فهرست مطالب

مکانیک سیالات و آیرودینامیک - سال نهم شماره 1 (بهار و تابستان 1399)

مجله مکانیک سیالات و آیرودینامیک
سال نهم شماره 1 (بهار و تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/12/13
  • تعداد عناوین: 12
|
  • بهنام آرزومند*، حمید پرهیزگار، عباس طربی صفحات 1-15
    بالک مشبک در واقع یک نوع سطح کنترلی آیرودینامیکی بوده که دارای یک قاب بیرونی و یک ساختار شبکه ای مربعی یا لوزی شکل از تیغه های نازک متقاطع می باشد. هدف از به کارگیری بالک مشبک، تامین سطح پایدارساز یا سطح کنترلی موشک و در عین حال کاهش گشتاور لولا در سرعت هایی است که در آن نیروهای زیادی به بالک ها وارد می شود. در این تحقیق با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی تاثیر تیغه ها و تراکم لوزی های بالک مشبک بر روی ضرایب آیرودینامیکی موشک در رژیم جریان مافوق صوت در حالت پایا بررسی شده است. شبیه سازی بالک های مشبک در این مقاله ابتدا دارای دو نوع تیغه لوزوی و صفحه تخت بوده و نتایج حاصله با نتایج آزمایشگاهی نزدیکی که برای آنها موجود بود مقایسه شد و پس از انتخاب تیغه لوزوی، تغییر ضرایب آیرودینامیکی موشک با افزایش و کاهش 50 درصدی تعداد لوزی های بالک (بدون تغییر در ابعاد کلی قاب بالک) نسبت به حالت مرجع بررسی شده است. نمودارهای مربوط به ضریب نیروی محوری و عمودی همچنین گشتاور پیچشی و مرکز فشار در موشک مفروض به ازای زوایای حمله مختلف در ماخ پروازی 3 آورده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی جریان حول دو نوع بالک مشبک ذکرشده نشان از دقت حل عددی در محاسبه پیچیدگی های جریان در هندسه های دارای بالک های مشبک و همچنین تطابق نتایج بالک دارای تیغه لوزوی با نتایج تجربی تونل باد می باشد. همچنین محاسبات نشان می دهد که با افزایش و کاهش 50 درصدی تراکم لوزی ها در یک قاب ثابت می توان موقعیت مرکز فشار را حدود یک قطر به سمت جلو یا عقب موشک تغییر داد.
    کلیدواژگان: بالک مشبک، حل عددی ضرایب آیرودینامیکی موشک، تغییر پارامترهای هندسی بالک
  • محمدعلی رنجبر*، هوشنگ برخورداری، رضا محمودی طرقی صفحات 17-28
    هنگامی که بال هواپیما در مسیر جریان هوا قرار می گیرد به دلیل اثرات سطحی، لایه مرزی در نزدیکی سطوح آن ایجاد می شود. پدیده لایه مرزی بر عملکرد ایرفویل تاثیر گذاشته و اثرات بسیار مهمی بر ضرایب لیفت و درگ آن می گذارد، به طوری که این پدیده سبب اعمال محدودیت هایی می شود که از افزایش عملکرد بال جلوگیری می کند. لذا برای دستیابی به شرایط بهینه لازم است که لایه مرزی تشکیل شده را با روش هایی کنترل کرد. در این مقاله با استفاده از ایجاد دیمپل (شیاری عمود) بر سطح بالایی ایرفویل NACA0012، کنترل جریان مکشی ایجاد شده و عملکرد بال هواپیما در دو حالت دوبعدی و سه بعدی و تحت زوایای حمله و سرعت های جریان آزاد مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور شبیه سازی لازم با استفاده از نرم افزار فلوینت و با استفاده از مدل آشفتگی سه معادله ای K-Kl-ω انجام شده است. عرض شیار ایجادشده 5/2 درصد طول وتر ایرفویل، محل قرارگیری شیار 10 درصد از طول وتر (از لبه حمله ایرفویل) و سرعت مکش نصف سرعت آزاد در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با ایجاد جریان مکشی در سطح بال می توان ضریب لیفت را افزایش داده و ضریب درگ را کاهش داد که باعث به تاخیر افتادن جدایش جریان گردیده و متعاقبا می توان زوایای حمله و همچنین سرعت جریان آزاد مناسب را جهت بهبود پرواز هواپیمای بدون سرنشین انتخاب نمود.
    کلیدواژگان: دیمپل، ایرفویل NACA0012، ضریب لیفت، ضریب درگ، مکش
  • علی شهاب الدینی، فریدون ثابت قدم* صفحات 29-43

    در مقاله حاضر روشی عددی برای شبیه سازی اندرکنش دوسویه یک جسم جامد صلب با یک سیال تراکم ناپذیر نیوتونی در یک پیکربندی دوبعدی تشریح می شود. در این روش مرزهای جامد متحرک توسط توابع پایه شعاعی مدل شده، به یک حل گر مرز مستور شبه طیفی معادلات ناویر-استوکس در شکل تاوایی-سرعت اعمال شده اند. در ابتدای هر گام زمانی سرعت هایی بقایی که شرایط مرز مستور متحرک را نیز ارضاء می کنند، به همراه یک میدان تاوایی اصلاح شده، مستقیما و بدون نیاز به تعریف یک تابع نیروی خارجی برای اصلاح جمله های جابجایی و پخش، مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به استقلال شرط مرزی های مولفه های سرعت از یکدیگر، در هر گام زمانی، معادلات پواسن سرعت به صورت موازی حل شده اند. دینامیک جسم جامد با دقت مرتبه دوم زمانی دنبال می شود که در آن نیروهای حاصل از اندرکنش مرز جامد و سیال از یک روش انتگرالی بر پایه تاوایی محاسبه شده اند. انتگرال گیری زمانی از یک روش رانج کوتای مرتبه سوم موازی شده انجام شده است. استفاده از حل گر سریع شبه طیفی به همراه موازی سازی حل معادلات پواسون سرعت و موازی سازی انتگرال گیری زمانی؛ در ترکیب با مدل کردن مرز جامد با استفاده از توابع پایه شعاعی، الگوریتمی بسیار سریع و کارآمد را نتیجه می دهد که شبیه سازی زمان واقعی را (که نیازمند حداقل 21 نمایش از میدان جریان در هر ثانیه است) امکان پذیر ساخته است. دقت و کارایی روش از طریق حل چند مسئله نمونه نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: اندرکنش دوسویه سیال و جامد، فرمولاسیون تاوایی-سرعت، حل گر شبه طیفی، روش مرز مستور، توابع پایه شعاعی، محاسبات موازی
  • محمدتقی بشارتی، محمدعلی جزووزیری*، علیرضا ربیعی صفحات 45-66

    یکی از گلوگاه های طراحی تونل باد ابرصوتی، طراحی گرم کن آن می باشد. هدف از انجام این پژوهش، طراحی گرم کن بستر سرامیکی در دمای 1800 کلوین برای جلوگیری از میعان هوا در تونل باد ابرصوتیمی باشد. برای طراحی اولیه گرم کن، از طریق یک کد مهندسی غیر لزج روابط حاکم بر جریان سیال و انتقال حرارت حل می شود. این کد با دریافت خواص فیزیکی ثابت و ترمودینامیکی سیال و جامد، ابعاد هندسی بستر و توزیع دمای دیواره، مقدار دمای هوای خروجی گذرا را تخمین می زند. به همین دلیل، طراحی نهایی گرم کن از طریق حل عددی معادلات ناویراستوکس، انرژی و مدل توربولانسی SST K-ω با حلگر نوع فشار پایه کاپلد با دقت مرتبه دوم انجام گردید. نتایج عددی به دست آمده از این روش انطباق خوبی با نتایج تجربی دارد. از طریق تحلیل پارامتری، طرح های مختلفی برای یافتن یک بستر گرم کن مناسب مورد ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای موردبررسی شامل ارتفاع، قطر و تخلخل بستر و قطر سوراخ ها می باشد. نتایج نشان می دهد که قطر سوراخ، قطر بستر و سپس ارتفاع و تخلخل مهم ترین پارامترها در طراحی بستر گرم کن بوده و به ترتیب تاثیر بیشتری بر مقدار دمای هوای خروجی و مدت زمان اجرا آزمون دارند. به طوری که افزایش یا کاهش 14 درصدی هریک به ترتیب باعث افزایش 61، 51، 28 و 8 درصدی مدت زمان اجرا و 6، 3، 2 و 8/1 درصدی دمای هوای خروجی می شود. همچنین قطر سوراخ و تخلخل بستر گرم کن، دو پارامترهای مهم در تعیین ابعاد بستر گرم کن می باشند. درنهایت با استفاده از این نتایج طرح اولیه به یک طرح نهایی با ابعاد قطر بستر 45/0 متر، ارتفاع 7/1 متر، قطر سوراخ 3 میلی متر و تخلخل 2512/0 اصلاح شد.

    کلیدواژگان: گرم کن بستر سرامیکی، تونل باد ابرصوتی، گرم کن های دما بالا، چگالش هوا در تونل بادهای ابرصوتی
  • میثم آتش افروز*، طاهره اسدی صفحات 67-81

    در تحقیق حاضر، اثرات نیروی شناوری و پارامترهای تشعشعی بر رفتارهای هیدرودینامیکی و حرارتی جریان جابه جایی ترکیبی یک گاز تشعشعی در یک کانال شیب دار دوبعدی و دارای یک فرورفتگی ذوزنقه ای شکل، مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد. این فرورفتگی توسط دو پله شیب دار متوالی پسرو و پیشرو، درون کانال ایجاد می شود. برای مدل سازی سطوح شیب دار این فرورفتگی در مختصات کارتزین، از روش ناحیه مسدود شده استفاده می شود. برای به دست آوردن میدان های سرعت و دما، فرم بدون بعد معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود و با به کارگیری الگوریتم سیمپل حل می شود. برای محاسبه دیورژانس شار تشعشعی در معادله انرژی، از روش راستاهای مجزا استفاده می شود. نتایج حل عددی نشان می دهد که با افزایش عدد گراشف و شیب کانال، مقادیر دمای متوسط مخلوط در طول فرورفتگی و همچنین مقادیر ضریب اصطکاک و نرخ انتقال حرارت روی دیوار پایینی فرورفتگی افزایش می یابند. همچنین، هر افزایشی در مقادیر پارامتر تشعشع-هدایت و عمق اپتیکی منجر به افزایش مقادیر دمای متوسط مخلوط و عدد ناسلت کل روی دیوار پایینی فرورفتگی می شود؛ در حالی که با افزایش ضریب البدو، این مقادیر کاهش می یابند.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت مرکب، فرورفتگی، جابه جایی ترکیبی، محیط تشعشعی، نیروی شناوری
  • مهدی نادری نژاد، محمدحسن جوارشکیان* صفحات 83-98

    در این پژوهش اثر سه نوع بالک ترکیبی، پرهای و تک شاخه بر روی یک بال مشخص توسط یک روش عددی بر مبنای حجم محدود والگوریتم فشار مبنا بررسی شده است. در روش عددی مذکور جریان را آشفته در نظر گرفته و از مدل اسپالارت- آلماراس استفاده شده است.4 میباشد. برای محاسبه تنشها روی سطح بال از توابع / و نسبت منظری 6 SD 1/5 ، مقطع بال 7032 × در این شبیهسازی عدد رینولدز 105دیواره و از دقت مرتبه دوم بالا دست برای محاسبه شار جابجایی استفاده شده است. در کار حاضر تاثیر نصب سه نوع بالک در حالتی که ازیک نوع بالواره برای بال و بالک استفاده شود بر روی عملکرد آیرودینامیکی یک بال مستطیلی بررسی شده است. با ارزیابی انجام گرفتهضرایب آیرودینامیکی و فیزیک جریان مشخص شد که استفاده از بالواره یکسان برای بال و بالک در ازای زوایای حمله مختلف، باعث افزایش%3/1 عملکرد بالک پرهایی درمقایسه با حالت استفاده از دو بالواره مختلف شده و همچنین برای بالکهای ترکیبی و پرهای به صورت میانگین10 و 10 % عملکرد آیرودینامیکی نسبت به بال بدون بالک خواهد شد و برای بالک تک شاخه تنها تاثیر جزیی بر کاهش / موجب افزایش 5قدرت هسته مرکزی گردابه ها خواهد گذاشت.

    کلیدواژگان: بالک، پسای القائی، عملکرد آیرودینامیکی، بال، گردابه
  • محمد نعمتی، هاجر محمدزاده، محمد سفید* صفحات 99-115

    در مطالعه حاضر، برای اولین بار، اثر جهت حرکت دیواره های محفظه ربع دایره ای شکل متخلخل بر انتقال حرارت جابجایی ترکیبی با وجود جذب/تولید حرارت یکنواخت به روش شبکه بولتزمن بررسی شده است. میدان مغناطیسی به دو صورت یکنواخت و پریودیک بر محفظه اعمال می گردد. جابجایی ترکیبی بر اثر حرکت دیواره ها در جهات مختلف به وجود می آید. نتایج نشان می دهد که افزایش عدد ریچاردسون، عدد هارتمن، ضریب جذب/تولید حرارت و کاهش ضریب تخلخل سبب کاهش عدد ناسلت متوسط می شود. با ثابت ماندن تمامی پارامترها، بیشترین مقدار عدد ناسلت متوسط مربوط به زاویه اعمال سرعت 90 درجه است که در این حالت عدد ناسلت متوسط در حدود 25 درصد بیشتر است. همچنین افزایش عدد ریچاردسون سبب کاهش تاثیر اعمال میدان مغناطیسی می شود. پریودیک اعمال کردن میدان مغناطیسی در مقایسه با اعمال یکنواخت، حدود 30 درصد انتقال حرارت بیشتری را منجر می شود. افزایش ضریب تخلخل، اثر عدد هارتمن و زاویه اعمال سرعت را افزایش می دهد. افزایش هم زمان ضریب جذب/تولید حرارت و عدد هارتمن، کاهش بیشتر عدد ناسلت متوسط را در پی دارد.

    کلیدواژگان: جابجایی ترکیبی، جذب، تولید حرارت یکنواخت، روش شبکه بولتزمن، زاویه اعمال سرعت، محیط متخلخل، میدان مغناطیسی پریودیک
  • میثم آتش افروز*، کاظم بارچی پور، نسرین امینی زاده صفحات 117-133

    در این تحقیق، اثرات متقابل میدان مغناطیسی و نانو ذرات جامد بر جریان جابه جایی اجباری سه بعدی در یک کانال افقی دارای یک پله پس رو شیب دار مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد. سیال کاری در این کانال، نانو سیال آب-اکسید آلومینیوم در نظر گرفته شده است. برای شبیه سازی پله پس رو شیب دار در مختصات کارتزین، از روش ناحیه غیرفعال استفاده می شود. میدان های سرعت و دما با حل عددی معادلات ناویر-استوکس و انرژی با استفاده از روش حجم محدود و با به کارگیری الگوریتم نمونه به دست می آیند. اثرات عدد هارتمن  و غلظت نانو ذرات اکسید آلومینیوم  بر توزیع میدان های دما و سرعت در داخل کانال و توزیع های ضریب اصطکاک و عدد ناسلت روی دیوار پایینی کانال، به طور کامل مورد بحث و مطالعه قرار می گیرند. نتایج این تحقیق به خوبی نشان می دهد که رفتارهای هیدرودینامیکی و حرارتی جریان به طور قابل توجه ای وابسته به قدرت میدان مغناطیسی و درصد حجمی نانو ذرات اکسید آلومینیوم است. در حقیقت، بیشترین مقادیر ضریب اصطکاک و نرخ انتقال حرارت روی دیوار پایینی کانال مربوط به حالت  و  است.

    کلیدواژگان: جریان جابه جایی سه بعدی، میدان مغناطیسی، نانو سیال، جدایش جریان، پله پس رو شیب دار
  • مانی قنبری، لطفعلی مظفری وانانی*، غلامحسن نجفی صفحات 135-150

    در موتورهای احتراق داخلی، سامانه سوخت رسانی یکی از دقیق ترین و حساس ترین بخش های موتور است. در این تحقیق، با هدف بهبود پارامترهای احتراق و افزایش کارایی موتور، تاثیر میزان کارکرد فیلتر سوخت بر مشخصه های موتور به صورت تجربی بررسی شد. پارامترهای اصلی مورد بررسی در این تحقیق، فشار سوخت در مدار سوخت رسانی و آوانس جرقه بودند. سپس به کمک روش سطح پاسخ (RSM) تحلیل اثر متقابل متغیرها بر میزان آوانس جرقه موتور بررسی شد و یک سامانه هوشمند کنترل برای تعیین زمان مناسب تعویض فیلتر سوخت در یک موتور و اطلاع به کاربر طراحی گردید. بیشترین مقدار فشار ورودی فیلتر بنزین در مدار سوخت رسانی در فیلتر دارای کارکرد  km50.000 به میزان bar 5/4 اندازه گیری شد. همچنین کمترین مقدار فشار ورودی، در صورت استفاده از فیلتر نو، bar 5/3 اندازه گیری شد. نتایج این تحقیق نشان داد که میزان کارکرد فیلتر سوخت بر پارامترهای اصلی موتور مانند نسبت وزنی اختلاط سوخت و هوا و آوانس جرقه نیز تاثیر قابل توجهی دارد. بررسی ها در موتورهای Euro2 و Euro4 نشان داد که آوانس جرقه در دور موتور rpm 1.000 با فیلتر سوخت نو دارای مقدار 7 درجه است (کم ترین مقدار)، در حالی که بیشینه آوانس جرقه در دور موتور rpm 5.000 و با فیلتر دارای کارکرد km 50.000 به میزان 37 درجه اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که گرفتگی فیلتر بنزین تاثیر قابل توجهی بر فشار سوخت، نسبت اختلاط سوخت به هوا و آوانس جرقه دارد که این عوامل تاثیر مستقیم در کیفیت احتراق و راندمان موتور خواهند داشت.

    کلیدواژگان: موتور بنزینی، سامانه سوخت رسانی، فیلتر سوخت، فشار سوخت، آوانس جرقه
  • محمدعلی رنجبر*، علیرضا پورموید صفحات 151-165

    در این تحقیق محفظه احتراق موتور پیشرانه مایعبه صورت عددی و با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شده است. پس از شبیه سازی، چندین روش شامل استفاده از بافل درون محفظه احتراق، نانوکاتالیست و افزایش نسبت هم ارزی به منظور بهبود احتراق پیشنهاد شده اند. در هریک از این روش ها، دمای احتراق، کسر جرمی سوخت و اکسیدکننده، کسر جرمی محصولات احتراق و کسر جرمی آلاینده ها محاسبه و با محفظه ساده مقایسه شده است. نتایج نشان داد که استفاده از این روش ها به صورت میانگین موجب افزایش گرمای احتراق به میزان 36/28 درصد، کاهش کسر جرمی سوخت به میزان 91/27 درصد، افزایش کسر جرمی محصولات احتراق کامل شامل آب و نیتروژن و کاهش کسر جرمی آلاینده ناکس  به میزان 85/26 درصد می شود که آلاینده ناکس به عنوان محصول احتراق ناقص می باشد و به طورکلی کاهش آن نشان دهنده احتراق بهتر است.

    کلیدواژگان: محفظه احتراق، تراست، دینامیک سیالات محاسباتی، نانوکاتالیست
  • عبدالامیر بک خوشنویس*، شیما یزدانی، سید عرفان سلیمی پور صفحات 167-178

    واماندگی دینامیکی پدیده ای است که به واسطه ریزش گردابه ها بر روی سطح مقطع بال نوسان کننده در زوایای حمله زیاد پدیدار می گردد. وقوع واماندگی دینامیکی باعث افت شدید در نیروی برآ و افزایش چشمگیر در نیروی پسا می شود. یکی از روش های کنترل جریان فعال برای مقابله با این پدیده، جریان جت-جفت می باشد. در این مقاله اثر کنترل جریان جت-جفت بر روی ایرفویل نوسانی ناکا 0025 در اعداد رینولدز مختلف بررسی شده است. برای حل عددی جریان سیال، معادلات ناویر-استوکس میانگین رینولدز، به صورت دوبعدی، تراکم ناپذیر، ناپایا و با مدل آشفتگی اس اس تی- کی امگا به کمک یک برنامه کامپیوتری خانگی حل گردیده است. برنامه کامپیوتری نوشته شده برای این مسئله با نتایج آزمایشگاهی موجود اعتبارسنجی و مطابقت خوبی مشاهده شده است. به منظور بررسی اثرات کنترل جریان جت-جفت، سه ضریب ممنتوم مختلف 05/0، 07/0 و 08/0 روی ایرفویل مذکور و پنج عدد رینولدز 104×5، 104×5/7،  105، 105×5/1 و 105×3 بررسی گردیده است. مشاهده می گردد که در موارد بررسی شده، ایرفویل پایه در اعداد رینولدز کمتر از 105 رفتار متفاوتی نسبت به اعداد رینولدز بالاتر دارد؛ به طوری که به منظور حذف واماندگی آن نیاز به ممنتوم بیشتر جت یعنی مقدار 08/0 است درصورتی که در اعداد رینولدز بالاتر بررسی شده با اعمال ممنتوم 07/0 واماندگی به طور کامل حذف گردیده است.

    کلیدواژگان: واماندگی دینامیکی، کنترل جریان جت-جفت، حل عددی، عدد رینولدز، ضریب ممنتوم
  • علی اصغر نادری، خشایار یزدانی، امیرحمزه فرج الهی*، محسن رستمی، محمدرضا سلیمی صفحات 179-189

    در تحقیق حاضر با استفاده از حل عددی به پیش بینی میدان جریان و نیروهای آیرودینامیکی سه نوع موشک با طراحی مختلف بالک ها و نیز مقایسه بالک معمولی و مشبک پرداخته شده است. یکی از مهم ترین پارامترهایی که در پایداری و عملکرد موشک بسیار حایز اهمیت است، بالک ها هستند. طراحی و بهینه سازی این بالک ها می تواند اثرات قابل توجهی در کارآیی آیرودینامیکی و مانورپذیری موشک داشته باشند. نتایج در محدوده اعداد ماخ 5/0 تا 3 و زوایه حمله 0 تا 10 درجه استخراج شده اند. در این مطالعه پارامترهایی نظیر نیروی پسا، نیروی برآ، میدان جریان و توزیع عدد ماخ مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که بالک مشبک در موقعیت دم، بیشترین نیروی پسا را ایجاد می کند. همچنین نتایج نشان دادند که نیروی برآ برای موشک با بالک مشبک در موقعیت دم، از دو موشک دیگر (موشک معمولی و موشک کانارد مشبک) بیشتر است و با افزایش زاویه حمله مقدار نیروی برآ نیز بیشتر می شود. گشتاور لولایی نیز برای بالک های قرار گرفته در موقعیت کانارد، برای بالک مشبک مقادیر کمتری را نسبت به بالک معمولی نشان می دهد. با توجه به نتایج به دست آمده نیروی پسا از اعداد ماخ زیر صوت به سمت اعداد ماخ فراصوت روند افزایشی داشته و در اعداد ماخ مافوق صوت کاهش پیدا کرده است. علاوه بر این، با افزایش عدد ماخ به سمت اعداد ماخ فراصوتی، امواج عمودی در جلوی بالک تشکیل شده و سبب افزایش شدیدی در نیروی پسا شده است.

    کلیدواژگان: بالک معمولی، بالک مشبک، حل عددی، نیروهای آیرودینامیکی
|
  • Behnam Arezoomand *, Hamid Parhizgar, Abbas Tarabi Pages 1-15
    Lattice fin is an aerodynamic control surface with an outer frame and square or diamond-shaped grid structure of secant septum. The purpose of grid fins is to provide a level stabilizer or control level of the missile while reducing the hinge moment at speeds in which many forces enter the fins. In this research, with computational fluid dynamics method, the septum and density effect of lattice fins on the aerodynamic coefficients of the missile in steady state and supersonic flow regime has been studied. Simulation of lattice fins in this paper, at first have two types of 3D sharp diamond and flat plates, then compared with the near experiment results that were available to them and after that selecting the 3D sharp diamond septum. At last variant of missile aerodynamic coefficients with 50% increase and decrease of septum density fin (unchanged in the overall dimensions of the fin frame) was compared to the reference state. Diagram of axial and vertical force coefficients, as well as the pitch moment and center of pressure in the assumed missile, are given for various angle attacks in Mach 3. Numerical flow simulation results around two types of lattice fins indicate the accuracy of numerical solution in calculating the flow complexities on lattice-shaped geometries and also matching of 3D sharp diamond septum results with the experimental results of wind tunnel. Also, calculations show that by increasing and decreasing the 50% density of septum in a fixed frame, the position of center of pressure can be changed by about one diameter to the front or rear of missile.
    Keywords: Lattice Fin, Numerical solution of the aerodynamic coefficients of the missile, Change the geometric parameters of the fin
  • Mohammad Ali Ranjbar *, Houshang Barkhordari, Reza Mahmodi Toroghi Pages 17-28
    When the wing of the plane is placed in the air flow direction, due to surface effects, a boundary layer is created near its surfaces.  The boundary layer phenomenon affects Airfoil’s performance and has significant effects on the lift and drag coefficients, this phenomenon leads to restrictions that prevent the increase in wing performance. Therefore, in order to achieve optimal conditions, it is necessary to control the formed boundary layer by several techniques. In this paper, by the creation a groove perpendicular to the outstanding edge of the airfoil’s NACA0012, suction flow controlled and the airplane wing performance is investigated in two-dimensional and three-dimensional models and under attack angles and different flow rates. For this purpose, the necessary simulation was carried out using the fluent software, using the K-Kl-ω three-equation turbulence model. The width of the jet (created groove) is %2.5 of the length of the airfoil chord (%2.5C), the location of the groove is %10 of the length of the chord (from the leading edge of the airfoil) and the speed of suction is considered to be half the free speed. The results show that increasing the coefficient of lift can be achieved by creating the suction flow at the wing level and reduced the drag coefficient, which causes a delay the separation of the flow Subsequently, the angles of attack and the appropriate free flow speed rate can be selected to improve the flight of the Unmanned plan.
    Keywords: Dimple, NACA0012 Airfoil, lift coefficient, Drag Coefficient, Suction
  • Ali Shahabaldini, Fereidoun Sabetghadam * Pages 29-43

    A numerical method is presented for the simulation of the two-way interaction of a rigid body with an incompressible Newtonian fluid in a two-dimensional configuration. In this method, the moving boundaries which are modeled by the radial base functions, are implemented on a Fourier pseudo-spectral solver of the Navier-Stokes equations in the vorticity-velocity formulation. At the beginning of each time step, the conservative velocity fields, satisfying the immersed boundary conditions along with a modified vorticity field, are implemented to the pseudo-spectral solver. The Poisson equations are solved in parallel, because the velocity boundary conditions obtain independently. The dynamics of the solid body is followed by a second-order method in which the forces are obtained from a vorticity-based integral method. The time integration is performed using a third-order parallel Runge-Kutta method. Employing a parallel fast Fourier pseudo-spectral solver along with parallelization of the time integrations, in combination with modeling of the solid boundaries using the radial base functions result in a very fast and efficient solver that makes it possible real-time simulations (which requires at least 21 flow snapshots per second). The accuracy and efficiency of the method is demonstrated by solving some sample problems.

    Keywords: Two-way fluid-solid interaction, Vorticity-velocity formulation, Pseudo spectral solver, Immersed Boundary Method, Radial basis functions, Parallel calculation
  • Mohammad Taghi Besharati, Mohammad Ali Vaziri *, Ali Reza Rabiee Pages 45-66

    One of the throats in designing hypersonic wind tunnel is the design of heater. The purpose of this study is designing a heater with ceramic cored, in 1800K temperature for preventing air condensation in wind tunnel. In initial part of design the fluid flow and heat transfer equation have been solved through an inviscid engineering code. This code estimates the temperature of transient outlet flow with static physical and thermodynamic properties of fluid and solid, geometrical dimensions of bed and wall distribution temperature. The final part of design has been solved with computational methods and using of Navir Stocks and energy equation, with K-ω SST turbulence model. The solver is 2nd order and pressure base. The numerical results are in acceptable agreement with experimental. By parameter analysis, various design for obtaining a suitable heater have been evaluated. The evaluated parameters are height, diameter, porosity of the bed and the diameter of the hole and diameter of the bed. The results show that the diameter of the hole, the diameter of the bed, the height and prosity the most important parameters in the design of the heating bed and have a great impact on the temperature of the exhaust air and the duration the test respectively. 14% increase or decrease of each parameter increase 61, 51, 28, and 8% of execution time and 6, 3, 2 and 1.8 % of the output air temperature respectively. The hole diameter and prosity of the heater bed are two important parameters in determining the dimension of the heater bed. Finally with using of the results the final design has been modified with bed diameter of 0.45 meter, height of 1.7 meter, hole diameter of 3 millimeter and prosity 0.2512.

    Keywords: Cored Ceramics Brick Heater, Hypersonic Wind Tunnel, High Temperature Heaters, Air Condensation in Hypersonic Wind Tunnel
  • Meysam Atashafrooz *, Tahereh Asadi Pages 67-81

    In the present research, the effects of buoyancy force and radiative parameters on the hydrodynamic and thermal behaviors of mixed convection flow of a radiating gas in an inclined two-dimensional duct with a trapezoidal recess are studied and investigated. This recess is created inside the duct by two inclined backward and forward facing steps. For modeling the inclined surfaces of this recess in the Cartesian coordinates, the Blocked region method is used. To obtain the velocity and temperature fields, the dimensionless forms of the governing equations are solved using the finite volume method and by applying the Simple algorithm. The discrete-ordinates method is used to calculate the divergence of the radiative heat flux in the energy equation. The results of the numerical solution show that with increasing the Grashof number and duct inclination angle, the values of the mean bulk temperature along the recess and also the values of the friction coefficient and heat transfer rates on the bottom wall of recess increase. Besides, an increase in the magnitudes of radiation-conduction parameter and optical thickness results in an enhancement in the values of the mean bulk temperature and total Nusselt number along the bottom wall of recess; while these values decrease by increasing the magnitudes of albedo coefficient.

    Keywords: Combined heat transfer, Recess, Mixed Convection, Radiative medium, Buoyancy force
  • Mehdi Naderinezhad, Mohammad Hassan Djavareshkian * Pages 83-98

    In this study, the effectiveness of three types of winglets such as Blended , Multi-tip, and Raked on a specific wing,is investigated by using a numerical method based on finite volume and pressure-based algorithms. In thisnumerical method, the Spalart-Allmaras turbulence model is used. In this simulation Reynolds number is 1.5×105and SD7032 airfoil is used for wing section by 4.6 aspect ratio. The stresses on the wing surface are calculated bythe wall functions, and the convective fluxes are computed by the second-order upwind accuracy. In this research,the specific airfoil is used for wing and winglet and the effectiveness on the aerodynamic performance of arectangular wing has been investigated. Evaluation of aerodynamic coefficients and flow physics have shown thatusing the same airfoil for wing and winglet with different angles of attack, It has increased the performance of theMulti-tip winglet by 3.1 percent compared to the case of using two airfoil and also for Blended and Multi-tipwinglets compared to the wing without winglet will increase an average aerodynamic performance by 10.5 and 10percent. But for Raked winglet, it has only a small effect on reducing the power of the vortex core.

    Keywords: Winglet, Induced Drag, Aerodynamic Performance, Wing, Vortex
  • Mohammad Nemati, Hajar Mohamadzade, Mohammad Sefid * Pages 99-115

    In this paper for the first time, the effect of direction of wall movement on mixed convection in circle quarter porous enclosure with heat absorption/generation is investigated by LBM. The magnetic field is applied to the enclosure in uniform and periodic forms. Mixed convection is caused by the movement of walls at different angles. The results show that increasing the Richardson number, Hartmann number, heat absorption/generation coefficient and decrease the porosity coefficient reduce the average Nusselt number. With fixed all parameters the maximum value of the average Nusselt number is related to the 90 ° velocity angle, in which case the average Nusselt number is about 25% higher.  Increasing the Richardson number reduces the effect of the magnetic field. Periodic applied of a magnetic field results in about 30% more than uniform applied. Increasing the porosity coefficient also increases the effect of the Hartmann number and the angle of wall movement. It is observed that the simultaneous increase of the heat absorption/generation coefficient and the Hartmann number lead to a further decrease of the average Nusselt number.

    Keywords: : Uniform Heat Absorption, Generation, Mixed Convection, Lattice Boltzmann Method, Direction of wall movement, Porous Medium, Periodic magnetic field
  • Meysam Atashafrooz *, Kazem Barchi Pour, Nasrin Aminizadeh Pages 117-133

    In this research, interaction influences of magnetic field and solid nanoparticles on three-dimensional forced convection flow in a horizontal duct with an inclined backward-facing step are studied. The nanofluid is considered as the working fluid in duct. The Blocked region method is applied to simulate the inclined backwardfacing step in Cartesian coordinates. To obtain the velocity and temperature fields, the Navier-Stokes and energy equations are solved using the Finite volume method and SIMPLE algorithm. Influences of Hartmann number ( ) and concentrations of nanoparticles ( 𝜙 ) on the velocity and temperature fields in duct and distributions of fiction coefficient and Nusselt number along the bottom wall of duct are analyzed with full details. Results of this research clearly show that the hydrodynamics and thermal behaviors of flow are considerably dependent on the magnetic field strength and volume fractions of nanoparticles. In fact, the highest values of fiction coefficients and heat transfer rates on the bottom wall are related to the case of and 𝜙 .

    Keywords: Three-dimensional convection flow, Magnetic Field, Nanofluid, Flow Separation, Inclined backward-facing step
  • Mani Ghanbari, Lotfali Mozafari Vanani *, Gholamhasan Najafi Pages 135-150

    In internal combustion engines, the fuel system is one of the most accurate and sensitive parts of the engine. In this study, the effect of fuel filter lifetime on engine characteristics was examined experimentally. The main parameters examined in this study were fuel pressure and ignition advance. Then, using the response surface method (RSM), the interaction effect of the variables on the engine ignition advance was examined and a smart control system was designed to determine the appropriate time to change the fuel filter in an engine and inform the user. The maximum inlet pressure of the gasoline filter with a filter lifetime of 50,000 km was measured as 4.5 bar. Also, the lowest amount of inlet pressure, if using a new filter, was measured as 3.5 bar. The results of this study showed that the fuel filter lifetime also has a significant effect on the main parameters of the engine, such as the weight ratio of the fuel-to-air mixture and the ignition advance. Studies in Euro2 and Euro4 engines have shown that the ignition advance at 1,000 rpm engine speed with a new fuel filter was seven degrees (minimum value), while the maximum ignition advance at 5,000 rpm engine speed and with a 50,000 km filter lifetime was measured at 37 degrees. The results showed that gasoline filter clogging has a significant effect on fuel pressure, fuel-to-air mixing ratio, and ignition advance, which in turn will have a direct impact on combustion quality and engine efficiency.

    Keywords: gasoline engine, Fuel system, Fuel filter, Fuel pressure, Ignition Advance
  • Mohammad Ali Ranjbar *, Alireza Pourmoayed Pages 151-165

    In this research, the combustion chamber of the liquid propellant engine has been simulated numerically by the computational fluid dynamics (CFD) method. After the simulation, several methods have been proposed to improve the combustion. These include using baffle inside the combustion chamber, increasing the equilibrium ratio and the nano catalyst. In each of these methods, the combustion temperature, mass fraction of fuel and oxidizer, mass fraction of combustion products and mass fraction of pollutants were calculated and compared with a simple chamber. The results showed that using these methods increases the combustion heat by 28.36%, reduces fuel mass fraction by 27.91%, increases mass fraction of complete combustion products including water and nitrogen, and reduces NOx pollutant mass fraction by 26.85 as it is known that NOx pollutant is a product of incomplete combustion and generally reducing it results in better combustion.

    Keywords: Combustion chamber, Thrust, Computational Fluid Dynamics, Nano Catalyst
  • Abodlamir Khoshnevis *, Shima Yazdani, Seyed Erfan Salimipour Pages 167-178

    Dynamic stall is a phenomenon which appears due to the vortex shedding on the oscillating wing section at high angles of attack. Occurrence of the dynamic stall causes a severe decrease in the lift force and huge increase in the drag force. The Co-Flow Jet (CFJ) is one of the active flow controls to prevent this phenomenon. In this paper, the effect of this active flow control on the NACA 0025 airfoil for different Reynolds numbers is investigated. For numerical solution of the fluid flow, the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations in two-dimensional, incompressible, and unsteady form with the SST-k-ω turbulence model is solved using an in-house computer code. The developed code is validated with the previous experiment data, and a fairly good agreement is observed. In order to investigate the effects of the CFJ, three different momentum coefficients of 0.05, 0.07 and 0.08 and five Reynolds numbers of 5×104, 7.5×104, 105, 1.5×105, and 3×105 are studied. It is found in the examined cases that the baseline airfoil in the Reynolds numbers of 105 and lower has different behavior compared to the higher Reynolds numbers; while in order to eliminate the dynamic stall, it requires more jet momentum of 0.08, while for the higher investigated Reynolds numbers, by applying the jet momentum of 0.07, the dynamic stall is completely eliminated.

    Keywords: Dynamic stall, Co-flow jet, Numerical investigation, Reynolds Number, Momentum coefficient
  • Ali Asghar Naderi, Khashayar Yazdani, Amirhamzeh Farajollahi *, Mohsen Rostami, Mohammad Reza Salimi Pages 179-189

    In the present study, using numerical solution to predict the flow field and aerodynamic forces of three types of missile with the different designs of the fin and also to comparison of the ordinary and lattice fin. One of the most important parameters in the stability and performance of a missile is the fins. The design and optimization of these fins can have significant effects on the aerodynamic efficiency and maneuverability of the missile. The results are presented in the range of Mach numbers 0.5 to 3 and the angle of attack 0 to 10 degrees. In this study, parameters such as drag force, lift force, flow field, and Mach number distribution were analyzed. The results showed that missile with lattice fin in the tail position; it produced the greatest drag force. Also, the lift force for the missile with lattice fin in the tail position is higher than the other two missiles (ordinary and lattice canard) and increases with increasing angle of attack. The momentum forces for fins located in the canard position shows less value for the lattice fin than the flat fin. The results show that the drag force also increased from subsonic Mach numbers to supersonic Mach numbers, and then decreased with rising Mach numbers. In addition, with the increase of Mach number to the hypersonic Mach numbers, normal shock waves are formed in front of the fin, causing a sharp increase in drag force.

    Keywords: Ordinary fin, Lattice Fin, Numerical Solution, aerodynamic forces