پوریا اکبرزاده
-
یکی از ویژگی منحصربه فرد سیالات ویسکوالاستیک در جریان های برشی ناپایای، رفتار نوسانی میرا شونده در میدان سرعت بدون اعمال نوسان و نیروی خارجی است؛ عامل به وجود آورنده این ویژگی خاصیت الاستیک این سیالات است. در مقاله حاضر، برای اولین بار از روش پیش شرط توانی حسگر محلی تنش برای پایداری حل عددی جریان های ناپایای سیال ویسکوالاستیک در حال عبور از بین دو صفحه موازی ثابت استفاده می شود. برای شبیه سازی حاضر، از مدل ماکسول ساده استفاده شده است. در این روش با افزودن جمله مشتق زمانی کاذب به معادلات حاکم، شکل معادلات هذلولوی (تراکم پذیر مصنوعی) می شود. با به دست آوردن ماتریس پیش شرط این معادلات که از رابطه توانی میدان تنش به صورت محلی تصحیح می شود، با استفاده از یک الگوریتم دوزمانه که شامل حلقه داخلی و خارجی است، حل معادلات جریان ناپایای تراکم ناپذیر به صورت تراکم پذیری مصنوعی امکان پذیر می شود. جهت همگرایی حلقه داخلی ، از روش عددی وثوقی فر چهارمرحله ای استفاده می شود. جهت گسسته سازی معادلات از روش تفاضل محدود و شبکه جابجا شده استفاده شده است. محاسبات جریان های ناپایای سیال ویسکوالاستیک برای اعداد رینولدز، اعداد وایزنبرگ و مقادیر نسبت لزجت مختلف ارایه شده است. نتایج به دست آماده دارای انطباق مناسبی با نتایج عددی دارد. نتایج نرخ همگرایی نشان می دهد که روش پیش شرط توانی حسگر محلی تنش برای نسبت لزجت کمتر از 5/0 دارای پایداری زیاد، افزایش سرعت همگرایی و کاهش هزینه زمانی محاسبات می شود.کلید واژگان: روش پیش شرط توانی, حسگر تنش, الگوریتم ضمنی دوزمانه, جریان ناپایای سیال ویسکوالاستیک, سرعت همگراییOne of the unique features of viscoelastic fluids in unsteady flows is the damping oscillatory behavior without using oscillation and external force, the cause of this is the elastic feature of these fluids. In this essay, the power-law preconditioning method of local stress sensors is used for the first time, to solve the numerical solutions of unsteady flows of viscoelastic fluid while passing through two fixed parallel planes. The Maxwell's equations have been used for this simulation. In this method, by adding a false time derivative to the governing equations, the formation of equations become hyperbola (artificial compressibility). By acquiring the preconditioning matrix of these equations that are corrected from the relationship between stress fields, solving unsteady incompressible flow equations as artificial compressible, is possible when using a dual-time algorithm that contains inner and external cordon. For convergence of inner cordon , Vossougi Far’s four-step numerical method is used. For discretization of equations, the first-order finite difference and second-order finite difference are used. The calculations of unsteady flows of viscoelastic fluid for Reynolds numbers, Weissenberg numbers and various passive viscosity ratio, are presented. These results are similar to numerical results. The convergence rate results show that the power-law preconditioned method of local stress sensor for a viscosity ratio of less than 0.5 for high stability, increase the convergence speed and reduce the cost of calculations.Keywords: Power-law preconditioning method, Stress sensor, Dual-time implicit algorithm, Unsteady flow of the viscoelastic fluid, Convergence rate
-
مدل زنجیره مارکوف یکی از مدل های آماری- احتمالاتی است که با استفاده از نتایج تجربی در سیکل های اولیه می تواند وضعیت خرابی نمونه ها را در سیکل های بالاتر پیش بینی کند. بنابراین می تواند به صورت لحظه ای برای کنترل خرابی خستگی قطعات در حال کار استفاده شود. در این پژوهش، اتصالات چسبی دو لبه تحت بارگذاری سیکلی در سه سطح بارگذاری مختلف به صورت کشش-کشش قرار گرفته اند و هدف از انجام این کار، بررسی فرآیند خرابی خستگی اتصالات چسبی می باشد. در این مقاله، تغییرات کرنش سیکلی به عنوان شاخص خرابی معرفی شده است که روند رشد خرابی خستگی را نشان می دهد. براساس نتایج تجربی مشاهده می گردد، شکست خستگی بعد از 18% رشد در اندازه کرنش سیکلی اولیه اتفاق افتاده است. این نتایج تجربی با داده های به دست آمده از مدل زنجیره مارکوف همخوانی و توافق دارند. بنابراین، این روش پیش بینی می تواند عمر باقیمانده ی اتصالات چسبی دو لبه را بر اساس اندازه گیری های کرنش و بدون توجه به تاریخچه بارگذاری آن ها پیش بینی کند.
کلید واژگان: اتصال چسبی دولبه, زنجیره مارکوف, کرنش سیکلی, پیش بینی عمر خستگی, خرابی خستگیThe Markov chain model is one of the statistical-probabilistic approach that can predict the failure status of samples in higher cycles by using experimental results in primitive cycles and also it can be used instantaneously to control fatigue failure of parts in working. In this paper, double lap adhesive joints are subjected to cyclic loading at three different charge levels in the form of tensile load, and the purpose of this work is investigating the fatigue failure process of adhesive joints. In this study, ratcheting changes have been introduced as a failure indicator that shows the growth trend of fatigue failure. It is observed that fatigue damage occurred after 18% growth in the initial ratcheting size. These experimental results are consistent with the data obtained from the Markov chain model. Therefore, this forecasting method can predict the remaining life of double lap adhesive joints based on strain evaluations regardless of their loading history.
Keywords: Double-lap Adhesive Joint, Markov Chain Model, Ratcheting Strain, Life Prediction, Fatigue Damage -
در مطالعه حاضر جهت ساخت میکروپمپ الکترواسمزی، یک هندسه جدید با الکترودهای سه بعدی طراحی شده است. به منظور به سازی، پارامترهای مختلف از جمله عرض و ارتفاع پله ها بر روی هر الکترود و محل قرارگیری آن ها، اندازه هر الکترود (تقارن یا عدم تقارن)، فاصله جفت الکترودها و همچنین مشخصات الکتریکی (شامل ولتاژ و فرکانس) بررسی و جریان سیال (سدیم کلرید) درون یک کانال تحلیل شده است. معادلات حاکم بر جریان و همچنین معادلات میدان الکتریکی به روش اجزای محدود کوپل و حل شده اند. این امر جهت بررسی تاثیر پارامترهای هندسی الکترود بر سرعت لغزشی الکترواسمزی و در نهایت تاثیر آن بر جریان سیال صورت گرفته است. برای معتبرسازی حل عددی، تراشه با استفاده از روش فتولیتوگرافی شامل مراحلی چون لایه نشانی الکترود پلاتین، ایجاد پله ها بر روی الکترود با استفاده از پلیمر و ساخت میکروکانال در محیط آزمایشگاه ساخته شده است. در نهایت با توجه به به سازی ، محل قرارگیری پله بر روی الکترود (µm 50)، عرض پله (µm 30) و ارتفاع آن (µm 5) بدست آمد. با توجه به ابعاد، فرکانس kHz 1 و ولتاژ V2/5، مقدار سرعت، دبی و فشار به ترتیب برابر با mm/s 1/77، ml/min 14/9 و Pa 74/6 است که از نظر کیفی با روند نتایج آزمایشگاهی، مطابقت دارد. این طراحی، پمپاژ بالایی در پمپ های الکترواسموزی را فراهم می کند.کلید واژگان: میکروسیالات, میکروپمپ الکترواسمزی, به سازی هندسه الکترود, ریزساخت, مدل سازی عددیIn the present study, in order to fabricate AC electroosmotic micropumps, the improvement of geometrical parameters of the 3D electrode, such as width, height, and location of 3D steps on the base electrodes in one pair, the base electrodes size (symmetric or asymmetric), electrodes gap, and also electrical characteristics including voltage and frequency have been investigated. Also, the fluid flow (KCl) in the channel was analyzed. The governing equations of fluid flow and electrical domain have been solved using the finite element method to investigate the effect of electrode geometry on slip velocity, which affects the fluid flow. In order to validate our numerical simulation, this chip is fabricated by photolithography method such as deposition of platinum electrodes, creating 3D steps on the base electrodes using a polymer, and fabrication of a microchannel. Finally, Our results indicate that an optimal design results in a pump with the width (50 µm) and steps height (5 µm) of each electrode and their displacement (30 µm) are capable of generating a high velocity, flow rate, and pressure around 1.77 mm/s, 14.9 ml/min and 74.6 Pa, respectively at a given voltage (2.5 V) and frequency (1 kHz), which qualitatively matches the trend observed in the experiment. This design provides an improvement in electroosmotic pumping.Keywords: Microfluidic, Electroosmotic Micropump, Electrode Geometry Improvement, Microfabrication, Numerical Modeling
-
افزایش مصرف آب شیرین درنتیجه رشد جمعیت، تغییرات اقلیمی و خشکسالی، نیاز محافظت از منابع آبی را روشن می سازد. در نواحی خشک، بخش قابل توجهی از حجم مخازنی که برای تامین آب فصول کم بارش مورد استفاده قرار می گیرند، با تبخیر ازبین می روند. از میان روش های گوناگون جلوگیری از تبخیر، پوشاندن سطح مخازن با اجسام شناور، راهکاری ساده و قابل اطمینان می باشد. علیرغم مطالعات گسترده روی پوشش های شناور، تاثیر این روش درحضور جریان های سطحی تاکنون موردبررسی دقیق قرار نگرفته است. لذا در این مطالعه به مدل سازی و بررسی آزمایشگاهی تاثیر جریان سطحی بر میزان تبخیر مخازن ذخیره آب پوشیده با اجسام شناور پرداخته می شود. بدین منظور از یک مخزن 500-لیتری برای ذخیره سازی آب، از توپ های سیاه و سفید برای پوشش دهی و از یک پمپ جهت ایجاد جریان سطحی استفاده شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که میزان تبخیر تا یک دبی مشخص از جریان سطحی (دبی بهینه)، کاهش و مجددا با افزایش دبی، افزایش می یابد. همچنین در تمامی شرایط وجود/عدم وجود جریان، کمترین میزان تبخیر در پوشش دهی با توپ های سفید رخ می دهد. درضمن پوشش دهی به صورت مخلوطی مساوی از توپ های سیاه و سفید و پوشش با توپ های سیاه به ترتیب در رتبه های بعدی کاهش تبخیر قرار دارند (بیشترین تبخیر مربوط به حالت بدون پوشش می باشد). مطالعه حاضر به خوبی نشان می دهد که حضور جریان های سطحی با دبی مناسب می تواند راندمان کاهش تبخیر اجسام شناور را افزایش دهد. همچنین مقایسه نتایج حاصل از مدل سازی بالانس انرژی و آزمایشگاهی نشان می دهد که روابط حاکم بر مدل سازی، دقت قابل قبولی در تخمین میزان تبخیر سطحی برای تمامی حالت های بدون -پوشش/پوشش دهی همراه با وجود/عدم وجود جریان سطحی خواهد داشت.کلید واژگان: تبخیر سطحی, جریان سطحی, توپ های شناور, دبی بهینه, بالانس انرژیThe increase in fresh-water demand due to the rapid population growth and climate changes with severe droughts highlights the protection of limited fresh-water resources. In arid regions, evaporation accounts for a significant fraction of losses from water reservoirs. Among different methods for suppressing evaporative loss, the use of modular floating elements offers a simple and reliable technique. Despite numerous studies on application of floating elements, performance of this method in the presence of surface flows is not yet addressed comprehensively. Hence, the present study aims to investigate the effect of surface flows on evaporation from covered reservoirs. For this purpose, a 500-liter water reservoir was covered with white and black balls and a water-pump provided surface flows at different rates. The results show that in the presence of surface flows evaporation decreases to a specified rate, called optimal-flow-rate, and then increases with increasing the flow rate from the optimal case. Regardless of surface flow condition, the results indicate that the lowest water evaporation occurs for the coverage with white balls while coverage using a mixture of black and white balls and only with black balls showed higher evaporation rates, respectively (the highest evaporation is also for the uncovered surface). The experimental findings demonstrate that surface flows with appropriate rates can effectively enhance evaporation suppression efficiency of floating elements. Comparison of the modeling results with experimental outputs highlights application of the physically-based energy balance model in estimating surface evaporation for covered and uncovered water surfaces with and without surface flow conditions.Keywords: Surface water evaporation, Surface flows, Floating balls, Optimal flow rate, Energy balance
-
زمینه و هدف
امروزه بحران انرژی و افزایش مصرف منابع تجدیدناپذیر همراه با آلودگی های ناشی از آن ها، یکی از مشکلات عمده بسیاری از کشورها از جمله ایران بوده و یکی مهم ترین عوامل تخریب زمین و تغییرات اقلیمی به شمار می رود. بنابراین بسیاری از کشورها به توسعه کاربرد منابع انرژی تجدید پذیر پرداخته و در این بین انرژی خورشیدی یکی از مهم ترین منابع انرژی تجدیدپذیر در جهان و دومین منبع انرژی تجدیدپذیر در ایران پس از انرژی باد به شمار می رود. این انرژی به روش های مختلفی قابل بهره برداری بوده و در این زمینه گردآورهای تخت یکی از ساده ترین سامانه هایی هستند که به سهولت می توان از آن ها در ساختمان و نیروگاه هایی نظیر برج باد خورشیدی استفاده کرد. با توجه به تغییرات روزانه و فصلی تابش خورشید، برآورد شیب بهینه گردآورها به جهت داشتن بازده حداکثری بسیار با اهمیت خواهد بود.
روش بررسیدر این نوشتار بر اساس یک الگوی ریاضی و استفاده از داده های اقلیمی، شیب بهینه گردآورهای تخت در شهر کرمان مورد بررسی قرار گرفته و نتایج بر اساس نحوه استفاده از گردآور با یکدیگر مقایسه و در نهایت شیب بهینه به صورت ماهانه، فصلی و سالیانه ارزیابی می گردد. علاوه بر این ها برای درک بهتر موضوع، درصد انرژی دریافتی سالیانه گردآورها با زوایای مختلف نسبت به زاویه بهینه در یک جدول ارایه شده است.
یافته هادر بخش نتیجه گیری، زاویه بهینه شیب گردآور در طول سال و فصل های مختلف بهار، تابستان، پاییز و زمستان همراه با زاویه بهینه سامانه های گرمایش استخرهای روباز و سامانه های گرمایش ساختمان ارایه گردیده و در پایان به مقایسه بازده گردآورهای عمودی و افقی نسبت به بازده حداکثری شیب بهینه در طول سال پرداخته شده است.
بحث و نتیجه گیرینتایج نشان داد که زاویه شیب بهینه گردآورهای تخت در شهر کرمان در طول سال 32 درجه می باشد. این زاویه برای شش ماهه اول سال 7 درجه و برای شش ماهه دوم سال 53 درجه خواهد بود. همچنین تابش سالانه گرداورهای افقی حدود90% حداکثر تابش مجموع سالانه بوده و گردآورهای قایم نیز کم ترین تابش دریافتی را در طول سال به خود اختصاص می دهند.
کلید واژگان: انرژی تجدید پذیر, انرژی خورشیدی, تابش خورشید, گردآورهای تخت, زاویه بهینه گردآورBackground and ObjectiveToday energy crisis and inherent environmental pollution caused by increasing consumption of non-renewable resources are one of the most major concerns of many countries including Iran and using of them is one of the most important factors to Earth demolition and climatic changes. Thus, numerous developed and enlarged countries try to extend the application and use of renewable energy resources. In this regard, the solar energy is one of the most important renewable and sustainable energy sources in the world and it mainly can be enumerated as the second largest energy sources in Iran after wind energy. This energy can be exploited in several methods such as flat collectors as one of the simplest and most usable systems that can be used in the buildings and solar chimney power plant. Due to daily and seasonal variations of the sun radiation, the optimal tilt estimation of collectors with maximum efficiency is very important.
MethodThis paper is based on a mathematical pattern and climatic data and the optimized tilt of flat collectors in city of Kerman is investigated. Then, by comparing and analyzing results of charts and tables, optimized tilt of flat collector at each month, season and annual are extracted and contrasted. Additionally, the percent of received radiation of each angle of plates in comparison to the optimized Angele are discussed.
FindingsIn the conclusion section, the optimal angle tilt of collector over the year including spring, summer, autumn and winter seasons besides the optimal angle building heating systems and outdoor swimming pools heating systems are also presented. Finally, efficiency of vertical and horizontal collectors has been investigated with respect to maximizing the efficiency of optimal tilt of collector over the year.
Keywords: Renewable energy, Solar Energy, Solar Radiation, Flat Collectors, Optimal Collector Angle -
در این مقاله به شبیه سازی عددی پدیده انتقال حرارت جابجایی طبیعی پایا و ناپایای نانوسیال در فضای بین حلقه های هم مرکز و غیر هم مرکز پرشده از یک ماده متخلخل پرداخته شده است. معادلات حاکم بر جریان سیال شامل معادلات بقای جرم، ممنتوم و انرژی به کمک روش عددی تفاضل محدود گسسته و در حل آنها از روش ضمنی جهت متغیر (ADI) و روش فوق تخفیفی (SOR) استفاده شده است. در پژوهش حاضر به بررسی اثرات عدد رایلی، کسر حجمی نانوسیال (در محدوده 0 تا 4 درصد)، عدد دارسی، ضریب تخلخل محیط متخلخل و نسبت خروج از مرکز دو حلقه بر مقدار عدد ناسلت متوسط، عدد ناسلت محلی، خطوط جریان و خطوط هم دما و تغییرات آنها با زمان پرداخته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی نشان می دهد که با افزایش عدد رایلی، ضریب تخلخل و کسر حجمی نانوذرات، میزان انتقال حرارت افزایش می یابد. کاهش عدد دارسی باعث کاهش نفوذپذیری محیط متخلخل شده و در نتیجه انتقال حرارت کاهش می یابد. در شرایط ناپایا با افزایش دامنه نوسان دمای دیواره داخلی (به دلیل افزایش گرادیان دمایی بین دو دیواره)، دامنه تغییرات عدد ناسلت متوسط نیز افزایش می یابد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان می دهد فرکانس تغییرات عدد ناسلت متوسط بر فرکانس تغییرات دمایی دیواره داخلی منطبق خواهد بود.
کلید واژگان: انتقال حرارت جابجایی طبیعی ناپایا, نانوذره, عدد دارسی, عدد رایلی, نسبت خروج از مرکزThis paper is devoted to numerical simulation of steady and unsteady natural heat transfer convection of nanofluids in an eccentric porous annulus. Governing equations including mass, momentum, and energy conservation are discretized by means of finite difference methods and they are solved by Alternating Direction Implicit (ADI) method and Successive over Relaxation (SOR) method. In the present study, the effect of Rayleigh number, nanoparticle volume fraction (in the range of 0 to 4 percent), Darcy number, porosity coefficient, and eccentricity ratio on average Nusselt number, local Nusselt number, streamlines, and isothermal lines are investigated. The results show that by increasing Rayleigh number, the porosity coefficient, and the nanoparticle volume fraction, the heat transfer rate increases. Reducing the Darcy number reduces the permeability of the porous medium and therefore reduces the heat transfer. In unsteady conditions, by increasing the amplitude of the inner wall temperature fluctuation, (due to the increase of the temperature gradient between the two walls), the average Nusselt number increases, and the frequency of the variation of the average Nusselt number is consistent with the inner wall temperature variation frequency.
Keywords: Unsteady natural heat transfer convection, Nanoparticles, Darcy number, Rayleigh number, Eccentricity ratio -
در تحقیق حاضر، برای نخستین بار از روش پیش شرط سازی توانی محلی، جهت شبیه سازی جریان های تراکم ناپذیر آشفته پایا و ناپایا در اطراف ایرفویل ها در اعداد رینولدز بالا استفاده شده است. در این روش، معادلات حاکم با تغییر در جملات مشتق زمانی اصلاح می گردند. معادلات حاکم به کمک روش عددی حجم محدود جیمسون گسسته سازی می شوند. همچنین برای حل جریان ناپایا از الگوریتم ضمنی دوزمانه و برای شبیه سازی عددی جریان آشفته از مدل جبری بالدوین و لومکس استفاده شده است. محاسبات برای جریان پایا و ناپایای آشفته عبوری از ایرفویل های NACA0012 و ONERA-A در اعداد رینولدز و زوایای حمله مختلف ارائه شده است. نتایج ارائه شده در این مطالعه شامل منحنی های سرعت، فشار و لزجت گردابه ای، توزیع ضریب فشار، ضرایب برآ و پسا و تاثیر روش پیش شرط توانی بر نرخ همگرایی می باشد. حل عددی ارائه شده و استفاده از روش پیش شرط توانی در هر دو جریان آشفته پایا و ناپایا در اعداد رینولدز بالا از دقت قابل قبولی برخوردار می باشد. همچنین استفاده از این روش سرعت همگرایی را تا حد زیادی افزایش داده به طوری که تعداد تکرار گام حل عددی و به تبع آن زمان واحد پردازش مرکزی در هر دو جریان پایا و ناپایا را به شکل قابل توجهی کاهش می دهد.
کلید واژگان: جریان های آشفته, مدل جبری بالدوین و لومکس, روش پیش شرط توانی, الگوریتم ضمنی دوزمانه, سرعت همگراییIn the present study, for the first time, the locally power-law preconditioning method for analyzing steady and unsteady incompressible turbulent flows around airfoils in high Reynolds numbers is utilized. In this method, the governing equations are modified by altering the time derivatives terms. The governing equations are discretized by the numerical method derived from the cell-centered Jameson’s finite volume algorithm. In addition, for solving the unsteady flows, an implicit dual-time procedure and for simulating the turbulent flows, Baldwin and Lomax algebraic model have been employed. The computations are presented for steady and unsteady turbulent flows around NACA0012 and ONERA-A airfoils at various angles of attack and Reynolds number. Results presented in the paper focus on the velocity, pressure and eddy viscosity profiles, distribution of pressure coefficient, lift and drag coefficients and the effect of the power-law preconditioning method on the convergence rate. The numerical solution indicates an acceptable accuracy with the aid of the power-law preconditioning method in both steady and unsteady turbulent flows for high Reynolds numbers. Moreover, using the power-law preconditioning method improves the convergence speed significantly and reduces the iteration number of solution steps and central processing unit time simultaneously in both steady and unsteady flows.
Keywords: Turbulent flows, Baldwin, Lomax algebraic model, Power-law preconditioning method, Implicit dual-time algorithm, Convergence speed -
در صنایع نیروگاهی برق آبی بزرگ با توان بیش از 100 مگاوات، از ژنراتورهای عمودی استفاده می شود که قطر سازه فلزی استاتور آنها گاهی به بیش از 8 متر و وزن آن به چند صد تن می رسد. در این سازه فلزی که محل قرارگیری صفحات مغناطیسی و هسته استاتور می باشد دو تکیه گاه حلقوی با بازوهای فلزی شعاعی یا مورب برای نصب یاتاقان های قسمت های دوار ژنراتور درنظر می گیرند (که به آنها در اصطلاح براکت های فوقانی و تحتانی می گویند). این بازوها نیروهای حاصل از افزایش طول حلقه تکیه گاهی (ناشی از افزایش درجه حرارت)، نیروهای شعاعی اعمال شده از توربین و گشتاور هیدرولیکی پیچشی وارده از محور توربین را به سازه استاتور یا فنداسیون خود منتقل می کنند. لذا پیش بینی صحیح از نحوه و میزان انتقال این نیروها و گشتاور در طراحی سازه و محاسبه تنش های فشاری و خمشی وارد بر سازه یا فنداسیون بازوها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله تاثیر استفاده از بازوهای مورب در کاهش تنش های فشاری و نیروهای فنداسیون سازه های بزرگ فلزی تجهیزات مکانیکی نظیر ژنرتورهای عمودی به صورت تحلیلی مورد ارزیابی قرار می گیرد. تاثیر زاویه، طول، تعداد و نحوه چیدمان بازوی مورب بر تنش و نیروی های وارد بر فنداسیون برای سه بارگذاری مختلف بررسی می شود.کلید واژگان: حل تحلیلی, بازوی مورب, زاویه بازوی مورب, نیروی فنداسیون, براکت ژنراتورIn large hydroelectric power-plants with a power of more than 100 megawatts, vertical generators are used, in which the diameter and the weight of their stator exceeding 8 meters and several hundred tons, respectively. In this structure, which is the location of the magnetic plates and the stator core, there are two rings with radial or oblique arms for mounting bearings of rotating parts of the generator (they are called upper and lower brackets). These arms transfer the forces due to the increase in the length of the ring (due to the increase in temperature), the radial forces applied from the turbine, and the torsion hydraulic torque from the turbine axis to the stator or its foundations. Therefore, accurate prediction of these forces and torque in the design of the structure and the calculation of compressive and bending stresses on the structure or foundation of the arms is of particular importance. In this paper, the effect of using oblique arms on the reduction of compressive stresses and the foundation forces of large vertical generators, is analyzed analytically. The effect of angle, length, number, and arrangement of oblique arm on stress and forces for three different load cases are investigated.Keywords: Analytical solution, oblique arm, oblique arm angle, foundation force, generator bracket
-
تحقیق حاضر یک حل عددی از تقابل سازه ی الاستیک-سیال تراکم ناپذیر با استفاده از روش مرز غوطه ور است، که در آن فاز جامد یک رشته الاستیک قرار گرفته پشت یک استوانه صلب در جریان سیال است. هدف، بررسی اثرات متقابل این رشته و استوانه بر یکدیگر و به طور خاص اثر رشته الاستیک بر کاهش ضریب پسآی استوانه است. در روش مرز غوطه ور، فاز جامد و سیال در دو ناحیه مجاز از هم حل می شوند. برای حل جریان و مومنتوم فاز سیال از معادلات شبکه بولتزمن استفاده شده است. در تحقیق حاضر رشته الاستیک برخلاف تحقیقات گذشته بدون نیاز به حل معادلات ساختاری پیوسته جامد الاستیک، به صورت یک شبکه از جرم های متمرکز و المانهای فنر که می تواند خواصی چون مدول الاستیسیته و صلبیت خمشی رشته الاستیک را پوشش دهد، مدل شده و با روش مرز غوطه ور با حل جریان مرتبط است. نتایج نشان داده است که جرم، هندسه و محل قرار گیری رشته پشت استوانه صلب، بر پایداری و کاهش ضریب پسآی آن اثر گذار است. اثبات وجود یک نقطه کمینه ضریب پسآ و تحلیل آن به عنوان دیگر زمینه تفاوت این تحقیق با تحلیل های پیشین محسوب می شود.کلید واژگان: مرز غوطه ور, شبکه بولتزمن, شبکه فنر, رشته الاستیک, استوانه صلب, ضریب پسآPresent study is a numerical solution for incompressible fluid-elastic structure interaction by use of immersed boundary method. The solid phase is an elastic filament hinged on rear of a rigid cylinder in the presence of fluid flow. The purpose of this study is investigation of interaction of flexible filament and rigid cylinder. In the immersed boundary method, solid and fluid domains are solved in separated regions. For solving the flow field and momentum equations, the lattice Boltzmann equations are employed. In present study in contrast to previous studies, the elastic filament is also modeled by a mass-spring network that provides elastic properties like young’s and bending modulus. The mass of filament is discretized on nodes of spring network. These two solution regions are connected by applying suitable boundary conditions at each time step. Results show that the mass, geometry and location of filament behind the rigid cylinder have significant effect on the filament’s stability and drag reduction. Indicating and analyzing a special point behind the cylinder, where the drag is minimum, is the another purpose of this study.Keywords: immersed boundary, lattice Boltzmann, lattice spring, elastic filament, rigid cylinder, drag coefficient
-
یکی از رویکردهای موثر در بهبود عملکرد آیرودینامیکی هیدروفویل ها و ایرفویل ها، تزریق مقدار اندکی انرژی به سیستم (نظیر تزریق یا مکش سیال روی سطح جسم) ، جهت تغییر نیروی برآ و پسا می باشد. در حقیقت مکش و دمش سطحی سیال می تواند توزیع فشار و گرادیان سرعت روی سطوح ایرفویل/ هیدروفویل را بهبود و محل جدایش جریان را اصلاح نماید. از این رو در تحقیق حاضر به بررسی رفتار هیدرودینامیکی جریان آشفته عبوری از یک ایرفویل که در معرض تزریق و مکش جریان سیال در قسمتی از سطح بالایی خود قرار گرفته است پرداخته می شود. رفتار ایرفویل ابتدا تحت یک موقعیت تزریق یا مکش سیال بررسی و پس از آن تزریق یا مکش از دو موقعیت، مورد بررسی قرار می گیرد. در این شبیه سازی از نرم افزار تجاری فلوئنت بهره گرفته شده است. هدف از این تحقیق، مطالعه اثر قدرت، تعداد شکاف تزریق یا مکش، محل تزریق یا مکش سیال و زاویه تزریق یا مکش روی عملکرد هیدرودینامیکی ایرفویل می باشد. از مهم ترین نتایج به دست آمده می توان به کاهش 10 الی 50 درصدی نیروی پسا و افزایش 5 الی 10 درصدی نیروی برآ (در حالت دمش) و کاهش 5 الی 30 درصدی نیروی پسا و افزایش 5 الی 10 درصدی نیروی برآ (در حالت مکش) با درنظر گرفتن دو شکاف تزریق در مقایسه با یک شکاف تزریق کاهش اشاره کرد.کلید واژگان: کنترل جریان, دمش و مکش سیال, ضریب برآ, ضریب پسا, زاویه تزریق جریانOne approach to improve the aerodynamic performance of airfoils and hydrofoils is inject a small amount of energy to the system (such as fluid injection or suction on the surface), to change the lift and drag. In fact, surface suction and blowing of the fluid can improve the pressure distribution and velocity gradient on the airfoil/hydrofoil surfaces and modify the flow separation point. Therefore, in this study the hydrodynamic behavior of turbulent flows over an airfoil exposed to the injection and suction of fluid in a part of its upper surface is discussed. Firstly, the behavior of the airfoil under one position of the injection or suction and then under two positions of injection or suction are investigated. In this simulation, the FLUENT software is used. The aim of this study is to investigate the effect of the power, the number, the position and the angle of blowing or suction on the hydrodynamic performance of the airfoil. The most important results are the reduction of 10 to 50 percent of the drag and the increase of 5 to 10 percent of the lift (for the blowing) and the reduction of 5 to 30 percent of the drag and the increase of 5 to 10 percent of the lift (for the suction) by considering two positions of injection in comparison to one position.Keywords: Flow Control, Blowing, amp, Suction, Lift Coefficient, Drag Coefficient, Flow Injection Angle
-
پدیده کانال با دیواره موج دار متحرک به طور گسترده در اندام های بایولوژیکی نظیر سیستم های گوارشی، دفع ادرار و صفرا مشاهده می شود. همچنین امروزه پمپ های انگشتی، غلتکی و پمپ های مدیریت زباله در صنعت هسته ای نیز بر اساس قوانین دیواره های موج دار متحرک کار می کنند. لذا در این مقاله جریان هیدرودینامیک مغناطیسی نانوسیال در یک کانال منحنی در محیط متخلخل با دیواره موج دار متحرک به همراه چشمه حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. در مطالعه حاضر، جریان تراکم ناپذیر می باشد و معادلات حاکم برای جریان، انتقال حرارت و انتقال جرم با استفاده از فرض طول موج بلند به دست آمده اند. برای حل عددی معادلات، از روش تقریب تفاضل مرکزی و روش ضمنی جعبه ای کلر استفاده شده است. انتقال حرارت به دلیل وجود میدان مغناطیسی کاهش پیدا می کند. همچنین افزایش قدرت چشمه حرارتی و عدد دارسی موجب کاهش انتقال حرارت می گردد. افزایش تخلخل در محیط، سبب افزایش انتقال حرارت می گردد. افزایش قدرت چشمه حرارتی همراه با کاهش سرعت در خط مرکزی کانال در حالت موج دار می باشد. در این مقاله با استفاده از نتایج به دست آمده از حل عددی، اثر کمیت های چشمه حرارتی، عدد دارسی و همچنین تخلخل روی سرعت سیال، دما، تابع نیروی مغناطیسی، افزایش فشار در واحد طول موج ،عدد ناسلت و همچنین پدیده به دام افتادگی جریان مورد بررسی قرار گرفته است.کلید واژگان: جریان با دیواره موج دار, هیدرودینامیک مغناطیسی, نانوسیال, محیط متخلخل, چشمه حرارتیPeristaltic phenomenon is widely used for biologically tissues such as the digestive and excretion of urine systems. Fingered and roller pumps, hoses and internal pumps, pumps for waste management in the nuclear industry are also working on the wavy walls rules. Hence, in this paper, the magnetic hydrodynamic flow of nanofluids inside a curved porous channel, with peristaltic walls and within the internal heat source has been studied. In the present study, the flow is incompressible and the governing equations, including flow, heat and mass transfer are obtained by using an assumption of long wavelength. For solving the equations, the central finite difference approximation algorithm and Keller-box method are utilized. Heat transfer is reduced due to the presence of a magnetic field. Also, increasing the power of the heat source and the Darcy number reduces the heat transfer. Increasing porosity in the environment increases the heat transfer. Increasing the power of the heat source is accompanied by a reduction in velocity in the central line of the channel in the corrugated mode.
In this paper, by using the numerical solution results, the effect of various parameters such as source term, Darcy number and porosity on the velocity, distribution of temperature, the function of the magnetic force, increase the pressure on the wavelength, Nusselt number and also the flow trapping phenomenon has been studied.Keywords: Peristaltic flow, Magnetohydrodynamic, Nanofluids, Porous media, Thermal source -
در این مقاله سه الگوریتم کاهش متناوب، کاهش متناوب موازی و رهیافت توماس موازی برای حل دستگاه معادلات سه قطری به کمک پردازنده های گرافیکی معرفی و اثر دسترسی هم مکان و غیرهم مکان به حافظه سراسری مورد بحث قرار گرفته است. برای ارزیابی توانایی این الگوریتم ها، نتایج شبیه سازی جریان درون حفره (یک مورد مطالعاتی) با نتایج الگوریتم توماس کلاسیک اجراشده روی پردازنده مرکزی مقایسه شده است. بیشینه افزایش سرعت مشاهده شده در سه الگوریتم مذکور (پردازنده گرافیکی) در برابر الگوریتم توماس کلاسیک (پردازنده مرکزی) به ترتیب حدود 4/4، 2/5 و 45/38 می باشد. هم چنین نشان داده شده است که با دسترسی هم مکان، افزایش سرعت حدودا دوبرابری برای پردازنده گرافیکی حاصل می شود.کلید واژگان: رهیافت توماس موازی, پردازش موازی, دستگاه معادلات سه قطری, پردازنده گرافیکی, الگوریتم کاهش متناوبIn this paper three algorithms of Cyclic-Reduction, Parallel-Cyclic-Reduction and Parallel-Thomas are introduced to solve the Tridiagonal system of equations using GPUs and the effect of coalesced-memory-access and uncoalesced-memory-access to global memory are studied. To assess the ability of these algorithms, as a case-study the simulation of the lid-driven cavity flow have been compared to the results of Runtimes and physical parameters of the classical Thomas algorithm, executed on CPU. The maximum speed-up of these algorithms against CPU runtime is about 4.4x, 5.2x and 38.5x, respectively. Also, approximately a 2x speed-up achieved in coalesced-memory access on GPU.Keywords: Parallel Thomas approach, Parallel Processing, Tridiagonal system of equations, Graphic Processor, Cyclic Reduction algorithm
-
امروزه در صنایع نیروگاهی جهت انتقال قدرت الکتروموتور به پمپ ها و فن ها، غالبا از کوپلینگ های هیدرولیکی می شود. با این وجود به دلیل حبس روغن در فضای کوپلینگ و کارکرد مداوم، این روغن خواص خود را از دست می دهد که منجر به از کارافتادگی زودهنگام کوپلینگ می گردد. درنتیجه با تحلیل رفتار ترموهیدرودینامیکی کوپلینگ و استفاده از یک سیستم خنک کاری مناسب، تا حد زیادی می توان این مشکل را به تاخیر انداخت. لذا در این مقاله رفتار ترموهیدرودینامیکی مخلوط روغن و هوا در یک کوپلینگ هیدرولیکی نیروگاهی، به دلیل هندسه سه بعدی و پیچیده بودن جریان، توسط نرم افزار Fluent شبیه سازی می شود. هدف از این مطالعه شناسایی محل وقوع جریان های ثانویه و چرخشی که بیشترین نقش در تولید گرما را دارند و تعیین نواحی از سیال و بدنه کوپلینگ با دمای زیاد می باشد. در این شبیه سازی، جریان سیال عامل درون کوپلینگ در حالت سه بعدی، دوفازی و مغشوش مورد بررسی قرار می گیرد. میدان سرعت و دمای درون سیال و توزیع دما روی بدنه کوپلینگ محاسبه و مورد تحلیل قرار می گیرد. نتایج این شبیه سازی نشان می دهد که بیشترین دما در محل قطر بیرونی توربین کوپلینگ ایجاد می شود، افزایش فاصله چرخ ها باعث افزایش 65 کیلوواتی تلفات توانی و افزایش دمای متوسط عملکردی کوپلینگ و بیشینه دمای ایجاد شده می گردد و جابجایی پره های گرمایی روی بدنه کوپلینگ باعث کاهش حدود 8 کیلوواتی تلفات توانی نسبت به حالت اصلی می شود.کلید واژگان: کوپلینگ هیدرولیکی, فلوئنت, توزیع دما, جریان دوفازی, توربین و پمپ کوپلینگTodays, in Power Plant Industries, hydraulic coupling are frequently used for transmission of power from electromotors to pumps and fans. However, because of the oil trap in the coupling and continuous operation the properties of the oil change and early destruction of coupling happens. Consequently, this problem can be delayed by precise analysis of thermal and hydrodynamic behavior of coupling and also using a proper cooling system. Thus, in this paper, thermal and hydrodynamic behavior of a mixture of oil and air in a hydraulic coupling, because of the 3D-geometry and complicated flow, is simulated by FLUENT software. The aim of this study is to identify locations of the secondary flows and vortex which have the greatest role in heat-generation. Also, the areas of fluid and body with high temperature will be determined. In this simulation, the internal flow in the coupling is examined in 3D, two-phase, and turbulent conditions. The velocity and temperature distribution of the fluid flow and the temperature distribution on the body of coupling are analyzed. The results indicate that the maximum temperature is occurred at the outside diameter of turbine coupling, increasing the distance between the pump and turbine increases the thermal dissipation around 65KW and increases the maximum and mean temperature of oil, and displacing the fins can reduce the thermal dissipation around 8KW.Keywords: Hydraulic coupling, Fluent, temperature distribution, two, phase fluid, pump, turbine coupling
-
امروزه استفاده از اتصالات چسبی در سازه ها به دلیل مزایای متعددشان افزایش یافته است. در کاربردهای سازه ای، با توجه به عمر کاری، خستگی به عنوان مهمترین شکل بارگذاری در نظر گرفته می شود. در این مقاله، آزمایش های تجربی به منظور بررسی فرآیند خرابی خستگی اتصالات چسبی دولبه، تشکیل شده از 16 لایه الیاف شیشه نوع E و رزین اپوکسی حاوی ذرات TiO2 به عنوان چسب، تحت بارگذاری سیکلی انجام شده است و سپس روشی برای پیش بینی عمر خستگی این اتصالات بر اساس سفتی اولیه ارائه شده است. پراکندگی نتایج نشان می دهد که عمر نهایی خستگی تا حد زیادی به سفتی اولیه آنها بستگی دارد. به این منظور یک رابطه نمایی برای تخمین اولیه عمر نهایی اتصالات بر حسب سفتی اولیه ارائه شده است. علاوه بر سفتی اولیه، میزان افت سفتی در اتصالات تحت بارگذاری خستگی نیز بر روی کارکرد نهایی آنها تاثیرگذار است و لذا می توان بر این اساس تخمین اولیه عمر خستگی را که بر اساس سفتی اولیه تعیین شده است اصلاح نمود. همچنین یک شاخص خرابی با استفاده از مقدار کاهش سفتی برای کنترل فرآیند خرابی خستگی در حین بارگذاری معرفی شده است.کلید واژگان: پیش بینی عمر, بارگذاری خستگی, اتصال چسبی, سفتی اولیه, افت سفتیUse of adhesively bonded joints in structures has been increased in recent years because of their advantages. In structural applications, fatigue is generally considered to be the most important form of loading in respect to long-term service life. In this paper, experimental tests have been performed in order to examine the fatigue damage process of double lap adhesive joints, composed of E-glass laminates and epoxy adhesive with TiO2 particles, under fatigue loading and then a method was proposed for fatigue life prediction based on initial stiffness. The scatter in results shows that the fatigue life is mostly dependent on initial stiffness. According to this, an exponential equation based on the initial stiffness has been proposed to have an initial estimation of fatigue life of the adhesive joints. In addition to the initial stiffness, stiffness degradation of the joints under fatigue loading influences on their final performance and therefore the initial estimation of fatigue life based on the initial stiffness could be modified. Also to have an online control of the fatigue damage process during the fatigue loading, a damage index using stiffness degradation was introduced.Keywords: Life Prediction, Fatigue Loading, Adhesive Joint, Initial Stiffness, Stiffness Degradation
-
امروزه استفاده از بازوها و ستون های مورب در سازه ژنراتورهای برقآبی بزرگ، مزایایی نظیر انبساط حرارتی سازه بدون ایجاد تنش های مکانیکی بزرگ، کاهش نیروهای وارد بر فنداسیون، ممانعت از خروج از مرکزیت فاصله هوایی و غیره را به همراه دارد. از این رو در این مقاله، استفاده از ستون های مورب در سازه استاتور یک ژنراتور برقآبی بزرگ در مقایسه با یک استاتور سنتی (یعنی استاتور با ستون های غیرمایل و شعاعی) به کمک توسعه یک برنامه عددی المان محدود بومی برای اولین بار مورد ارزیابی قرار می گیرد. استفاده از این نرم افزار بومی، زمان مدل سازی سازه پیچیده ژنراتورهای برقآبی بزرگ و تحلیل های سنگین و زمان بر نرم افزارهای تجاری را به شدت کاهش داده و کمک شایانی به طراحی مقدماتی و تحلیل سازه این نوع از ژنراتورها خواهد کرد. در این مقاله تاثیر تعداد، ابعاد، و زاویه ستون های مورب بر نیروی های وارد بر فنداسیون و تغییر شکل سازه استاتور تشریح و مقادیر بهینه آنها محاسبه می گردد. نتایج این مطالعه نشان می دهد که استفاده از فن آوری ستون مورب مزایای قابل توجهی در کاهش نیروهای وارد بر فنداسیون، کاهش فرکانس های طبیعی، و تغییر شکل یکنواخت سازه استاتور به همراه دارد.کلید واژگان: ستون های مورب, نیروهای وارد بر فنداسیون, فرکانس طبیعی, استاتور ژنراتور برق آبیNowadays, using oblique arms and columns in the structure of large hydrogenerators has many advantages such as thermal expansion without large mechanical stresses, foundation load reduction, oval air-gap prevention, and etc. Therefore, in this paper the use of oblique columns in the stator-frame of a large hyrogenerator in comparison to a traditional structure (i.e. stator-frame with radial columns) is investigated for the first time by developing a Finite Element inhouse program. The use of this inhouse software reduces the time of modeling of complex structures of large hydroelectric power generators and heavy analysis of commertial softwares significantly, and helps to develop a preliminary design and structural analysis of this type of generators. In this paper, the effect of number, dimensions, and angle of oblique columns on foundation loads and structural deformation in stator-frame are described and the optimum values are obtained. The results of this study show that, the application of oblique column technology has significant advantages in reducing foundation forces, reducing the natural frequencies, and uniform structural deflections.Keywords: Oblique Columns, Foundation Loads, Natural Frequency, Hydrogenerators Stator Frame
-
مطالعه ی آیرودینامیک جریان های با اعداد رینولدز پایین به علت کاربردهای خاص نظیر وسایل بدون سرنشین، ربات ها و کاوشگرهای زیرسطحی در ابعاد بسیار کوچک مورد توجه می باشد. در مطالعه ی حاضر، یک روش پیش شرط توسعه یافته به نام روش پیش شرط توانی، جهت تحلیل جریان های آرام ناپایای عبوری از هیدروفویل ها ارائه شده است. در این روش معادلات دوبعدی ناویر-استوکس با تغییر جمله ی مشتق زمانی معادلات حاکم اصلاح می گردد. ماتریس پیش شرط از یک رابطه ی توانی و با استفاده از میدان سرعت تصحیح می گردد. معادلات حاکم به کمک روش عددی حجم محدود جیمسون از نوع مرکزیت-سلول انتگرال گیری می شوند و برای حل جریان های ناپایا از یک الگوریتم ضمنی دوزمانه استفاده می شود. پایداری حل به کمک جملات اتلافی مصنوعی مرتبه ی دوم و چهارم به دست آمده است. روش مورد استفاده برای همگرایی حل به سمت حالت دائم، روش انتگرال گیری زمانی رانج-کوتای صریح چهار مرحله ای می باشد. محاسبات جریان های ناپایای عبوری از هیدروفویل NACA0012 در اعداد رینولدز و زوایای حمله ی مختلف ارائه شده است. نتایج ارائه شده در این مطالعه شامل پروفیل های سرعت، ضرایب پسا و برا و تاثیر روش پیش شرط توانی بر نرخ همگرایی می باشد. نتایج حاصله به صورت رضایت بخشی با کارهای عددی محققان دیگر تطابق دارد و همچنین نتایج نشان می دهد که روش پیش شرط توانی نرخ همگرایی را تا حد زیادی افزایش و هزینه ی زمانی محاسبات را کاهش می دهد.کلید واژگان: روش پیش شرط سازی توانی, حل دوزمانه, حجم محدود, جریان ناپایا, سرعت همگراییAerodynamic study of flows at low Reynolds for special applications such as micro unmanned underwater vehicles, underwater robots and explorers are interested. In this paper, an improved progressive preconditioning method named power-law preconditioning method, for analyzing unsteady laminar flows around hydrofoils is presented. In this method, the 2D Navier-Stokes equations modifies by altering the time derivative terms of the governing equations. The preconditioning matrix is adapted from the velocity flow-field by a power-law relation. The governing equation is integrated with a numerical resolution derived from the cell-centered Jamesons finite volume algorithm and a dual-time implicit procedure is applied for solution of unsteady flows. The stabilization is achieved via the second- and fourth-order artificial dissipation scheme. Explicit four-step RungeKutta time integration is applied to achieve the steady-state condition. The computations are presented for unsteady laminar flows around NACA0012 hydrofoil at various angles of attack and Reynolds number. Results presented in the paper focus on the velocity profiles, lift and drag coefficient and effect of the power-law preconditioning method on convergence speed. The results show satisfactory agreement with numerical works of others and also indicate that using the power-law preconditioner improves the convergence rate and decreases the computational cost, significantly.Keywords: Power, law preconditioning method, Dual, time solution, Finite volume, Unsteady flow, Convergence speed
-
تحلیل و شبیه سازی عددی جریان روانکارهای صنعتی در یاتاقان های ژورنال به دلیل کاربرد فراوان و مستمر آنها در صنایع مختلف نظیر نیروگاه ها، توربوماشین ها، ماشین های الکتریکی، کشتی سازی، و غیره از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند. در این بررسی ها، اطلاعات مفید و ارزشمندی مانند تغییرات دمای کفشک و روغن، تلفات حرارتی و اصطکاکی، ظرفیت بارپذیری و غیره استخراج می شود که توسط طراحان و سازنده گان در بهبود عملکرد و کارایی یاتاقان ها مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله یک برنامه عددی سه بعدی ترمو-هیدرودینامیکی، جهت شبیه سازی شرایط دائمی یاتاقان های ژورنال کفشک لولایی بدون محدودیت در ابعاد بویژه طول آنها تهیه شده است. در این برنامه، معادلات رینولدز جریان روغن در شکاف بین محور و کفشک های یاتاقان به کمک روش عددی تفاضلات محدود و تخفیف-متوالی حل می شود. در این شبیه سازی به منظور نزدیک بودن جواب ها به شرایط واقعی، تغییرات لزجت روغن با دما و تغییر شکل کفشک ها نیز درنظر گرفته می شود. جهت ارزیابی تاثیر خواص فیزیکی روغن بر رفتار هیدرودینامیکی یاتاقان، چند روغن مهم و پرکاربرد صنعتی که غالبا در یاتاقان ها مورد استفاده قرار می گیرد، انتخاب و نتایج آنها در این مقاله آورده شده است. تلفات اصطکاکی، بیشینه دمای کفشک ها، دبی جریان روغن، کمترین ضخامت فبلم روغن و زاویه لولایی کفشک ها از نتایج مهم ارائه شده می باشد.کلید واژگان: یاتاقان ژورنال کفشک لولایی, تفاضلات محدود, تلفات اصطکاکی, روغن صنعتیNumerical analysis and simulation of industrial lubricants in journal bearings are very important because of their numerous applications in various industries such as power plants, turbomachinery, electrical machinery, shipbuilding, and etc. In these investigations, valuable information such as temperature distribution of pads and oil, heat and friction losses, load capacity, and etc. are extracted which are used by the designers and constructors to improve the performance of bearings. In this paper, a numerical three-dimensional thermo-hydrodynamic code has been developed to simulate the steady condition of tilting-pad journal bearings without restrictions on their size, especially length of bearings. In this program, Reynolds equations for oil flow in the gap between the shaft and the bearing pads are solved by using a numerical finite difference method with a successive over-relaxation scheme. In this simulation, for closing the solution to the real conditions, oil viscosity changes with temperature and the deformation of the pads is also taken into account. To assess the effect of the physical properties of oil-bearing on hydrodynamic behavior of bearings, several important and widely used industrial bearing oils have been selected and the results are presented in this paper. Friction loss, the maximum temperature of the pads, oil flow rate, the minimum thickness of the oil Film and the pads tilting angle are the main presented results.Keywords: Tilting, Pad Journal Bearing, Finite Difference Method, Friction Loss, Industrial oils
-
تحلیل و شبیه سازی عددی جریان های کاویتاسیون به دلیل ظهور و کاربرد آن در صنایع دریایی، توربوماشین های آبی، هیدروفویل ها، اجسام زیرسطحی و غیره از اهمیت ویژه ای برخوردارند. به همین دلیل در این تحقیق اثر دمش روی رفتار هیدرودینامیکی جریان های کاویتاسیونی عبوری از هیدروفویل ها بررسی شده است. روش حجم محدود جیمسون و روش پیش شرط توانی به همراه مدل تکفازی کاویتاسیون (مدل باروتروپیک) برای تحلیل جریان کاویتاسیونی استفاده شده است. پایداری حل به کمک جملات اتلافی مرتبه دوم و چهارم به دست آمده است. برای رسیدن به حالت دائم از روش چهار مرحله ای صریح رانگ- کوتا استفاده شده است. با توجه به اینکه غالبا کاویتاسیون در اعداد رینولدز بالا رخ می دهد جهت سهولت در شبیه سازی، معادلات جریان غیرلزج درنظر گرفته شده است. برای اعمال دمش از سطح هیدروفویل، یک جت در سطح فوقانی هیدروفویل قرار داده شده است. پارامتر های محل جت، نسبت سرعت دمش، زاویه دمش و پهنای جت متغیرهای مورد بررسی می باشند. شبیه سازی در دو عدد کاویتاسیون متفاوت صورت گرفته است. نتایج عددی نشان می دهد روش پیش شرط توانی سرعت همگرایی را تا حد زیادی افزایش می دهد. دمش باعث کاهش ضرایب برآ و پسای فشاری و طول کاویتی نسبت به حالت بدون دمش می شود. همچنین افزایش نسبت سرعت دمش، زاویه دمش و پهنای جت موجب کاهش طول کاویتی و ضرایب برآ و پسای فشاری می شود.
کلید واژگان: دمش, روش پیش شرط توانی, جریان کاویتاسیونی, مدل باروتروپیک, ضرایب برآ و پسای فشاریNumerical analysis and simulation of cavitating flows due to appearance and its application in the maritime industry، water turbomachinery، hydrofoils، underwater vehicles، etc. have specific importance. For this reason in this research، the effect of blowing on hydrodynamic behavior of cavitating flows over hydrofoils has been investigated. Jameson''s finite volume method and power-law preconditioning method with single-phase cavitation model (Barotropic model) have been used to the analyzing of cavitating flow. The stabilization of solution has been achieved with help of the second and fourth-order dissipation term. Explicit four step Runge-Kutta method has been used to achieve the steady state condition. As regards the cavitation often occurs at high Reynolds number، to facilitate the simulation the inviscid flow equations are considered. For apply the blowing from hydrofoil surface، a jet has been placed on hydrofoil’s upper surface. The parameters of jet location، blowing velocity ratio، blowing angle and width of jet are investigated and simulation has been performed for two different cavitation numbers. The numerical results show that the power-law precondition increases the convergence speed significantly. Blowing reduces the cavity length، lift and pressure drag coefficients compared to no blowing case. Also the increase of blowing velocity ratio، blowing angle and width of jet، decrease the cavity length، lift and pressure drag coefficients.Keywords: Blowing, Power, Law Preconditioning Method, Cavitating Flow, Barotropic Model, Lift, Pressure Drag Coefficients -
در نیروگاه های برق آبی، به ویژه در واحدهایی با آبراهه طولانی و مخازن موج گیر غول پیکر، که حجم زیادی از آب، داخل آنها جای می گیرد، تخلیه سریع و مطمئن این حجم آب از آبراهه در هنگام تعمیرات و بازرسی های دوره ای یا اجباری، یکی از مسائل مهم و درخور توجه است. یکی از روش های سنتی تخلیه آبراهه چنین نیروگاه هایی، استفاده از لوله های تخلیه ای است، که به «پنستاک» متصل شده و به کمک یک سری شیرآلات تنظیمی و فشار شکن، آب را به سمت گالری تخلیه هدایت می کند. بزرگ بودن ابعاد آبراهه و مخازن موج گیر و حجم قابل توجه آبی که در این مجموعه ذخیره شده است، باعث می شود، تخلیه با روش یادشده بسیار زمان بر شود و در برخی موارد تا چند روز به طول بینجامد. برای کاهش این زمان، به تازگی روش دیگری نیز در نیروگاه های برق آبی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد، که تخلیه آب از طریق توربین با گشودن جزئی دریچه های تنظیمی است. در این روش که با دوران چرخ توربین همراه است، حجم قابل توجهی از آب در زمانی بسیار کم به پایین دست نیروگاه هدایت می شود. با وجود مزیت کاهش زمان تخلیه، در استفاده از این روش، ملاحظه های خاصی؛ مانند کنترل سرعت توربین، عملکرد یاتاقان ها، ارتعاش های واحد و عملکرد چرخ توربین ضرورت دارد. در این تحقیق روش تخلیه آبراهه از طریق توربین با مدل سازی ریاضی و عددی، مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. میزان «افزایش سرعت چرخ توربین»، زمان تخلیه در گشودگی های مختلف دریچه های تنظیمی و عملکرد «هیدرولیکی توربین» از موارد فنی است، که در تحقیق پیش روی، مورد تحلیل و محاسبه های عددی ریاضی قرار می گیرد. این روش برای نیروگاه برق آبی در دست احداث سیمره، که بزرگ بودن ابعاد آبراهه و مخزن موج گیر از مشخصه های آن است، به عنوان نمونه، مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.کلید واژگان: نیروگاه برق, آبی, تخلیه از طریق توربین, افزایش سرعت, دریچه های تنظیمی, نمودار عملکرد
-
تاثیر لایه ی مرزی و جدایش موضعی آن روی ضریب برآ و پسا، خصوصا در تحلیل رفتار هیدرودینامیکی هیدروفویل ها یکی از موضوعات مورد علاقه ی محققان علم مکانیک سیالات به شمار می آید. در این میان روش های کنترل لایه ی مرزی جهت افزایش ضریب برآ و کاهش ضریب پسا، بسیار رایج هستند. مطالعه ی آئرودینامیک جریان های با اعداد رینولدز پایین به علت کاربردهای خاص نظیر وسایل بدون سرنشین، ربات ها و کاوشگرهای زیرسطحی در ابعاد بسیار کوچک مورد توجه می باشد. به همین دلیل در این تحقیق، اثر دمش و مکش سیال از سطح فوقانی هیدروفویل ها روی کنترل جریان، ضریب برآ و پسا در جریان با اعداد رینولدز 500 و 2000 بررسی شده است. روش عددی حجم محدود جیمسون و روش پیش شرط سازی توانی برای تحلیل جریان های لزج تراکم ناپذیر ارائه شده است. جهت کنترل لایه ی مرزی یک جت دمش (مکش) با پهنای 5/2 % طول وتر در سطح فوقانی هیدروفویل قرار داده و نتایج برای کمیت های مختلف دمش (مکش) معرفی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که دمش دور از لبه ی حمله با زاویه ی دمش کمتر و مکش عمود بر سطح دور از لبه ی حمله، ضریب برآ را افزایش می دهد. همچنین دمش با نسبت سرعت کمتر و مکش با نسبت سرعت بیشتر، تاثیر بهتری بر افزایش ضریب برآ دارد.
کلید واژگان: لایه ی مرزی, کنترل جریان, دمش و مکش, ضریب برآ, روش پیش شرط سازی توانیEffect of boundary layer and its local separation on lift and drag coefficients، especially in the analysis of hydrodynamic behavior of hydrofoils is considered as an interesting subject for fluid mechanics researchers. Boundary layer control methods to increase the lift coefficient and reduce the drag coefficient، are very common. Aerodynamic study of flows at low Reynolds to special applications such as micro unmanned underwater vehicles، underwater robots and explorers are interested. For this reason in this study، the effect of fluid blowing and suction through upper surface of hydrofoils on flow control، lift and drag coefficients for flow under Re =500 and Re=2000 are investigated. Jameson’s finite volume method and power-law preconditioning method for analyzing viscous incompressible flows are presented. To control the boundary layer a jet with a width of 2. 5% of chord length is placed on hydrofoil’s upper surface and results for different blowing (suction) parameters are introduced. Results show that، blowing far from leading edge at low blowing angel and perpendicular suction far from leading edge increase the lift coefficient. Also blowing with law velocity ratio and suction with large velocity ratio، has the better impact on increasing lift coefficient.Keywords: boundary layer, Flow Control, blowing, suction, lift coefficient, power, law preconditioning method
- 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.