مکانیک هوا فضا
سال:1390 | دوره:7 | شماره:4 (پیاپی 26) (مکانیک سیالات و آیرودینامیک) |تعداد مقالات:9

روش درون یابی مشتق تعمیم یافته یک روش حل عددی مرتبه بالاست که در آن بر خلاف سایر روش های عددی، از مقادیر تابع آزمایشی مورد استفاده بر روی تمامی نقاط نمونه درون دامنه مساله، برای حدس مقادیر مشتق تابع مجهول اصلی استفاده می شود. لذا، این روش نسبت به سایر روش های عددی، نظیر روش های اجزاء محدود و تفاضل محدود، در دستیابی به نتایج سرعت هم گرایی بالاتری را با دقت یکسان دارد. این روش در حل معادلات دیفرانسیل غیرخطی حاکم بر مسائل مختلف نیز توانایی بالایی دارد. در کار حاضر، مشخصه های عملکرد استاتیکی یاتاقان های ژورنال مدور و غیرمدور دولب، تحت شرایط روان کاری با سیال میکروپلار، با استفاده از روش درون یابی مشتق تعمیم یافته، مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر پارامترهای هندسی مختلف، مانند ابعاد یاتاقان و پریلود، بر عملکرد این گروه از یاتاقان ها بررسی می شود. مقایسه نتایج در حالات مختلف برای یاتاقان ژورنال مدور نشان دهنده برقراری تطابق مناسب بین نتایج حاصل از روش درون یابی مشتق تعمیم یافته و سایر روش های عددی می باشد. همچنین، نتایج حاصل از بررسی یاتاقان های ژورنال غیرمدور دولب بیانگر افزایش قابلیت حمل بار یاتاقان، کاهش ضریب اصطکاک، زاویه وضعی و نشتی روان کار از یاتاقان با جایگزینی روان کار میکروپلار به جای انواع نیوتنی آن می باشد.

ناپایداری آیروالاستیک که دربر گیرنده آثار متقابل تداخل سازه - سیال می باشد، یک پدیده مهم در طراحی هواگردها به شمار می رود. مقاله حاضر به بررسی رفتار آیروالاستیک و ناپایداری فلاتر بال هواپیما می پردازد. در این راستا، به منظور شبیه سازی سازه، روش اجزاء محدود با فرض جزء پوسته به همراه آثار غیرخطی ناشی از تغییر شکل های بزرگ هندسی، به کار گرفته شده است. همچنین، برای شبیه سازی جریان، از روش پانل غیردائم استفاده شده است. ویژگی بارز این تحقیق اضافه نمودن توانایی تحلیل رفتار آیروالاستیک در نرم افزار تجاری ANSYS است. بدین منظور، کد محاسبات آیرودینامیکی در محیط نرم افزار MATLAB تهیه شده که قابلیت تبادل اطلاعات بین دو نرم افزار را دارا می باشد. در نهایت، برای بررسی قابلیت کد تهیه شده در تحلیل مسائل آیروالاستیک، بال آگارد 445.6 بررسی شده است. نتایج به دست آمده، در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی، نشان دهنده دقت نسبتا بالای روش حاضر می باشد.

مخازن مایع در صنعت کاربرد زیادی داشته و تکانش ناگهانی این مخازن باعث ایجاد امواج سطحی و تلاطم مایع در آنها می شود. در این تحقیق، با ساخت یک وسیله آزمایشگاهی، شامل بستر ثابت، پاندول اعمال ضربه، و یک میز متحرک با کورس حرکت کوچک، از طریق اعمال ضربه ناگهانی به یک مخزن شیشه ای حاوی آب که روی میز متحرک نصب شده، فرکانس و نرخ میرایی نوسانات سطح آزاد سیال درون مخزن اندازه گیری شده اند. در ضمن برای یک مدل واقعی، معادلات حاکم بر جریان با سطح آزاد در طی زمان در یک مخزن نیمه پر به هنگام اعمال یک ضربه جانبی به روش کسر حجمی مایع حل شده اند. ضربه وارده به مخزن، از طریق تعریف یک تابع زمانی برای سرعت اولیه در نرم افزار مربوطه به عنوان شرط اولیه اعمال شده است. نتایج نشان می دهند که فرکانس نوسان های امواج سطحی تابع قدرت ضربه نبوده و با افزایش ارتفاع سیال، به سمت مقدار ثابتی افزایش می یابند. پارامتر میرایی نیز، با افزایش ارتفاع مایع به سمت یک مقدار ثابت کاهش می یابد. این دو نشان دهنده موثر نبودن لایه های مایع تحتانی مخزن و سکون نسبی آنها در ارتفاع های بزرگ است.

بخار ضمن انبساط سریع در شیپوره های گذر صوتی گاهی شرایط فوق سرد را احراز می نماید. در این حالت، تعادل ترمودینامیکی برقرار نبوده و دمای بخار از دمای اشباع در فشار حاکم کمتر می شود. بخار فوق سرد مستعد جوانه زایی و چگالش است که به صورت آنی و توسط چگالش ناگهانی صورت می گیرد. بدین ترتیب، با تشکیل قطرات و کاهش انرژی گیبز، شرایط تعادلی برقرار و جریان دوفازی حاصل می شود. در این تحقیق، برای حل دوبعدی جریان، معادلات حاکم بر تشکیل فاز مایع شامل معادله جوانه زایی کلاسیک با اصلاح غیرهمدما - کورتنی به همراه معادلات رشد قطره با معادلات ناویر - استوکس ترکیب شده و به روش تایم مارچینگ جیمسون مبتنی بر حجم کنترلی و با استفاده از مدل توربولانسی بالدوین - لوماکس شبیه سازی شده است. جهت بررسی اعتبار روش به کار رفته، توزیع فشار و شعاع قطرات در انتهای شیپوره با نتایج تجربی موجود مقایسه شده اند. با احراز اعتبار روش اتخاذ شده در این تحقیق، پاشش قطرات آب به داخل جریان بخار در گلوگاه شیپوره به منظور کنترل شدت و موقعیت چگالش ناگهانی به صورت تئوری مورد بررسی قرار گرفته که در نتیجه، کاهش شدت چگالش ناگهانی (شوک چگالش) را به بار آورده است. از آنجا که شوک مذکور عامل تلفات آیرودینامیکی و ترمودینامیکی می باشد، این ایده می تواند در بهبود عملکرد نازلهای بخار موثر واقع شود.

در این مقاله، مدلی برای شبیه سازی جریان دوبعدی حول مانع مربعی واقع در یک کانال ارائه شده است. تاکنون عمده تحقیقات انجام شده در این خصوص بر جریان های خارجی حول سیلندر دایروی متمرکز بوده و در زمینه جریان حول مانع مربعی و شناخت تاثیرات دیواره های کانال بر میدان جریان، مطالعات تجربی و عددی کافی صورت نگرفته است. نتایج اندک و پراکنده موجود لزوم مطالعه این نوع از جریان را نشان می دهد. در این تحقیق، بجای حل معادلات غیرخطی ناویر - استوکس، از روش شبکه بولتزمن استفاده شده است. این روش با روش های مبتنی بر مکانیک محیط های پیوسته دارای تفاوت های اساسی است. در این روش با استفاده از گسسته سازی معادله دیفرانسیلی بولتزمن و ارائه یک تعریف مجازی از ذرات سیال با جهات حرکت مشخص، نهایتا الگوریتمی به دست می آید که مقادیر ماکروسکوپی جریان سیال را در تمام میدان جریان پیش بینی می نماید. نتایج شبیه سازی این مقاله شامل ارائه الگوهای مختلف جریان دو بعدی حول مانع مربعی، ارائه معادله ای برای تخمین طول ناحیه گردابه های ساکن، تعیین عدد رینولدز بحرانی (مربوط به آغاز پدیده رهایی متناوب گردابه ها)، تخمین فرکانس پدیده رهایی متناوب گردابه ها (عدد استروهال) و محاسبه ضریب پسا بر حسب عدد رینولدز می باشد. بر اساس این نتایج، در الگوی جریان دائم با گردابه های متقارن و ساکن در پشت سیلندر، با افزایش عدد رینولدز طول ناحیه گردابه ای به طور خطی افزایش می یابد. همچنین، در الگوی جریان غیردائم، نفوذ ناحیه جدایی از پشت سیلندر به سمت لبه جلویی تاثیرات قابل توجهی بر روند تغییرات عدد استروهال و ضریب پسا دارد.

در این تحقیق یک روش جدید برای طراحی معکوس مجاری تقارن محوری ارائه شده است. این روش که جزء روش های تکراری است، با یک حدس اولیه برای هندسه مجرا شروع شده و تا رسیدن به هندسه مطلوب، پس از هر مرحله حل عددی جریان، یک اصلاح شکل برای رسیدن به توزیع فشار مطلوب صورت می گیرد. تغییر شکل مجرا توسط یک الگوریتم جدید بنام گلوله - اسپاین انجام می شود که در این تحقیق معرفی و توسعه داده می شود. در این الگوریتم، دیواره مجرا با گلوله های فرضی جایگزین می شود که به صورت آزادانه می توانند در راستاهای مشخصی به نام اسپاین حرکت کنند. در هر مرحله تغییر شکل مجرا، معادلات اویلر روی صفحه تقارن محوری مجرا حل می شود. نرخ همگرائی بالا و امکان ترکیب آسان و سریع این الگوریتم با هر کد تحلیل جریان را می توان از مزایای اصلی این روش بیان کرد. با اصلاح توزیع فشار روی دیواره های داخلی و خارجی یک نازل حلقوی، به عنوان یک مورد عملی، از این روش برای اصلاح شکل هندسی آن استفاده می شود. با استفاده از این روش در نازل توربین گاز یک موتور جت، ضریب پیشرانش حدود 2 درصد و نیروی پیشرانش حدود 7 درصد بهبود یافته است.

در سال های اخیر، تلاش های چشمگیری روی تولید سطوحی که موجب کاهش میزان پسای اصطکاکی حاصل از سیال عبوری از روی سطوح می شوند، انجام گرفته است. در تحقیق حاضر، تحلیل اثرات سطوح هیدروفوبیک بر جریان مجاور یک سطح به صورت اصلاح شرایط مرزی دیواره و کاهش پسای اصطکاکی و تغییر ساختار آشفتگی جریان مورد توجه می باشد. سرعت های لغزش، تنش های برشی دیواره و تنش های رینولدز برای طول های لغزش مختلف از سطوح هیدروفوبیک در عدد رینولدز اصطکاکی Re t @ 180 که معادل عدد رینولدز 3.300 بر اساس جریان واقعی می باشد، بررسی شده است. برای طول لغزش های بزرگتر از 10-5 متر، سرعت لغزش متوسط بیش از 18% سرعت متوسط بوده و تنش برشی دیواره بیش از 60% کاهش یافته است. شبیه سازی گردابه های بزرگ برای بررسی کارآیی کاهش پسای سطوح هیدروفوبیک در یک کانال با جریان آشفته استفاده شده است. نتایج شبیه سازی عددی نشان می دهد که با اعمال شرط مرزی لغزش در جهت جریان، پسای اصطکاکی کاهش یافته و شدت های آشفتگی، ساختارهای آشفتگی و به ویژه گردابه های نزدیک دیواره در جهت جریان به صورت قابل توجهی ضعیف می شوند. همچنین، نتایج نشان می دهند که طول لغزش باید از یک مقدار معینی بیشتر باشد تا فقط اثر محسوسی بر آشفتگی داشته باشد.

ابرکاواک زمانی رخ می دهد که یک رونده‏ زیرسطحی توسط یک حفره‏ بزرگ و پیوسته احاطه شود. با توجه به کاهش پسای چشمگیر رونده ‏های زیرسطحی که در طرز ابرکاواک حرکت می نمایند (نسبت به رونده‏ هایی که در طرز کاملا مرطوب حرکت می کنند)، بررسی جریان‏ های ابرکاواک همواره از زمینه ‏های مورد علاقه محققان بوده است. در این تحقیق، ابتدا شبیه سازی عددی جریان ابرکاواک طبیعی و مصنوعی به صورت متقارن محوری اطراف یک رونده زیرسطحی انجام شده است. ابعاد حفره ایجاد شده در هر دو حالت به دست آمده و با یکدیگر مقایسه شده اند. در مرحله بعدی، جریان ابرکاواک ناشی از تزریق گاز به صورت سه‏ بعدی طراحی شده است. روابط میان شکل حفره، عدد کاویتاسیون و نرخ تزریق برای کاواک زا‏های با اندازه های مختلف به دست آمده است. در پایان، جریان ابرکاواک فقط در حالت طبیعی و بدون تزریق گاز برای بررسی اثر زاویه نصب روی شکل سوپرحفره شبیه‏ سازی شده است. در تحقیق حاضر، از روش مخلوط چند‏فازی استفاده شده و معادله رایلی - پلست جهت انتقال جرم در یک ساختار چندفازی به کار گرفته شده است. نتایج نشان دهنده‏ ابعاد معادل برای حفره ‏های ناشی از ابرکاواک طبیعی و ناشی از تزریق گاز است.