به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « Level set Method » در نشریات گروه « مکانیک »

تکرار جستجوی کلیدواژه «Level set Method» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»
  • محمود آلفونه*، بهروز کشته گر

    از آنجایی که بهینه سازی توپولوژی قطعی یا به اختصار بهینه سازی توپولوژی (TO) عدم قطعیت در سازه شامل مواد، بارگذاری و ابعاد هندسی را در نظر نمی گیرد، ممکن است به یک طراحی بهینه با کمترین حالت اعتماد و ایمنی منجر شود. برای رفع این مشکل از بهینه سازی توپولوژی مبتنی بر قابلیت اطمینان (RBTO) استفاده می شود که در حقیقت ترکیب روش های بهینه سازی توپولوژی با روش های طراحی مبتنی بر قابلیت اطمینان (RBDO) بر اساس یک چارچوب و فرایند ریاضی است. در این مقاله با به کارگیری چهار روش بهینه سازی توپولوژی شامل: آستانه سطح ایزو پویا (MIST) ، روش SIMP، روش تکاملی بهینه سازی سازه ای- اجزای محدود توسعه یافته (XFEM-ESO) و تنظیم سطح (LS) و با درنظرگرفتن یک قید یا تابع هدف به روش دوبخشی یک کسر حجمی (Vf) بهینه برای بهینه سازی توپولوژی به دست می آید. سپس به کمک کسر حجمی متوسط (Vf)، بهینه سازی توپولوژی انجام گرفته و نتایج بهینه آن توسط روش پیشرفته تحلیل قابلیت اطمینان مقدار متوسط شتاب دهنده پویا (ADMV) و با درنظرگرفتن عدم قطعیت ها و انحراف معیار جهت استخراج محتمل ترین نقاط احتمال (MPP) مورد استفاده قرار می گیرد. با داشتن محتمل ترین نقطه احتمال و قید، الگوریتم دوبخشی مجدد مورد استفاده قرار گرفته و کسر حجمی بهینه برای مدل بهینه سازی توپولوژی مبتنی بر قابلیت اطمینان و درنتیجه شکل بهینه روش بهینه سازی توپولوژی مبتنی بر قابلیت اطمینان به دست می آید. مثال های متعددی برای اعتبارسنجی و تایید قابلیت بهینه سازی روش بهینه سازی توپولوژی مبتنی بر قابلیت اطمینان با یک سازه مدل و روش های ذکر شده بهینه سازی توپولوژی ارائه می شوند و نتایج با هم مقایسه می شوند. نتایج نشان می دهند که ترکیب روش های طراحی مبتنی بر قابلیت اطمینان و بهینه سازی توپولوژی می تواند به سازه های مستحکم، پایدار، ایمن و مطمئن کاملا متفاوت از نتایج بهینه سازی توپولوژی منجر شود.

    کلید واژگان: بهینه سازی توپولوژی قطعی, بهینه سازی توپولوژی مبتنی بر قابلیت اطمینان, روش دوبخشی, بهینه سازی توپولوژی MIST, روش بهینه سازی توپولوژی SIMP, روش تنظیم سطح, روش تکاملی بهینه سازی سازه ای - اجزای محدود توسعه یافته}
    Mahmoud Alfouneh *, Behrouz Keshtegar

    Since deterministic topology optimization (TO) does not consider the uncertainties in the structure, including materials, loading and geometric dimensions, it may provide the optimal designs with the lowest state of reliability and safety. To  solve this problem, reliability-based topology optimization (RBTO) is used, which is actually a combination of TO methods with reliability-based design methods (RBDO) based on a mathematical framework and process. In this article, by considering four TO methods including moving iso-surface threshold (MIST), SIMP, evolutionary structural optimization-extended finite element (XFEM-ESO) and level-set (LS), and considering a constraint or objective function, an optimal volume fraction (Vf) is obtained for TO by the bisection method. Then, with the aid of mean volume fraction, TO is performed and its optimized results are applied by an advanced reliability analysis method, i.e. accelerated dynamical mean value (ADMV), taking into account the uncertainties and their standard deviations to extract the most probable probability point (MPP). Having the MPP and the constraint, the bisection algorithm is used again and the optimized volume fraction for the RBTO model, and thereby the optimal layout for the RBTO solution, is achieved. Several examples are presented to validate and highlight the optimization capability of the RBTO method using a structural model and the mentioned TO methods, and the results are compared together. Based on the results, it is shown that the combination of RBDO and TO approach is able to result in powerful, stable, safe, and reliable structures completely different from the TO results.

    Keywords: Deterministic Topology Optimization, Reliability-Based Topology Optimization, Bisection Method, MIST Method, Level-Set Method, SIMP, XFEM-ESO Method}
  • Dmitrii V. Antonov, Roman M. Fedorenko, Pavel A. Strizhak *
    Here we present a 2D planar simulation of the collisions between liquid droplets and solid particles that are most often used in industrial applications. The collisions are modeled using a combination of Volume of Fluid and Level Set methods. We study the impact of the particle-to-droplet size ratio and the shape of solid particles on the collision behavior and interaction regimes. The findings are presented in the form of collision regime maps. The interaction regimes are also distinguished for binary droplet collisions: deposition, separation, and disintegration. We show the impact of density, viscosity, and surface tension on the droplet collision regime maps as well as on the number of secondary fragments. The practical value of the research comes from the newly established differences of collision regimes between droplets and particles of different shapes and sizes.
    Keywords: Droplet, particle collisions, interaction regimes, volume of fluid method, Level Set Method, different shapes, 2D planar ‎simulation‎}
  • Mohsen Lashkarbolok *

    Level-set method is a flexible and efficient tool for structural topology optimization. Here, a technique based on space-time formulation in the context of an integral-free meshfree method in a Eulerian approach is presented for interface taking using the level-set method. We use radial basis functions for function approximation in the space-time domain. The technique does not need to march in time to obtain interface development. It obtains instantly at all defined times by solving sparse and symmetric linear equations. In this paper, the time-slab concept is applied to reduce the computational cost of the procedure. The proposed technique provides the possibility of applying effective adaptive refinement techniques in domain discretization for the transient problem. A vectorized formulation of the proposed approach is illustrated in this paper which makes it efficient in calculation and readable for programming. Two problems with analytical solution are solved to evaluate the accuracy of the presented technique.

    Keywords: Interface tracking, Level-set method, Free-surface modeling, Moving boundaries}
  • S. S. S. Paramanantham, V. M. Nagulapati, H. Lim *
    Two immiscible fluids flowing in microchannels are essential for microdevices to achieve efficient transfer of fluid reactions and heat, droplet mixing, extraction, and emulsification. In this study, a numerical investigation of the flow regime of droplet generation and the droplet breakup behavior of immiscible fluids (water and oil) in various microchannel structures was undertaken. To predict the influence of the microchannel structure on droplet generation and the breakup process, a two-phase level set method was implemented. The generated droplets were validated with experimental results of the T-shape microchannel structure. The obtained numerical results were in good agreement with the experimental results. Furthermore, the validated model was used to investigate the effect of various types of microchannel structures on droplet generation and breakup behavior. Also, the effects of different viscosities, wetted wall contact angles, surface tension, the size of continuous and dispersed channel widths, and the continuous flow rate for droplet generation and breakup in the microchannel were studied. This work contributes to better understanding of effective microchannel design.
    Keywords: Microfluidics, Immiscible fluids, Two-phase flow, Droplet, Channel structure, Level-set method, Generator, breakup}
  • نیلوفر آلاشتی، محسن پورفلاح*، آتنا قادری
    در مطالعه حاضر، اثر میدان الکتریکی یکنواخت روی هیدرودینامیک قطره آب نمک در نفت خام مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، از نرم افزار کامسول (COMSOL) که بر اساس روش المان محدود می باشد، استفاده می شود. نتایج حاصل با نتایج در دسترس، مورد اعتبار سنجی قرار گرفته است و توافق خوبی مشاهده شده است. اثر پارامترهای متفاوت از جمله عدد کپیلاری الکتریکی، عدد رینولدز، جهت میدان الکتریکی و نفوذپذیری الکتریکی نسبی سیال روی فرایند حرکت یک قطره منفرد آب نمک در نفت خام تحت میدان الکتریکی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که تنش های الکتریکی که بر سطح مشترک قطره وارد می شوند، سبب تغییر شکل قطره و کشیدگی آن در راستای میدان الکتریکی می گردند. مقدار این تغییر شکل با افزایش نسبت نیروی الکتریکی به کشش سطحی (عدد کپیلاری الکتریکی) بیشتر می شود. همچنین، فرآیند حرکت قطره تحت میدان الکتریکی در راستای عمود در زمان طولانی تری نسبت به راستای میدان الکتریکی افقی، در شرایط یکسان، اتفاق می افتد. از اینرو، میدان الکتریکی خارجی یکنواخت می تواند برای کنترل غیرتماسی حرکت قطره مورد استفاده قرار گیرد.
    کلید واژگان: جریان دوفازی, کامسول, روش تنظیم سطح, میدان الکتریکی یکنواخت, موئینگی}
    Niloofar Alashti, Mohsen Pourfallah *, Atena Ghaderi
    In the present study, the effect of the uniform electric field on the hydrodynamic of salt-water drops in crude oil is studied. For this approach, COMSOL Multiphysics software is used, which is based on the finite element method. The obtained results are compared and validated with the available numerical and analytical results and good agreement is observed. The effect of different parameters including the electric Capillary number, the Reynolds number, direction of the electric field, and the relative permittivity of fluid, on the movement of a single drop of saltwater in crude oil under the electric field, is investigated. The results reveal that electric stresses at the interface cause drop deformation and elongation in the direction of the electric field. The magnitude of this deformation increased with increasing the ratio of electric force to surface tension (electric capillary number). Also, the motion process of drop takes longer time in vertical electric field compared with the horizontal electric field in the same condition. Therefore, a uniform external electric field can be used for non-contact controlling of a dropping movement.
    Keywords: two phase flow, COMSOL, Level set method, Uniform electric field}
  • محمدعلی بذر افکن، سید پدرام پورنادری*

    در این پژوهش، رفتار هیدرودینامیکی قطره نیمه رسانا تحت تاثیر میدان الکتریکی شبیه سازی می شود. از روش سطح تراز  برای ردیابی سطح مشترک و از روش سیال مجازی برای مدل کردن کمیت های ناپیوسته در سطح مشترک استفاده می شود. با استفاده از مدل نشت عایق تیلور، میدان الکتریکی و نیروی الکتریکی اعمالی به سطح مشترک دو سیال به دست می آید. نتایج شبیه سازی تغییر شکل قطره تحت اثر میدان الکتریکی و ایجاد جریان های القایی در داخل و خارج قطره را نشان می دهد. نوع تغییر شکل بسته به نسبت رسانایی الکتریکی و گذردهی الکتریکی قطره و سیال پیرامون به صورت کشیدگی در راستای میدان (پرولیت) و یا کشیدگی در راستای عمود بر میدان (آبلیت) می باشد. اثر پارامترهای نسبت رسانایی الکتریکی و نسبت لزجت روی رفتار هیدرودینامیکی قطره بررسی می شود. بر اساس نتایج، با افزایش این کمیت ها مقدار تغییر شکل قطره افزایش می یابد. همچنین با افزایش نسبت رسانایی الکتریکی و نسبت لزجت، آهنگ افزایش تغییر شکل قطره کاهش می یابد.

    کلید واژگان: میدان الکتریکی, قطره نیمه رسانا, روش سطح تراز, روش سیال مجازی}

    In this research, hydrodynamic behavior of a leaky dielectric droplet under an electric field is simulated. The level set method is used for interface tracking and the ghost fluid method is used for modeling discontinuous quantities at interface. Using Taylor’s leaky dielectric model, electric field and electric force at the interface is calculated. Simulation results show the droplet deformation and induced flows inside and outside the droplet under an electric field. Droplet deformation dependent on the electric conductivity and electric permittivity ratio of droplet and surrounding fluid can be as elongation in electric field direction or perpendicular to it. The effect of electric conductivity ratio and viscosity ratio on hydrodynamic behavior of droplet is studied. According to the results, increase in these quantities increases the deformation of droplet. Also, the enhancement rate of droplet deformation is decreased by enhancement of electric conductivity ratio and viscosity ratio.

    Keywords: Electric field, Leaky dielectric droplet, Level-set method, Ghost fluid method}
  • رضا خان پور، سیدپدرام پورنادری*

    تزریق مایع به یک مایع مخلوط نشدنی دیگر و شکست آن و تولید قطرات در بسیاری از فرآیندهای صنعتی نظیر فرآیند جداسازی مایع-مایع از اهمیت اساسی برخوردار است. در این پژوهش فرایند اسپری مایع و تشکیل قطره در رژیم چکیدن با استفاده از یک رویکرد نامیرا در مدل کردن سطح مشترک، شبیه سازی می گردد و تاثیر پارامترهای موثر بر این فرآیند مانند عدد وبر، عدد اهنسرج و عدد باند مورد بررسی قرار می گیرد. برای دنبال کردن سطح مشترک از روش سطح تراز استفاده می شود. برخی کمیت ها نظیر فشار و خواص سیال در سطح مشترک ناپیوسته هستند. در این تحقیق، ناپیوستگی ها در سطح مشترک با روش سیال مجازی اعمال می شود. مشاهده می گردد که با افزایش عدد وبر از 0027/0 به 1875/0، طول مایع خروجی حدود 7 درصد افزایش و زمان شکست مایع حدود 52 درصدکاهش می یابد. همچنین، با افزایش عدد وبر بازگشت مایع به سمت نازل بعد از جدایش قطره کمتر است. افزایش عدد اهنسرج از 0002/0 به 189/0 باعث افزایش طول مایع خروجی تقریبا به میزان 21 درصد و افزایش زمان شکست به میزان 151 درصد می شود. همچنین، در اعداد اهنسرج بزرگ تر بازگشت مایع به سمت نازل بیشتر است. افزایش عدد بانداز 7 به 39 باعث کاهش طول مایع خروجی تقریبا به میزان 26 درصد و کاهش زمان شکست به میزان 91 درصد می شود. در اعداد باند بزرگ تر، بازگشت مایع به سمت نازل کمتر است. نتیجه قابل توجه دیگر، کاهش اندازه قطرات تشکیل شده با افزایش عدد باند می باشد.

    کلید واژگان: تشکیل قطره, روش سطح تراز, روش سیال مجازی, رژیم چکیدن}
    Reza Khanpour

    Injection of a liquid into another immiscible liquid and its breakup and formation of droplets has a basic importance in many industrial processes such as liquid-liquid extraction. In this study, liquid spraying process and drop formation in the dripping mode is simulated using a sharp interface method and effect of important parameters on this process such as Weber number, Ohnesorge number and Bond number is investigated. The level set method is used for interface tracking. Some quantities such as pressure and fluid properties are discontinuous across interface. In this research, discontinuities at the interface are imposed using the ghost fluid method. It is observed that by increasing Weber number (from 0.0027 to 0.1875), the length of the outlet liquid is increased about 7 percent and the liquid breakup time is decreased about 52 percent. Also, at higher Weber numbers, the liquid return toward nozzle after droplet detachment is less. Increasing Ohnesorge number (from 0.0002 to 0.189) increases the length of the outlet liquid about 21 percent and breakup time about 151 percent. Also, at higher Ohnesorge numbers, the liquid return toward nozzle is higher. Increasing Bond number (from 7 to 39) leads to the reduction of the length of the outlet liquid and breakup time about 26 and 91 percent, respectively. Also, at higher Bond numbers, the liquid return toward nozzle is less. Another considerable result is the reduction of the size of formed droplets by enhancement of Bond number.

    Keywords: Drop formation, Level set Method, Ghost Fluid Method, Dripping regime}
  • محمد امدادی، سید پدرام پورنادری*
    در این تحقیق، فرآیند برخورد قطره آب به سطح جامد با استفاده از یک رویکرد نامیرا در مدل کردن سطح مشترک، شبیه سازی می گردد. این رویکرد بر مبنای حل معادلات مومنتوم و پیوستگی با اعمال شرایط پرش مناسب در سطح مشترک می باشد. از روش سطح تراز برای ردیابی سطح مشترک و از تکنیک سیال مجازی برای اعمال دقیق شرایط پرش در سطح مشترک استفاده می شود. بدین ترتیب از میرا کردن کمیت ها در عرض سطح مشترک اجتناب و ناپیوستگی آن ها در سطح مشترک حفظ می شود. مقایسه نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی و عددی، دقت روش عددی را تایید می کند. نتایج حاصل نشان می دهند که روش عددی مورد استفاده، در مقایسه با روش حجم سیال پیش بینی دقیق تری از رفتار قطره در فرآیند برخورد ارائه می دهد. اثر زاویه تماس قطره آب با سطح روی فرآیند برخورد بررسی می شود. در زوایای تماس کمتر از 90°، قطره آب پس از برخورد، روی سطح پخش می شود. ولی برای زوایای تماس بیشتر از 90°، قطره پس از پخش شدن شروع به جمع شدن می کند. در این حالت، پس از جمع شدن قطره امکان بلند شدن آن از روی سطح وجود دارد. با افزایش زاویه تماس، ماکزیمم شعاع پخش شدن قطره کاهش می یابد.
    کلید واژگان: برخورد قطره, روش سطح تراز, روش سیال مجازی, زاویه تماس}
    Mohammad Emdadi
    In this research, water droplet impact process on a solid surface is simulated using a sharp approach for interface modeling. This approach is based on the solving momentum and continuity equations and imposing appropriate jump conditions at the interface. The level set method is used for interface tracking and the ghost fluid method is used to impose jump conditions at the interface accurately. In this way, smearing of quantities across interface is prevented and discontinuities are preserved at interface. The accuracy of numerical procedure is approved via comparison of simulation results with experimental and numerical data. Simulation results show that the used numerical method in comparison with the VOF method, represents more accurate prediction of droplet behavior during impact process. The effect of contact angle between water droplet and surface on the impact process is investigated. For contact angles less than 90°, water droplet spreads on the surface after impact. But, for contact angles greater than 90°, droplet starts to recoil after spreading. In this case, it is possible that droplet rebound from surface after recoiling. Maximum spreading radius of droplet decreases by an increase in contact angle.
    Keywords: Droplet Impact, Level set Method, Ghost Fluid Method, contact angle}
  • لیلا دلبازنسب، سیدپدرام پورنادری*، محمدعلی بذرافکن
    در این پژوهش به شبیه سازی عددی قطره نیمه رسانای غیرنیوتنی تحت اثر میدان الکتریکی یکنواخت پرداخته می شود. هدف این تحقیق، مطالعه تاثیر میدان الکتریکی بر هیدرودینامیک قطره غیرنیوتنی و مقایسه رفتار قطرات نیوتنی و غیرنیوتنی تحت اثر میدان الکتریکی است. از مدل قانون توانی برای توصیف رفتار سیال غیرنیوتنی استفاده می شود. از روش سطح تراز برای تعیین موقعیت سطح مشترک و از روش سیال مجازی برای اعمال ناپیوستگی ها در سطح مشترک استفاده می شود. قطره غیرنیوتنی مشابه قطره نیوتنی تحت اثر میدان الکتریکی دچار تغییر شکل می شود. این تغییر شکل ممکن است به صورت کشیدگی در راستای میدان یا در راستای عمود بر آن باشد. با افزایش عدد مویینگی الکتریکی (نسبت نیروی الکتریکی به نیروی کشش سطحی) برای قطرات غیرنیوتنی با ثابت های توانی مختلف، تغییر شکل قطره افزایش می یابد. در این پژوهش، رفتار قطرات غیرنیوتنی با ثابت های توانی مختلف با یکدیگر مقایسه و مشاهده شد که با افزایش ثابت قانون توانی تغییر شکل قطره افزایش می یابد. بر طبق نتایج حاصل، تغییر شکل قطره رقیق شونده برشی از تغییر شکل قطره نیوتنی و تغییر شکل قطره نیوتنی از تغییر شکل قطره غلیظ شونده برشی کمتر است.
    کلید واژگان: تغییر شکل, قانون توانی, روش سطح تراز, روش سیال مجازی, میدان الکتریکی}
    L. Delbaznasab, S.P. Pournaderi*, M.A. Bazrafkan
    In this research, the deformation of a non-Newtonian leaky-dielectric droplet suspended in another non-Newtonian fluid under a uniform electric field is simulated. The aim of this research is the studying the effect of the electric field on the hydrodynamic of non-Newtonian droplets and also the comparison between the behavior of Newtonian and non-Newtonian droplets in the presence of an electric field. The power law model is used to describe non-Newtonian fluid behavior. The level set method is employed to determine the location of the interface. Also, the ghost fluid method is used to apply discontinuities at the interface. By applying an electric field, a non-Newtonian droplet deforms similarly to a Newtonian one. This deformation may occur either in the direction of the electric field or perpendicular to it. By increasing the electric Capillary number (ratio of electric force to surface tension force) the deformation of the non-Newtonian droplet with different power law constants increases. In this research, the behavior of different non-Newtonian droplets with different power constants was compared and it was observed that by an increase in the power law constant the drop deformation increases. According to the results, the deformation of a shear-thinning droplet under an electric field is less than the deformation of a Newtonian droplet and the deformation of a Newtonian droplet is less than the deformation of a shear thickening droplet.
    Keywords: Deformation, Power-Law, Level-Set Method, Ghost Fluid Method, Electric Field}
  • M. Emdadi, P. Pournaderi *
    In this research, droplet impact on a surface is simulated by using a sharp method for interface modeling. The level-set method along with the ghost fluid method is used to model interface in a sharp fashion. Different contact line models are compared and evaluated at both low and high impact velocities. On a hydrophobic surface, dynamic models developed by Hoffman and Jiang represent a more accurate prediction of droplet behavior during the impact process than the static and molecular kinetic dynamic models, especially at rebounding stage. At lower impact velocities, the Hoffman’s model represents better predictions. However, at higher impact velocities, the Jiang’s model is somewhat more accurate. The molecular dynamic model is not appropriate for high impact velocities. On a hydrophilic surface, at low impact velocities, the Jiang’s model represents satisfactory results, whereas the static and the Hoffman’s models cannot produce accurate results, after initial stages of the impact process. At high impact velocities, the static model shows considerable deviation from the experimental results. The effect of the contact angle on the dynamic behavior of the droplet is investigated. At contact angles lower than 900, the droplet only spreads on the surface after impact. However, at contact angles higher than 900, the droplet starts to recoil after spreading. In this case, it is possible that droplet rebounds from surface after recoiling. Maximum spreading radius of the droplet decreases by an increase in contact angle. At higher contact angles, less time is needed for the droplet to rebound from surface.
    Keywords: Droplet impact, Dynamic contact angle, Level-set method, Ghost fluid method}
  • حامد نظری، سید پدرام پورنادری*
    در این تحقیق، اثر میدان الکتریکی روی تغییر شکل و تغییر فاز یک قطره کاملا رسانای معلق در یک سیال عایق بررسی می شود. معادلات اساسی، معادلات جریان و انرژی در حالت تراکم ناپذیر می باشند. اثر میدان الکتریکی به صورت تنش های نرمال در سطح مشترک ظاهر می شود که باید هنگام حل معادلات جریان اعمال شوند. از روش سطح تراز برای ردیابی سطح مشترک استفاده می شود. ناپیوستگی های موجود در سطح مشترک با استفاده از روش سیال مجازی اعمال می گردند. ابتدا تاثیر میدان الکتریکی روی هیدرودینامیک قطره مطالعه می شود. تطابق خوبی بین نتایج شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی مشاهده می گردد.. در اثر تنش های الکتریکی، قطره دچار تغییر شکل شده و در جهت میدان کشیده می شود. با افزایش عدد مویینگی الکتریکی، تغییرشکل قطره افزایش می یابد. اگر عدد مویینگی الکتریکی از حد بحرانی فراتر رود، تغییر شکل قطره ناپایا خواهد بود. نوآوری تحقیق حاضر مربوط به مطالعه اثر میدان الکتریکی روی تبخیر قطره می باشد. بر اساس نتایج حاصل، نرخ تبخیر قطره در حضور میدان الکتریکی افزایش می یابد. در صورتی که عدد مویینگی الکتریکی از حد معینی)عدد مویینگی الکتریکی بحرانی تبخیر(تجاوز کند، تبخیر قطره به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. این مقدار بحرانی برای اولین بار در این تحقیق معرفی می شود.
    کلید واژگان: روش سطح تراز, میدان الکتریکی, تغییر شکل قطره, تغییر فاز}
    H. Nazari, P. Pournaderi *
    In this research , the effect of an electric field on the deformation and phase change ofa perfect conductive drop suspended in a perfect dielectric fluid is studied . Basic equations are theincompressible flow and energy equations . Electric field effect appears as normal stresses at interfacewhich are taken into account in solving flow equations . The level-set method is used for interfacetracking. Discontinuities at interface are imposed using the ghost fluid method. In the first step , the effectof an electric field on the hydrodynamic of a drop is studied . A good agreement between the simulationand experimental results is observed. Due to electric stresses , drop deforms in the direction of electricfield . The drop deformation increases with the electric capillary number. If the electric capillary numberexceeds the critical value, deformation will be unsteady. Novelty of this research is related to the studyof electric field effect on the drop evaporation. Based on the results, drop evaporation rate is enhancedin the presence of an electric field . If the electric capillary number exceeds a specific value (evaporationcritical electric capillary number) , drop evaporation will increase considerably . This critical value isintroduced in this research, for the first time.
    Keywords: Level set Method, electric field, Drop deformation, Phase change}
  • حسن علی جهانگیری، علی جهانگیری *
    در این مقاله روش بهینه سازی توپولوژی با استفاده از روش مجموعه سطوح تراز جهت تعیین توپولوژی بهینه براساس داده های به دست آمده از حل مسئله انتقال گرمای دوبعدی با استفاده از روش تحلیل اجزاء محدود، توسعه داده شده است. در روش مجموعه سطوح تراز، مرزهای سازه به وسیله یک تراز از تابع اسکالر دینامیکی ضمنی از بعد بالاتر معرفی می شوند. همچنین از معادله آلن-چان جهت بروز رسانی متغیرهای طراحی استفاده شده است که دارای مزیت هایی نسبت به روش کلاسیک می باشد از جمله امکان ایجاد حفره های جدید در طی فرایند بهینه سازی، قابل حذف شدن مرحله مربوط به دوباره مقداردهی و پایدار باقی ماندن مسئله بهینه سازی از لحاظ عددی. تابع هدف،کمینه کردن ظرفیت توان گرمایی بوده و آنالیز حساسیت در چندین مسئله نمونه انتقال گرما با استفاده از روش مجموعه سطوح تراز جهت بهینه سازی توپولوژی به همراه روش تحلیل اجزاء محدود بررسی شده است. سرانجام، نتایج حل شش مسئله نمونه انتقال گرما شامل بار گرمایی نقطه ای، بار گرمایی گسترده، دمای معلوم غیر صفر روی مرزها و ترکیبی از این سه جهت نشان دادن اعتبار روش مذکور ارائه شده است.
    کلید واژگان: انتقال گرما, بهینه سازی توپولوژی, روش مجموعه سطوح تراز, معادله انتشار واکنشی, آنالیز حساسیت, اجزاء محدود}
    H. A. Jahangiri, A. Jahangiri *
    In this paper a level set-based topological optimization method is developed for determining the optimized topology based on the data obtained from solving two-dimensional heat conduction problem using finite elements method. In level-set method, all structural boundaries are parameterized by a level of dynamic implicit scalar function of higher order. Moreover, Allen-Chan equation has been used to update the design variables which have advantages compared to the classic method including letting new holes to be created during the optimization process, ability of removing the re-initialization step and the numerical stability of optimization process. In the present study, the objective function is to minimize thermal power capacity. Sensitivity analysis has been investigated on several heat conduction problems to optimize the topology using level-set and finite element methods. Finally, topological optimization results obtained from 6 heat conduction problems including point thermal load, spread thermal load, nonzero specified temperature on boundaries and the combination of these 3 cases have been presented to demonstrate the validity of the proposed method.
    Keywords: Heat transfer, Topology Optimization, Level-set Method, Reaction-Diffusion equation, Sensitivity Analysis, FiniteElements}
  • حسن علی جهانگیری، علی جهانگیری*
    بهینه سازی توپولوژیکی کیفیت انتقال حرارت دوبعدی در یک محفظه بسته، بعنوان یک مسئله ترموفیزکی نمونه، همواره از اهمیت بسزایی برخوردار بوده است. در این مقاله روش بهینه سازی توپولوژی با استفاده از روش مجموعه سطوح تراز جهت به دست آودرن توپولوژی بهینه براساس داده های به دست آمده از حل مسئله انتقال حرارت دوبعدی شامل بار حرارتی نقطه ای و بار حرارتی گسترده در دامنه محاسباتی با استفاده از روش تحلیل اجزاء محدود، توسعه داده شده است. در روش مجموعه سطوح تراز، مرزهای سازه به وسیله یک تراز از تابع اسکالر دینامیکی ضمنی از بعد بالاتر معرفی می شوند. تغییرات این تابع در مراحل بهینه سازی می تواند به سادگی جدا شدن و متصل شدن مرزهای دینامیکی را مدل سازی نماید. برای تشکیل این تابع و تعیین دمای مجهول می توان از توابع شکل مورد استفاده در تحلیل اجزاء محدود استفاده کرد. تابع هدف در این مقاله کمینه کردن ظرفیت توان حرارتی بوده و آنالیز حساسیت در چندین مسئله نمونه انتقال حرارت با استفاده از روش مجموعه سطوح تراز جهت بهینه سازی توپولوژی به همراه روش تحلیل اجزاء محدود بررسی شده است. در نهایت نتایج حل سه مسئله نمونه انتقال حرارت شامل بار حرارتی نقطه ای، بار حرارتی گسترده و ترکیبی از این دو جهت نشان دادن اعتبار روش مذکور ارائه شده است. با استفاده از این روش، هزینه و زمان محاسبات بهینه سازی کاهش یافته و می تواند برای محدوده وسیعی از مسائل بهینه سازی توپولوژی انتقال حرارت محاسباتی به کار گرفته شود.
    کلید واژگان: انتقال حرارت, بهینه سازی توپولوژی, روش مجموعه سطوح تراز, آنالیز حساسیت, اجزاء محدود}
    Hassan Ali Jahangiry, Ali Jahangiri *
    Topology optimization of the heat transfer quality in two-dimensional heat conduction problem at enclosure as one of the typical thermo-physical problems has always been quite important. In this paper a level set-based topological optimization procedure of two-dimensional heat conduction problem include point and speared thermal on computational domain load using finite elements method is developed. In level-set method, all structural boundaries are parameterized by a level of dynamic implicit scalar function of higher order. Changes of this function can easily model the detachment and attachment of dynamic boundaries in topology procedures. The same shape functions of finite elements analysis are employed to approximate the unknown temperatures and geometry modeling of the design domain. The objective function is to minimize thermal power capacity and sensitivity analysis on some heat conduction problems is investigated to deal with the topology optimization using level-set method with the finite elements scheme. Finally, topology optimization results of 3 heat conduction problems under both include point and spread thermal load cases are presented to demonstrate the validity of the proposed method. The proposed method lead to a significant reduction of the computational cost and time and it can be applied to a wide range of topology optimization problems arising from the heat transfer.
    Keywords: Heat transfer, Topology Optimization, Level-set Method, Sensitivity Analysis, Finite Elements}
  • سید مهدی میرساجدی*، محمد مهدی قیصری
    در این تحقیق به منظور توصیف عددی دقیق تر پس روی گرین های دوبعدی با روش مجموعه سطوح، روش المان برشی ارائه و بررسی می شود. در این روش با تشکیل یک شبکه زمینه کارتزین و تعیین تابع حداقل فاصله نسبت به مرز گرین، سلول های دربردارنده مرز مشخص می شوند. به منظور بررسی وضعیت مرز نسبت به سلول های شبکه، دو الگوریتم المان برشی کامل و منتخب در نظر گرفته شده و مقادیر طول مرز و مساحت محصور در هر المان محاسبه می شوند؛ الگوریتم کامل مورد استفاده شامل کلیه حالات ممکن (30 حالت) برای برش یک مستطیل (المان) توسط پاره خط های مختلف (مرز) می باشد. اما در الگوریتم منتخب تنها حالات پرکاربرد مبنای عملکرد قرار می گیرند. برای اعتبارسنجی و مقایسه دو الگوریتم ارائه شده، ابتدا پس روی چند گرین ساده با روش مجموعه سطوح انجام و نتایج سه روش کلاسیک، المان برشی کامل و منتخب با حل تحلیلی آن مقایسه می شود. در ادامه با تحلیل پس روی چند گرین پیچیده تاثیر دو الگوریتم کامل و منتخب بر روی زمان اجرا سنجیده می شود. نتایج نشان می دهند اگرچه روش المان برشی نسبت به روش کلاسیک زمان اجرا را افزایش می دهد اما دقت حل نیز به میزان قابل توجهی بهبود می یابد. از سوی دیگر با استفاده از الگوریتم منتخب می توان با داشتن دقتی نزدیک به الگوریتم کامل، زمان اجرا را کاهش داد.
    کلید واژگان: سوخت جامد, پس روی گرین, المان برشی, روش مجموعه سطوح}
    Seyed Mahdi Mirsajedi*, Mir Mehdi Gheisari
    In this research, cut cells level set method despite of classic level set method is presented to evaluate more accurate grain burn-back analysis. This method is included of a Cartesian grid and by determination of the minimum distance to the grain boundary, boundary cells are specified. In order to investigate grain boundary condition with respect to Cartesian grids, two algorithms of perfect cut cells and selected cut cells are considered. In the perfect algorithm, all possible states (thirty states) for cutting cells by boundary lines, are considered. However, in the selected algorithm, more application states are considered. Comparison of results between classic, perfect and selected cut cells level set method prove, that CPU time increase, from classic to cut cells methods. However, accuracy of results increases also. The results of the selected method have a similar accuracy with a significant reduction in CPU time with respect to perfect method.
    Keywords: Solid Propellant, Grain Burnback, Cut Cell, Level Set Method}
  • امین حدیدی، داود جلالی وحید *

    مواجهه جفت حباب ها در جریان های دوفازی به وفور مشاهده می شود که این مواجهه میتواند منجر به الحاق آنها شود. الحاق حبابها یکی از پدیده های فیزیکی مهمی است که در ستونهای مایع رخ می دهد. توسعه دانش مربوط به الحاق دو حباب، به توصیف بهتر و درک دقیقتر جریانهای دوفازی حبابی کمک میکند. اثر میدان مغناطیسی یکنواخت خارجی، تاکنون بر اندرکنش و الحاق حبابهای سیالات دی الکتریک مورد مطالعه قرار نگرفته است. از این رو در پژوهش حاضر، اثر میدان مغناطیسی خارجی یکنواخت بر اندرکنش و الحاق حبابهایی که در مایع ساکن صعود میکنند، مورد مطالعه قرار گرفته است. حبابها در حالت اولیه کروی فرض شده و هر دو فاز مایع و گاز در ابتدا ساکن فرض شده اند. همچنین هر دوفاز تراکم ناپذیر و دی الکتریک فرض شده و میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده نیز یکنواخت میباشد. شبیه سازی عددی میدان جریان دوفازی و حل میدان سرعت از طریق روش حجم محدود صورت گرفته و گسسته سازی معادله مغناطیسی نیز با روش تفاضل محدود انجام شده است. برای مدلسازی مرز مشترک دوفاز نیز از الگوریتم لول ست استفاده شده است. نتایج عددی پژوهش حاضر با داده های تجربی و عددی محققین قبلی، توافق خوبی دارد. نتایج بدست آمده نشان میدهد که میدان مغناطیسی یکنواخت اعمال شده، شکل و دینامیک حبابها و نیز اندرکنش و الحاق آنها را تحت تاثیر قرار میدهد؛ بطوریکه میدان مغناطیسی اعمال شده سبب تسریع در الحاق عمودی حبابها میشود. از این رو، میدان مغناطیسی خارجی یکنواخت می تواند برای کنترل الحاق حبابها مورد استفاده قرار گیرد.

    کلید واژگان: الحاق حباب ها, جریان حبابی, روش لول ست, ستون مایع لزج, جفت حباب}
    Amin Hadidi, Davood Jalali Vahid

    The encounter between bubble pairs can be happened in the bubble flows and may result in coalescence, which is one of the most important elementary physical processes occurring in liquid columns. Sufficient knowledge of the coalescence process of two bubbles can lead to a better description of the bubbly flow’s behavior. Effects of uniform magnetic fields on the interactions and coalescence of dielectric bubbles were not studied up to now; therefore in this research, interactions and coalescence of two bubbles in a viscous stagnant liquid has been simulated numerically. Considered bubbles are spherical and fluids are stagnant, initially. Both liquid and gas phases considered being incompressible and dielectric where applied magnetic field is uniform. In the numerical simulation of the problem, the Finite Volume method was applied using the SIMPLE algorithm to discretizing the governing equations while the finite difference method was used for discretizing of the magnetic field equation. For simulating the interface of two phases, the level set method has been incorporated. The results outlined in the present study well agree with the existing experimental and numerical results. Obtained results show that applied uniform magnetic field affects shape, dynamics and also interactions and coalescence of bubble pairs. Applied magnetic field enhances coalescence between in-line rising bubbles. Therefore, the external uniform magnetic field could be used for contactless control of the coalescence process between bubbles.

    Keywords: Coalescence of Bubbles, Bubbly Flow, Level Set Method, Viscous Liquid Column, Pair of Bubbles}
  • رضا نادری، عبدالغفور خادم الرسول
    روش اجزای محدود توسعه یافته روشی جدید بر پایه غنی سازی پیکره بندی واحد ناپیوسته در فضای تقریب اجزای محدود استاندارد می باشد. علیرغم پیشرفت هایی که در نرم افزارهای تولید شبکه اجزای محدود بوجود آمده است، کماکان تعویض و بروز رسانی شبکه اجزای محدود در خلال فرایند گسترش ترک بسیار مشکل و پیچیده باقی مانده است. زمانی چنین موضوعی پیچیده تر خواهد شد که چندین ناپیوستگی و مرز داخلی ناهمگن، در دامنه فیزیکی مساله که با المانهای محدود گسسته سازی شده وجود داشته باشد. روش اجزای محدود توسعه یافته در ترکیب با روش مجموعه تراز می تواند بر این مشکل فایق آید. در این مطالعه، ترک های از پیش تعریف شده و مرزهای داخلی، شامل حفره و مرز ناهمگن به کمک توابع مجموعه تراز تولید می شود. به علاوه اثر اندرکنش مرزهای داخلی بر الگوی گسترش ترک مورد بررسی قرار خواهد گرفت. همچنین مقادیر فاکتور شدت تنش در مود مرکب از طریق انتگرال اندرکنش که بر پایه انتگرال مستقل از مسیر J بدست آمده است، محاسبه می شوند. مثال های عددی که در این مطالعه مورد بررسی قرار می گیرند با دیدگاه کاربرد مهندسی در طراحی اجزای حاوی ناپیوستگی با لحاظ نمودن شکست می باشند. نتایج بدست آمده نشان دهنده تاثیرات متفاوت مرزهای داخلی نرم، سخت و حفره داخلی بر مسیر رشد ترک می باشند.
    کلید واژگان: اجزای محدود توسعه یافته, روش مجموعه تراز, مرز ناهمگن, حفره, گسترش ترک}
    Reza Naderi, Abdolghafoor Khademalrasoul
    Extended finite element method (X-FEM) has been recently emerged as an approach to implicitly create a discontinuity based on discontinuous partition of unity enrichment (PUM) of the standard finite element approximation spaces. Despite numerous progresses in mesh generating updating of finite element mesh during crack propagation remain extremely heavy and difficult. This problem becomes more complicate, when there are many discontinuities in the finite element domain. However, the extended finite element method (X-FEM) in the combination with level set method (LSM) could overcome this cumbersome issue. In this contribution, predefined cracks and internal boundaries are created using level set functions and also the effects of soft/hard inclusions (interfaces) and voids are considered on crack propagation schemes. In fact, the interaction of crack and heterogeneities are considered. The level set functions are utilized to represent the locations and the evolutions of internal interfaces. In addition, the stress intensity factors for mixed mode crack problems are numerically calculated by using the interaction integral method. Different crack growth paths are simulated automatically for different oriented edge and center cracks and the interactions of internal boundaries on crack propagations are shown. All numerical examples are demonstrated the flexibility and capabilities of X-FEM in the applied fracture mechanics.
    Keywords: Extended Finite Element Method, Level Set Method, Interfaces, Void, Crack propagation}
  • رضا نادری، عبدالغفور خادم الرسول
    در این مطالعه به بررسی چگونگی رشد خودکار ترک به عنوان یکی از مسایل پیچیده عددی در مکانیک شکست پرداخته می شود. در این مطالعه برای فایق آمدن بر نواقص روش اجزای محدود استاندارد در مدلسازی ترک و رشد آن از روش اجزای محدود توسعه یافته (XFEM) استفاده شده است. در مطالعه حاضر از روش مجموعه ی تراز (LSM) مسیر رشد ترک در حالت مود مرکب مشخص می شود. همچنین برای مسایل دو بعدی صفحه ای با تعریف یک فضای کمکی، فاکتورهای شدت تنش با استفاده از انتگرال متقابل M که کاملا بر پایه انتگرال مستقل از مسیر J استوار است، محاسبه می شوند. همچنین اختلاف نحوه رشد ترک برای شرایط مرزی متفاوت نشان داده می شود. در این مطالعه رشد پایدار ترک خستگی با اعمال تعداد سیکلهای بارگذاری متعدد و با استفاده از قانون پاریس به دست آمده است. در انتها برای حصول اطمینان از نتایج آنالیز عددی، نتایج به دست آمده برای فاکتورهای شدت تنش و نیز مسیرهای رشد ترک با نتایج تحلیلی فاکتورهای شدت تنش و نیز نتایج آزمایشگاهی در رشد ترک مقایسه می شود.
    کلید واژگان: اجزای محدود توسعه یافته, روش مجموعه تراز, انتگرال متقابل, قانون پاریس, رشد ترک و خستگی}
    Automatic crack propagation and stable fatigue crack growth as complicate problems in fracture mechanics are studied. In this study The Extended Finite Element Method (XFEM) is utilized because of several drawbacks in standard finite element method in crack propagation modeling. Estimated Crack paths are obtained by using Level Set Method (LSM) in coupling with XFEM for 2D mixed mode crack propagation problems. Stress intensity factors for mixed mode crack problems are numerically calculated by using interaction integral method completely based on familiar path independent J-integral method. Different crack path growths are shown for different types of boundary conditions. Also, stable fatigue crack growth due to numerous cycles of loading using Paris law is presented. Finally, some experimental results and analytical solutions for stress intensity factors are concerned to guarantee the numerical estimated crack path growths and stress intensity factors respectively.
    Keywords: Extended Finite Element Method, Level Set Method, Interaction Integral, Paris Law, Crack Growth, Fatigue}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال