فهرست مطالب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک - سال بیست و هشتم شماره 1 (پاییز و زمستان 1395)

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال بیست و هشتم شماره 1 (پاییز و زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/12/24
  • تعداد عناوین: 9
|
  • علمی پژوهشی
  • محمد مجدم، علی حاجیلوی بنیسی صفحات 1-14
    به منظور طراحی بهینه و ساخت کمپرسورهای شعاعی، مطالعه میدان سرعت و فشار در اجزای این ماشین ها ضروری می نماید. جریان درون محفظه کاملا سه بعدی و پیچیده است و می تواند عملکرد اجزای بالادست آن را تحت تاثیر قرار دهد. از این رو مطالعه جریان در این جزء می تواند به طراحی بهینه آن و ارتقای عملکرد کمپرسور بیانجامد.
    در این پژوهش، مطالعه نظری و تجربی جریان محفظه کمپرسور گریز از مرکز در جهت بررسی ساختار جریان و تلفات ناشی از آن صورت می گیرد. مدل سازی عددی شامل استخراج هندسه کمپرسور موجود، مدل سازی اجزا، شبکه بندی و تحلیل جریان است. به منظور اعتبارسنجی مدل عددی، عملکرد محفظه با نصب حسگرهای فشار در مقاطع مختلف کمپرسور و ساختار میدان با استفاده از کاوشگر پنج راهه در مجرای محفظه بررسی می گردد. انحراف نتایج تجربی و عددی در پیش بینی افت فشار محفظه قابل قبول است و با افزایش دبی جرمی، این انحراف کاهش می یابد. نتایج میدان جریان، ضمن اینکه با دقت خوبی ساختار گردابه اجباری را در مقطع محفظه که از نوع نیمه خارجی است پیش بینی می کند، حاکی از تاثیر قابل توجه جریان خروجی از دیفیوزر بر ساختار جریان است که به عنوان یکی از دلایل تلفات در این نوع محفظه ها نسبت به محفظه های خارجی در نظر گرفته می شود.
    کلیدواژگان: کمپرسور جریان شعاعی، محفظه، مطالعه میدان جریان، کاوشگر پنج، راهه
  • صالح عباسی مود، مجید ملک جعفریان صفحات 15-30
    مقاله حاضر به بررسی حل عددی معادلات ناویر-استوکس تراکم پذیر در حالت ناپایا و دوبعدی بر پایه روش حجم محدود با طرحی جدید می پردازد. لذا طرح حفظ مقدار انرژی جنبشی (Kinetic Energy Preserving (KEP)) برای حل میدان جریان تراکم پذیر گذر از صوت و مافوق صوت خارجی روی شبکه های خیلی ریز (تعداد مش از مرتبه عدد رینولدز) بدون نیاز به جملات اتلاف مصنوعی، حتی در محل وقوع امواج ضربه ای معرفی می گردد. لازم به ذکر است که حل میدان جریان با طرح مورد نظر در این محدوده از سرعت، برای اولین بار ارائه می شود. لذا با انفصال معادلات حاکم براساس طرح KEP و حذف اثرات اتلافی، شبیه سازی عددی مستقیم (Direct Numerical Simulation) جریان امکان پذیر می گردد. نتایج به دست آمده از این حل، برای جریان مافوق صوت روی صفحه تخت و جریان گذر از صوت روی ایرفویل در اعداد رینولدز پایین نشان می دهد که روش KEP قادر است بدون هیچ اتلاف مصنوعی حتی در نواحی با امواج ضربه ای، حلی پایدار و غیرنوسانی ارائه دهد. بنابراین می توان از روش KEP به منظور شبیه سازی عددی مستقیم جریان های آشفته (بدون نیاز به هیچ گونه مدل سازی پدیده آشفتگی) بهره برد.
    کلیدواژگان: جریان لزج تراکم پذیر، روش حجم محدود، شبیه سازی عددی مستقیم، حفظ مقدار انرژی جنبشی
  • رضا فتحی، میرمحمد اتفاق صفحات 31-46
    یکی از روش های جدید برای تامین انرژی سیستم های پایش سلامت پل ها استفاده از انرژی مکانیکی است. در این روش با استفاده از مبدل پیزوالکتریک، انرژی ناشی از ارتعاشات پل به الکتریسته تبدیل می شود. مزیت این روش عدم نیاز به تعویض یا شارژ باتری سیستم پایش سلامت می باشد. در تحقیقات پیشین، مطالعاتی بر روی تولید انرژی از ارتعاشات پل ها انجام شده است ولی تحقیقی در زمینه ی بررسی آماری مقدار انرژی تولید شده با در نظر گرفتن نامعینی در نوع و خواص خودروهای عبوری از روی پل انجام نشده است. بنابراین در این مقاله، مقادیر آماری ولتاژ تولید شده بعد از مدل سازی مناسب پل-وسیله نقلیه و برداشت کننده انرژی در حضور تمامی نامعینی های موجود در وسیله نقلیه با استفاده از روش مونت کارلو، استخراج شده است.
    کلیدواژگان: پیزوالکتریک، ارتعاشات پل- خودرو، آنالیز نامعینی، شبیه سازی مونت کارلو
  • سیدعلی سجادی فر، آرش کریمی پور، داود طغرایی صفحات 47-62
    در تحقیق حاضر جریان و انتقال حرارت نانوسیال غیرنیوتنی محلول آبی کربوکسی متیل سلولز- اکسید آلومینیوم با کسرحجمی های مختلف نانوذرات در یک میکرولوله دوبعدی شبیه سازی می شود. شرایط مرزی سرعت لغزشی و پرش دمایی روی دیواره میکرولوله نیز درنظر گرفته می شود. اعتبار داده های حاصل در مقایسه با داده های محققان پیشین مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج حاصل به صورت خطوط هم دما، عدد ناسلت، پروفیل های دما و سرعت در مقاطع مختلف میکرولوله ارائه می گردد. مشاهده می شود که عدد ناسلت با افزایش ضریب لغزش و درصد حجمی نانو ذرات جامد افزایش می یابد و نرخ این افزایش در مقادیر بالای عدد رینولدز بیشتر است.
    کلیدواژگان: نانوسیال غیرنیوتنی، میکرولوله، سرعت لغزشی، پرش دمایی
  • محمد جعفری، محمدباقر نظری صفحات 63-74
    بر پایه تئوری ترموالاستیسیته دوبعدی حالت پایدار میدان تنش در اطراف گشودگی های مختلف در یک صفحه نامحدود همسان گرد مورد بررسی قرار می گیرد. صفحه در بی نهایت تحت جریان حرارتی یکنواخت است و مرز گشودگی مرکزی عایق است. با استفاده از توابع پتانسیل مختلط و به کارگیری نگاشت همنوا و حل معادلات انتگرالی، تاثیر انحنای گوشه گشودگی بر توزیع تنش اطراف گشودگی مطالعه می شود. روش حل بر پایه بسط روش گودیر و فلورنس است. آنها از روش متغیر مختلط برای تحلیل تنش ورق نامحدود همسان گوشه گرد حاوی گشودگی دایره ای و بیضی شکل استفاده کردند. برای سادگی استفاده از انتگرال کوشی ورق نامحدود شامل گشودگی غیردایروی به ناحیه درون دایره ای به شعاع واحد نگاشته می شود. نتایج حاصل نشان می دهند که انحنای گوشه گشودگی تاثیر بسزایی بر توزیع تنش دارد.
    کلیدواژگان: نرمی گشودگی، تنش حرارتی، نگاشت همنوا، حل تحلیلی، شار حرارتی
  • امین امیری دلویی، محمدحسن کیهانی، محسن نظری صفحات 75-92
    در مطالعه حاضر روش ترکیبی مرزغوطه ور- شبکه بولتزمن غیرنیوتنی برای شبیه سازی نیروهای وارد بر ذره و هم چنین محاسبه سرعت حرکت ذره در مجاورت سیالات غیرنیوتنی مختلف، توسعه داده شده است. در این تحقیق، اثرات نیروی اضافی ناشی از وجود جرم شتابدار نیز در معادلات حرکت غیرنیوتنی ذره لحاظ شده اند. دو مسئله کاربردی شامل جریان سیال غیرنیوتنی توانی از روی سیلندر ثابت با سطح مقطع مربعی و سقوط یک ذره مربعی در سیالات غیرنیوتنی با خواص مختلف رقیق برشی و ضخیم برشی بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که نیروی وارد بر سیلندر در حالت ثابت و سرعت حد ذره در حال سقوط با افزایش شاخص رفتار غیرنیوتنی توانی به ترتیب افزایش و کاهش قابل ملاحظه ای را تجربه خواهند نمود.
    کلیدواژگان: روش مرز غوطه ور، روش شبکه بولتزمن، شبیه سازی عددی مستقیم، سیال غیرنیوتنی توانی، سطح مقطع مربعی
  • مهدی بیدآبادی، میلاد رمضانپور، علیرضا خویینی پورفر صفحات 93-110
    در این پژوهش، مدل سازی احتراق جریان متقابل ابرذرات نفوذی مورد بررسی قرار گرفت. مدل ارائه شده مبتنی بر این فرض است که ذرات سوخت ابتدا تبخیر می شوند تا سوخت گازی را برای ورود به واکنش با اکساینده تولید نمایند. واکنش صورت گرفته مفروض، از قانون آرنیوس پیروی می کند. معادلات بقا به صورت تحلیلی حل شدند و دمای شعله برحسب تغییرات اعداد لوئیس سوخت و اکساینده ارائه شد. هم چنین روند تغییر موقعیت شعله با تغییر اعداد لوئیس مورد ارزیابی قرار گرفت و مشخص شد که دمای شعله با افزایش اعداد لوئیس سوخت و اکساینده، کاهش می یابد به طوری که با افزایش عدد لوئیس سوخت از 1/0 تا 4/1، دمای شعله دریج از 1943 به 1473 درجه کلوین کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: احتراق ابرذرات، جریان متقابل، شعله نفوذی، حل تحلیلی
  • یادداشت پژوهشی
  • محرم حبیب نژاد کورایم، هدیه بادکوبه هزاوه، معین طاهری صفحات 111-122
    در این مقاله زبری سطح سلول سرطانی HT29 با استفاده از تحلیل تصاویر توپوگرافی به دست آمده توسط میکروسکوپ نیروی اتمی تعیین شده است. بر مبنای نتایج آنالیز زبری انجام شده و معادلات تئوری زبری رابینوویچ، شعاع متوسط برجستگی های سطح نمونه و سطح مبنا تعیین شده است. این مقادیر در روابط مدل دینامیک منیپولشن ذرات زبر وارد شده و مقادیر نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن سلول ها شبیه سازی شده است. برمبنای نتایج، مد غلتشی مد غالب در شروع به حرکت سلول است و تحلیل برمبنای مدل رابینوویچ نسبت به مدل رامپ مقادیر نیرو و زمان بحرانی کمتری را پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: زبری سطح، سلول سرطانی HT29، میکروسکوپ نیروی اتمی، نانومنیپولیشن
  • عباس هاشمی، محمدحسین پور، سید محمدحسین سید کاشی صفحات 123-131
    در فرآیندهای شکل دهی ورق، تولید قطعات مخروطی-استوانه ای در یک مرحله و با دقت بالا به دلیل وجود عیوب چروکیدگی و پارگی بسیار دشوار است. یکی از کاراترین روش ها در میان فرآیندهای هیدروفرمینگ ورق به منظور تولید قطعات مخروطی- استوانه ای، روش کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی است. در این مقاله مسیر فشار شکل دهی به عنوان یکی از مهم ترین پارامترهای موثر در این فرآیند، مورد بررسی قرار گرفت و در یک روش جدید با ترکیب روش اجزای محدود با استفاده از نرم افزار انسیس و بهینه سازی با الگوریتم تبرید تدریجی، مسیر بهینه فشار به دست آمد.
    کلیدواژگان: قطعات مخروطی- استوانه ای، کشش عمیق هیدرودینامیکی، الگوریتم تبرید تدریجی، روش اجزای محدود، مسیر فشار
|
  • Mohammad Mojaddam, Ali Hajilouy Benisi Pages 1-14
    An optimal design and fabrication of compressors requires flow investigation through the compressor components. Flow field inside the volute is fully three dimensional and turbulent. Better understanding of flow mechanism leads to improve the volute design procedure. In this research the experimental and numerical flow investigation through a radial flow compressor volute are performed to recognize flow field pattern and its effect on pressure loss. The whole compressor components are modeled and the flow field inside the volute is explored. Numerical studies are verified by measuring the pressures at different cross sections using pressure taps. Flow field investigation through volute cross sections at different operating range of the compressor is performed utilizing a five-hole probe. The experimental and numerical result differences for volute total pressure loss prediction are limited and decrease by mass flow rate increase. Flow field measuring results show the flow forced vortex structure at volute cross section. The effect of diffuser discharge on the fluid field in semi-external volute cross section is recognized as an extra pressure loss source in addition to creating the non-uniformity in velocity profile.
    Keywords: Radial flow compressor, Volute, Flow field, Five, hole probe
  • Saleh Abbasi Mood, Majid Malek Jafarian Pages 15-30
    Present paper investigates the numerical solution of two-dimensional unsteady compressible Navier-Stokes equations by a new scheme based on the finite volume method. Kinetic Energy Preserving (KEP) scheme is introduced for solving the supersonic and Transonic external compressible flow field on very fine grids (with a number of cells of the order of the Reynolds number) without artificial dissipation terms even in place of shock waves. It should be noted that the solution of flow field with this scheme in this range of speed, is presented for the first time. By discretization of the governing equations based on KEP scheme and elimination of dissipative effects, the Direct Numerical Simulation (DNS) of the flow is possible. The results of this solution for supersonic flow over flat plate and Transonic flow over the airfoil at low Reynolds numbers show that the KEP method can be presented stable and non-oscillatory solution by no artificial dissipation even in areas with shock waves. Therefore, the KEP method can be used for DNS of turbulent flows (without a modeling the turbulence phenomena itself).
    Keywords: Words Compressible Viscous Flow, Finite Volume Method, Direct Numerical Simulation, Kinetic Energy Preserving Scheme
  • Reza Fathi, Mir Mohammad Ettefagh Pages 31-46
    One of the new methods for electrical powering of the bridge health monitoring systems is applying energy harvesting systems using bridge vibration. In this method, the piezoelectric material is employed for converting mechanical energy into electrical energy. The advantage of this method is based on not implementing the battery charging system. In previous research, some studies have been done on the energy harvesting from vibration of bridges, however, research on statistical analysis of produced power with considering uncertain vehicle type and specifications has not been considered. Therefore in this paper, after modelling the bridge-vehicle-piezoelectric system with complete vehicles uncertainties, the statistical analysis of produced voltage are carried out by Monte-Carlo simulation.
    Keywords: Piezoelectric, Vehicle-Bridge Vibration, Uncertainties Analysis, Monte-Carlo Simulation
  • Seyed Ali Sajadifar, Arash Karimipour, Davood Toghraei Pages 47-62
    At present study the flow and heat transfer of Non-Newtonian nanofluid, aqueous solution of carboxymethyl cellulose-Aluminum oxide with different volume fractions of nano particles in a two dimensional microtube is simulated for the first time. Slip velocity and temperature jump boundary conditions are also considered along the microtube walls. The achieved results accuracy is investigated by comparison with those of previous data. The results are presented as isothermal contours, Nusselt number and the profiles of temperature and velocity at different cross sections of the microtube. It is observed that Nusselt number increases with slip velocity coefficient and volume fraction of nano particles; while its rate is more sensitive at higher values of Reynolds number.
    Keywords: Non-Newtonian nanofluid, Micro tube, Slip velocity, Temperature jump
  • Mohammad Jafari, Mohammad Bagher Nazari Pages 63-74
    On the basis of the steady-state two-dimensional theory of thermoelasticity, stress field around various holes in infinite isotropic plate is discussed. The plate is subjected to uniform heat flux and thermal insulated condition along the hole boundary is assumed. by using the complex potential functions and by applying the conformal mapping and solving the integral equations, the effect of bluntness on stress distribution around the hole is studied. The used method is the expansion of the Goodier and Florence’s method. They used complex variable method for stress analysis of infinite isotropic plates with elliptical and circular holes. For simplicity of using the Cauchy integral formula, the infinite area external to the non-circular hole can be represented by the area outside the unit circle. The results obtained demonstrate the effect of bluntness on stress distribution around the holes.
    Keywords: Bluntness, Complex Variable Method, Conformal Mapping, Analytical Solution, Uniform Heat Flux
  • Amin Amiri Delouei, Mohammad Hassan Kayhani, Mohsen Nazari Pages 75-92
    In the current study, the immersed boundary – non-Newtonian lattice Boltzmann method is developed for simulation of forces act on a particle and also for computation of the particle velocity in vicinity of non-Newtonian fluids. In this research, the effect of extra force due to accelerated mass is also considered in non-Newtonian particle motion equations. Two applied problems of power-law non-Newtonian fluid flow over a stationary cylinder with square cross-section and a square falling particle in non-Newtonian fluids with different shear-thinning and shear-thickening behaviour are investigated. Results indicate that the force act on stationary cylinder and ultimate velocity of falling particle will experience considerable increase and decrease with growth of power-law non-Newtonian behaviour index, respectively.
    Keywords: Immersed boundary method, Lattice Boltzmann method, Direct numerical simulation, Power-law non-Newtonian fluids, Square cross-section
  • Mehdi Bidabadi, Milad Ramezanpour, Alireza Khoeini Poorfar Pages 93-110
    Diffusion Flame in a Dust cloud combustion in a Counterflow configuration is investigated in this research. It is presumed that the fuel particles vaporize first to yield a gaseous fuel to oxidize with the gas phase. The reaction rate is assumed to be of the Arrhenius type. Conservation equations for the non-unity Lewis number are solved and the flame temperature with the variations of different Lewis numbers of fuel and oxidizer is proposed. Furthermore, the variations of flame position with the variation of Lewis number are evaluated. It has been found that the flame temperature decreases with increasing of fuel and oxidizer Lewis numbers, which for rise of fuel Lewis number from 0.1 to1.4, the flame temperature decreases from 1943 to 1473K.
    Keywords: Dust Cloud Combustion, Counterflow, Diffusion Flame, Analytical Solution
  • Moharam Habibnejad Korayem, Hedieh Badkoobehhezaveh, Moein Taheri Pages 111-122
    In this paper, surface roughness of HT29 cancerous is determined using topography images obtained by Atimic Force Microscopy (AFM). The mean radiuses of cell and substrate surface asperities are determined, based on results of conducted roughness analysis and Rabinovich roughness theory. These values have been applied in the equations of rough particle nanomanipulation dynamic model and the amounts of critical force and time are simulated. Based on results, the rolling mode is the dominant dynamic mode at the onset of cells movement and the analysis based on rabinovich model predict lower amounts of critical force and time compared to Rumpf model based analysis.
    Keywords: Surface roughness, HT29 cancerous cell, Atomic Force Microscopy, Nanomanipulation
  • Abbas Hashemi, Mohammad Hoseinpour, Seyed Mohammad Hossein Seyedkashi Pages 123-131
    In sheet metal forming processes, one-stage production of conical-cylindrical parts with high accuracy is very difficult due to wrinkling and rupturing. Hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure is one of the most applicable procedures in sheet hydroforming process on the point of producing conical-cylindrical parts. In this paper, forming pressure path is investigated as one of the most important parameters of this process. The optimized pressure path is obtained utilizing a new procedure by combination of the finite element method using ANSYS/LS-DYNA and an optimization method using simulated annealing.
    Keywords: Conical-Cylindrical Parts, Hydrodynamic Deep Drawing, Simulated Annealing Algorithm, Finite Element Code, Pressure path