبی آن عبور کرده است، انجام می شود. برای ایجاد جریان دوبعدی، دو صفحه موازی داخل ظرف قرار می گیرد و سپس، استوانه فلزی از میان آن عبور می کند. آزمایش برای ارتفاع های مختلف آب صورت گرفته و نتایج حاصل با یکدیگر مقایسه می شود. برای اندازه گیری سرعت جریان در ناحیه موردنظر از روش سرعت سنجی PIV استفاده می شود. این آزمایش ها توسط یک لیزر 200 میلی وات پیوسته و یک دوربینCCD 25 فریم بر ثانیه صورت می گیرد. در این آزمایش ها، در یک بازه زمانی مشخص با ردیابی ذرات هم چگالی با آب میدان جریان اطراف استوانه در لحظات متوالی بدست می آید. تحلیل های متوالی میدان جریان در لحظات مختلف، میدان جریان غیردائم را بدست می آورد. نتایج نشان می دهد علی رغم حذف اثرات سه بعدی جریان، میدان جریان شدیدا نوسانی و غیردائم است.
کلید واژگان: جابجایی آزاد, استوانه, شار حرارتی یکنواخت, اندازه گیری PIV, توزیع سرعتIn the current study، the phenomenon of free convection around a metal cylindrical with uniform heat flux is experimentally investigated using PIV technique. The experimental tests are performed in a qubic container that contains liquid water with free surface which a metal rod horizontally passes through it. To create a two-dimensional flow، two parallel planes are inserted in the container and then، the metal rod is passed though it. The tests are performed for different heights of water and their results are compared with each other. To measure flow velocity in a specified region، the PIV technique is used. The tests are implemented by using a 200 mW laser and a CCD camera of 25 fps. In the experiments، the particles having the same density of water are tracked through the container in a specified time interval to calculate the flow field around the rod. sequence analyses of flow field during the different moments obtains the unsteady flow field. Although removing the 3D effects of flow، the results show that the flow field is strongly oscillatory and unsteady.Keywords: Free Convection, Cylinder, Uniform Heat Flux, PIV Measurment, Velocity Distribution -
در این پژوهش، توربین جریان شعاعی یک توربین سرمایشی بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و در شرایط عملکردی مختلف با نتایج تجربی موجود مقایسه می شود. مشخصات عملکردی توربین بصورت تجربی عبارتند از: سرعت دورانی و پارامترهای جریان. هدف از این پژوهش بدست آوردن منحنی عملکرد توربین و تحلیل جریان سه بعدی داخل توربین می باشد. مدل کردن روتور و پوسته توربین به ترتیب با استفاده از نرم افزار تولید پره و کتیا، ایجاد شبکه ی مناسب روی دامنه ی روتور و پوسته توربین به ترتیب با استفاده از نرم افزار توربوگرید و انسیس مش، و در نهایت حل عددی جریان سه بعدی داخل توربین با استفاده از نرم افزار سی اف ایکس انجام می شود. در این نرم افزار، معادلات جریان تراکم پذیر بر اساس روش فشار مبنا، با مدل آشفتگی انتقال تنش برشی حل می شود. برای اطمینان از نتایج عددی، استقلال شبکه مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی با نتایج تجربی مقایسه می شود. مقایسه نشان می دهد که نتایج عددی و تجربی تطابق خوبی دارند.
کلید واژگان: شبیه سازی عددی سه بعدی, توربین جریان شعاعی, منحنی عملکرد, مقایسه با نتایج تجربیIn this study، the radial flow turbine of a cooling turbine is investigated numerically and then compared with the experimental results at some operation conditions. Performance characteristics of the compressor are obtained experimentally by measurements of rotor speed and flow parameters. In this investigation، the turbine performance curve is obtained and three dimensional flow field in the turbine is analyzed. The rotor and casting geometry are modeled in BLADE GEN and CATIA softwares respectively. The TURBO GRID software is used for grid generation of rotor while the ANSYS MESH software is applied for grid generation of casting. Finally، 3D numerical solution of fluid flow in the turbine is solved by CFX flow solver. In this approach، compressible flow equations are solved according to the pressure based method with SST turbulence model. To ensure the numerical results، the grid independency is studied. Finally، the performance characteristics of the turbine are obtained numerically which are then compared to the experimental results. The comparison shows good agreement between numerical and experimental results.Keywords: 3D numerical simulation, Radial flow turbine, Performance curve, Comparison with experimental results -
در تحقیق حاضر، طراحی آیرودینامیکی یک دیفیوزر تقارن محوری به کمک ترکیب حل کننده معادلات لایه مرزی، الگوریتم بهینه سازی ژنتیک و پیاده سازی روش طراحی معکوس گلوله- اسپاین صورت می گیرد. با ترکیب کد عددی حل معادلات لایه مرزی با الگوریتم بهینه سازی ژنتیک، توزیع فشار دیواره دیفیوزر بگونه ای حاصل می شود که ماکزیمم بازیابی فشار بدون جدایش جریان حاصل گردد. به منظور ارزیابی صحت عملکرد کد لایه مرزی توسعه داده شده، مقادیر عددی با نتایج تحلیلی بلازیوس و هوارت مقایسه میگردد. سپس، توزیع فشار بهینه شده به عنوان «توزیع فشار هدف» برای طراحی معکوس انتخاب می شود تا به وسیله آن هندسه متناظر با توزیع فشار بهینه، که همان هندسه بهینه می باشد، بدست آید. برای انجام پروسه طراحی معکوس، الگوریتم طراحی معکوس گلوله-اسپاین بعنوان الگوریتم اصلاح هندسه با نرم افزار فلوئنت بعنوان حل کننده جریان ترکیب میشود. پیاده سازی این روش توسط برنامه نویسی در نرم افزار فلوئنت صورت می گیرد. پس از اطمینان از صحت عملکرد و کارایی روش پیشنهادی طراحی معکوس، تاثیر کمی این روش در بهبود کارایی یک دیفیوزر تقارن محوری بررسی می شود. نتایج شبیه سازی عددی دیفیوزر بهینه شده نشان می دهد ضریب بازیابی فشار بطور قابل توجهی افزایش یافته است.
کلید واژگان: دیفیوزر آیرودینامیکی, الگوریتم ژنتیک, طراحی معکوس, گلوله, اسپاین, لایه مرزیIn this research, an aerodynamic design of axisymmetric diffuser is performed via linking a solver of boundary layer equations, Genetic Algorithm and Ball Spine inverse design algorithm (BSA). A numerical boundary layer code is incorporated to the genetic algorithm to reach an optimum pressure distribution on the diffuser wall in such a way that maximum pressure recovery is obtained without separation. To validate the developed boundary layer code, the calculated quantities are compared with Blasius and Howart’s analytical results. Then, the optimized pressure distribution is considered as the "target pressure distribution" for the inverse design algorithm to find out the relevant optimum geometry. For inverse design, Ball-Spine algorithm as the geometry modification algorithm is compined by the Fluent software as the flow solver. Implementation of this combination is completed through User Defined Function (UDF) feature of Fluent. Having examined the performance of the proposed inverse design method, quantitative effect of this method on the performance improvement of an axisymmetric diffuser is studied. The numerical results of the optimized diffuser shows that its pressure recovery coefficient has been increased considerably.Keywords: Aerodynamic Diffuser, Genetic Algorithm, Inverse Design, Ball, Spine, Boundary layer -
مطالعه پارامتری و بهبود عملکرد پروانه کمپرسور گریز از مرکز یک موتور توربوشفت با استفاده از حل عددی سه بعدیدر این پژوهش، پروانه کمپرسور گریز از مرکز متعلق به یک موتور توربوشفت مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور، ابتدا مشخصات هندسی آن به طور دقیق اندازه گیری شده و سپس در محیط تولید پره ی نرم افزار انسیس مدل سازی سه بعدی صورت می گیرد. سپس هندسه تولید شده در بخش تولیدمش، شبکه بندی شده و با اعمال شرایط مرزی موجود از عملکرد موتور، در محیط سی اف ایکس مورد بررسی و تحلیل عددی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده از این تحلیل عددی به صورت منحنی های نسبت فشار و بازده کمپرسور به ازای دبی جرمی های مختلف ارائه می گردند. پس از بررسی استقلال حل عددی از شبکه تولید شده، به بررسی تاثیر برخی از پارامترهای هندسی موثر بر عملکرد کمپرسور نظیر پروفیل صفحه نصف النهاری، طول محوری پروانه، زاویه مماس ورودی و خروجی طوقی، موقعیت و زاویه ورودی تیغه جداکننده و فاصله لقی بین پروانه و طوقی پرداخته می شود. در انتها با بررسی تاثیر تغییرات هندسی روی منحنی های عملکردی کمپرسور و انتخاب نقطه کاری بهینه، کمپرسوری با نسبت فشار و بازده بالاتر ارائه می گردد. در کمپرسور اصلاح شده، نسبت ناحیه شعاعی پروانه به کل پروانه 22/0، زاویه انتهایی دیواره طوقی با راستای قائم برابر 6 درجه و طول محوری پروانه به میزان 5 میلی متر افزایش یافته است. با در نظر گرفتن این اصلاحات، بازده کمپرسور به میزان 4/2 درصد و نسبت فشار به میزان 1 درصد افزایش یافته استکلید واژگان: کمپرسور گریز از مرکز, بهینه سازی, حل عددی سه بعدی, مطالعه پارامتریParametric Study & Performance Improvement of Centrifugal Compressor Impeller of a Turbo-shaft Engine Using 3D Numerical SimulationIn this research, the centrifugal compressor impeller of a turbo-shaft engine is studied. For this purpose, at first, its geometric specifications are exactly measured and then, the impeller geometric model is generated in the Blade-Gen module of Ansys software. This geometry is then reticulated in Turbo-Grid module and is numerically analyzed by applying the boundary conditions that can be obtained from the engine performance. The results are presented in the form of pressure ratio and efficiency curves versus the mass flow. After grid independency, some geometrical parameters (e.g. meridional profiles pages, the axial length and so on) that affect the performance of the compressor are investigated. Finally, the effects of geometric changes on the compressor performance curves are considered and the optimum compressor geometry equivalent to one with higher ratio of pressure and efficiency is introduced. In the modified compressor, the radial region of impeller to the whole ratio is 0.22 and the angle between the end of shroud wall and the vertical line is 6 degrees; moreover, the axial length of impeller increases by 5mm. By applying these modifications to the current compressor, the compressor efficiency and pressure ratio increases by 2.4 and 0.86 percent, respectively.Keywords: centrifugal compressor, optimization, 3D simulation, parametric study
-
در این مقاله، مجرائی خاص معرفی شده که در آن، جت آب ورودی، پس از زمان کوتاهی شروع به نوسان کرده و باعث نوسانات منظم سرعت و فشار می گردد. با توجه به وجود رابطه خطی بین سرعت جت ورودی و فرکانس نوسانات آن، با اندازه گیری فرکانس فشار می توان دبی جریان را محاسبه کرد. به منظور بررسی میدان جریان سیال در هندسه موجود دبی سنج نوسانی و یافتن موقعیت بهینه قرارگیری حسگر های اندازه گیری نوسان، حل معادلات ناویر-استوکس آشفته و غیر دائم توسط نرم افزار ANSYS CFX به طریق عددی انجام شده است. پس از بررسی استقلال حل از شبکه، قابلیت دو مدل آشفتگی کا-اپسیلون و اس اس تی در شبیه سازی غیردائم جریان، بررسی شده است. سپس، کیفیت سیگنال فشار دریافتی از چند نقطه، براساس معیار نسبت ماکزیمم به متوسط نواسانات، مقایسه شده و موقعیت مناسب قرارگیری حسگر مشخص شده است. با ساخت اولین نمونه دبی سنج نوسانی در ایران و قرار دادن حسگر فشار و حسگر پیزوالکتریک در نقطه مناسب، بستر آزمونی فراهم شده و نتایج شبیه سازی عددی صحت سنجی شده اند. مقایسه نتایج عددی با نتایج تجربی نشان داده است که مدل اس اس تی برای این جریان نتایج بهتری دارد. سرانجام، با انجام آزمایش در سرعت های مختلف و دریافت و پردازش سیگنال های فشار، نمودار مشخصه سیستم (فرکانس نوسانات جت ورودی- سرعت جت ورودی) استخراج شده است.
کلید واژگان: مجرای نوسان ساز, شبیه سازی عددی جریان آشفته, کا, اپسیلون, اس اس تی, حسگر فشارIn this article, a special duct is introduced in which, inlet water jet initiates to oscillate after a short time and it causes the velocity and pressure to oscillate regularly. Considering that there is a linear relationship between the inlet jet velocity and its oscillations frequency, the flow rate can be calculated by measuring the pressure frequency. In order to study the flow field inside the current geometry of fluidic oscillator and also to find the optimum location for sensor to detect the pressure oscillation, the unsteady turbulent Navier-Stokes equations are solved by ANSYS CFX software. Having studied the grid independency, capability of K-ε and SST turbulence models for numerical simulation of unsteady flow inside the fluidic oscillator is considered. Then, according to the peak to average ratio (PAR) criterion, the qualities of pressure signals are compared at some points, to distinguish an optimum pressure sensor position. Afterwards, a prototype of fluidic oscillator flow meter is manufactured for the first time in Iran. Using this prototype and inserting the pressure and Piezoelectric sensor at the optimum point, the numerical simulation results are validated by the experimental data. Comparison between the numerical and experimental results shows that the SST model is more suitable for this flow simulation. Finally, by performing experiments in different flows, acquiring and processing pressure signals, the flow meter characteristic diagram (inlet jet oscillations frequency- inlet jet velocity) are extracted.
Keywords: Fluidic Oscillator Duct, Turbulence Numerical Simulation, K, ε SST, Pressure Sensor -
در این مقاله، ابتدا کد کامپیوتری برای طراحی یک بعدی محفظه حلزونی بدون پره مربوط به توربین جریان شعاعی توسعه داده می شود. مبنای روش طراحی، مقدار عدد ماخ مطلق و جهت جریان ورودی به روتور است. در این روش، حل معادلات یک بعدی جریان سیال تراکم پذیر با در نظر گرفتن تلفات جریان صورت می پذیرد. برای مدلسازی جریان چرخشی سیال درون حلزونی بدون پره از معادلات جریان گردابه آزاد استفاده شده است به طوری که روابط تجربی مربوط به تلفات مومنتم زاویه ای، تلفات انرژی و انحراف جریان چرخشی نیز در معادلات لحاظ شده اند. در مرحله بعد، حلزونی با استفاده از کد کامپیوتری تولید می شود. سپس، هندسه حلزونی طراحی شده بصورت سه بعدی مدل شده و پس از شبکه بندی، جریان داخل آن به صورت سه بعدی، تراکم پذیر و لزج، تحلیل عددی می شود. در انتها، نتایج حاصل از حل عددی جریان با مقادیر اولیه طراحی مقایسه می گردد. این مقایسه صحت عملکرد روش طراحی یک بعدی را تایید می کند.
کلید واژگان: حلزونی, توربین جریان شعاعی, بدون پره, طراحی یک بعدیIn this paper، at first a computer code was developed to design a one-dimensional vaneless volute related to radial inflow turbine. Absolute mach number and direction of the rotor inlet flow are the bases of the design method. In this method، the one-dimensional compressible flow equations are solved considering dissipation of the fluid flow. Free vortex flow equations were used to model (simulate) rotational fluid flow inside vaneless volute، using experimental (correlation) relations of angular momentum dissipation، energy dissipation، and deviation of rotational flow. In the next step، the volute is generated using the computes code. Then، the volute geometry was modeled three-dimensionally and after mesh generation، the inside flow is analyzed numerically in three-dimensional، compressible and viscous flow. At the end، the numerical results were compared to the initial design values. The comparison showed the validation of the design method. Keywords: Volute; Radial inflow turbine; Vaneless; one-dimensional design.Keywords: Volute, Radial inflow turbine, Vaneless, one, dimensional design -
یکی از روش های بسیار متداول در تونلهای باد فراصوتی استفاده از سیستم اجکتور میباشد. در این سیستم با دمش هوای پر سرعت در مقطع مشخصی از تونل باد میتوان عدد ماخ مورد نیاز محفظه آزمون را ایجاد کرد. در تحقیق حاضر با در نظر گرفتن ابعاد، عدد ماخ، دمای استاتیک و فشار سکون محفظه آزمون پارامترهای مورد نیاز اجکتور تک مرحله ای، دو مرحله ای و سه مرحله ای تونل باد شامل دبی، سرعت و فشار سکون محاسبه شده است. در طراحی صورت گرفته دو فرض اساسی برای حل معادلات حاکم استفاده شده است. اول اینکه فشارسکون برای هر سه اجکتور برابر باشد و دومین فرض اینکه عدد ماخ هر سه اجکتور برابر باشد. برای ارزیابی صحت نتایج کد محاسباتی توسعه داده شده، از نتایج آزمایشگاهی تونل باد با عدد ماخ محفظه آزمون برابر 2 استفاده شده است که نتایج اختلاف بین 5 تا 7 درصد را نشان می دهد.
ابتدا نتایج طراحی اجکتور تک مرحله ای متاثر از تغییر عد ماخ محفظه آزمون ارائه گردیده و سپس اثر کاهش فشار استاتیک خروجی به عنوان ابزار ایجاد خلا در خروجی تونل باد برای اجکتور تک مرحله ای مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین نتایج طراحی اجکتور دو مرحله ای با دو فرض برابری عدد ماخ و نیز برابری فشار سکون اجکتورها ارائه شده است و در نهایت طراحی اجکتور سه مرحله ای به عنوان آخرین بخش تحقیق مورد مطالعه قرار گرفته است.
کلید واژگان: تونل باد فراصوتی, سیستم اجکتور, عدد ماخOne of the most common facilities utilized in supersonic wind tunnels is multi-stage ejector system. In this system high speed air blowing with specified Mach numbers into the wind tunnel at predetermined points, helps to obtain the desired Mach number in the test section. In this study, according to characteristics of test section including Mach number, static temperature and stagnation pressure, relevant prominent features of the single-stage, two-stage and three-stage ejectors such as mass flow, velocity and stagnation pressure are computed. Two different aspects are implemented in solving governing equations of ejectors; first one is to assume the same Mach number for all ejectors and second one is based on assumption of the same stagnation pressure for the ejectors. It will be revealed that the later one is more optimal in comparison with the former criteria. Validation of the developed computational code results is performed via comparison with the experimental data of a wind tunnel operating at Mach number 2, which resulted in a difference of 5 to 7 percent. At the earlier section, design parameters of single ejector versus different mach numbers of the test section are presented and then effect of outlet static pressure reduction as a means of vacuum generation at the exhaust of the wind tunnel is discussed. Furthermore design of two-stage ejector according to both methods of equal Mach number and the same stagnation pressure is completed and in the last section three-stage ejector is studied base on the same stagnation pressure for comprising ejectors.Keywords: Hypersonic Wind Tunnel, Multi, Stage Ejector System, Mach number -
در این تحقیق، طراحی آیرودینامیکی کمپرسور گریز از مرکز با استفاده از یک روش طراحی معکوس انجام می شود. در این طراحی آیرودینامیکی، ابتدا با ترکیب الگوریتم طراحی معکوس گلوله-اسپاین بعنوان الگوریتم اصلاح هندسه و کد تحلیل شبه سه بعدی به عنوان حل کننده جریان، قابلیت اصلاح هندسه صفحه نصف النهاری کمپرسور ایجاد میشود. سپس، با اصلاح توزیع فشار روی دیواره هاب و شرود پروانه و اعمال آن به کد طراحی معکوس، هندسه صفحه نصف النهاری اصلاح میشود. در بخش دوم، با ارائه یک الگوریتم جدید طراحی روی صفحه پره به پره و ترکیب آن با کد تحلیل شبه سه بعدی، پروفیل سه بعدی پره ها بگونه ای اصلاح می شوند که بارگذاری روی آنها افزایش یابد. در این مرحله برای اطمینان از طراحی صورت گرفته، هندسه موجود و جدید کمپرسور توسط نرم افزار سی اف ایکس بطور کامل شبیه سازی شده و تحلیل عددی سه بعدی روی آن صورت می-گیرد. نتایج حل عددی نشان میدهد نسبت فشار سکون کمپرسور 5 درصد افزایش یافته است.
کلید واژگان: طراحی معکوس, کمپرسور گریز از مرکز, تحلیل شبه سه بعدی, اصلاح بارگذاریIn this research, the aerodynamic design of a centrifugal compressor is carried out using an inverse design method. At the first step of the aerodynamic design, the shape modification capability of compressor meridional plane is generated by linking up the Ball-Spine inverse design algorithm as a shape modification algorithm and quasi 3D analysis code as a flow solver. Then, the meridional plane is modified by improving the hub and shroud pressure distribution and applying it to the inverse design code. At the second part of this research, by developing a novel design method on the blade to blade plane, and incorporating it into the quasi 3D flow solver, the 3D profiles of impellers will be obtained in order to reach the higher blade loading. Finally, to check the outcome of design process, the current and the modified impellers are analyzed using the full 3D flow solver, CFX. The results are the representatives of about 5 percent enhancement in compressor total pressure ratio.Keywords: Inverse Design, Centrifugal Compressor, Quasi, 3D Analysis, Blade Loading Improvement -
روشی نوین در طراحی معکوس مبتنی بر گلوله- اسپاین برای مجاری متقارن محوری با کاربرد در توربین های گازیدر این تحقیق یک روش جدید برای طراحی معکوس مجاری تقارن محوری ارائه شده است. این روش که جزء روش های تکراری است، با یک حدس اولیه برای هندسه مجرا شروع شده و تا رسیدن به هندسه مطلوب، پس از هر مرحله حل عددی جریان، یک اصلاح شکل برای رسیدن به توزیع فشار مطلوب صورت می گیرد. تغییر شکل مجرا توسط یک الگوریتم جدید بنام گلوله-اسپاین انجام می شود که در این تحقیق معرفی و توسعه داده می شود. در این الگوریتم، دیواره مجرا با گلوله های فرضی جایگزین می شود که به صورت آزادانه می توانند در راستاهای مشخصی به نام اسپاین حرکت کنند. در هر مرحله تغییر شکل مجرا، معادلات اویلر روی صفحه تقارن محوری مجرا حل می شود. نرخ همگرائی بالا و امکان ترکیب آسان و سریع این الگوریتم با هر کد تحلیل جریان را می توان از مزایای اصلی این روش بیان کرد. با اصلاح توزیع فشار روی دیواره های داخلی و خارجی یک نازل حلقوی، به عنوان یک مورد عملی، از این روش برای اصلاح شکل هندسی آن استفاده می شود. با استفاده از این روش در نازل توربین گاز یک موتور جت، ضریب پیشرانش حدود 2 درصد و نیروی پیشرانش حدود 7 درصد بهبود یافته است.
کلید واژگان: طراحی معکوس, جریان داخلی, گلوله, اسپاین, معادلات اویلر تقارن محوری, نازل حلقویIn this study, a novel inverse design method is introduced for axisymmetric ducts in subsonic regimes. This method is an indirect one and starts with an initial guess. In this algorithm, the duct walls are simulated by hypothetical balls moving freely in specified directions, called spines. The advantages of this shape modification algorithm are high convergence rate and performing as a black box. Thus, the algorithm can easily be combined with any efficient flow solver. Based on this algorithm, the final nozzle propulsive force is increased about 7%.Keywords: Inverse Design, Internal Flow, Ball, Spine, Axisymmetric Euler Equations, Annular Nozzle
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.