مکانیک هوا فضا
سال:1390 | دوره:7 | شماره:3 (پیاپی 25) (مکانیک سیالات و آیرودینامیک) |تعداد مقالات:8

در این مقاله مدل مرتبه بالای سری تیلور توابع آیرودینامیک و مدل برگرفته از توابع موجک برای تابع آیرودینامیک یک هواپیمای خاص، در مقایسه با مدل متعارف ضرایب و مشتقات آیرودینامیکی، معرفی شده است. در این راستا، مدل های متعددی از تابع آیرودینامیک بر پایه انواع موجک های مادر ساخته و ارزیابی شده اند. نتایج شناسایی نشان می دهند که هر دو روش مدل سازی به کمک توابع ساختاری موجک و مرتبه بالای آیرودینامیک قادر به شناسایی رفتار هواپیما با دقت و کارایی بسیار بالاتری نسبت به روش های متعارف هستند و استفاده از مدل ساختاری برگرفته از توابع موجک مناسب ترین رویکرد برای شناسایی و شبیه سازی رفتار هواپیما است.

در دینامیک سیالات عددی، نقش مختصات به ویژه مختصات بهینه، همواره مورد علاقه پژوهشگران بوده است. هدف این مقاله محاسبات عددی جریان های مافوق صوت با استفاده از یک سیستم مختصات جدید (مختصات یک پارچه) و حل مساله ریمن به روش تکراری است. سیستم مختصات یک پارچه در مناطقی که ناپیوستگی ها (موج ضربه ای و موج انبساطی) در جریان مافوق صوت رخ می دهد، بر سیستم های مختصات قدیمی (اویلری و لاگرانژی) برتری دارد. بسیاری از مشکلاتی که در سیستم های مختصات قدیمی وجود دارد در سیستم یک پارچه مرتفع می شود. برای محاسبات معادلات دوبعدی دینامیک گازها در مختصات یک پارچه، محاسبه شارها در فصل مشترک سلول ها ضرورت دارد. در این مقاله، مستقیما مقادیر شارها در دو جهت به کمک حل مساله ریمن محاسبه می شوند. این نکته نیز اهمیت دارد که در استفاده از دستگاه مختصات یک پارچه نیازی به تولید شبکه قبلی روی بدنه جسم برای محاسبه جریان عبوری از آن نیست، بلکه شبکه به طور خودکار توسط جریان به وجود می آید. دستگاه مختصات یک پارچه مزایای هر دو دستگاه اویلری و لاگرانژی (و بیش تر از آن) را نیز داراست که این موضوع در نتایج عددی و همچنین در سرعت بالای محاسبات مشهود می باشد.

پدیده ابر کاواک زایی به دلیل نقش به سزایی که در کاهش نیروی پسا ایفا می کند همواره مورد توجه بوده است. یکی از مباحثی که در رخداد این پدیده اهمیت دارد، بررسی پایدار بودن حفره تولیدشده می باشد، زیرا ناپایدار شدن و به عبارتی شکستن ابر کاواک در محلی غیر از انتهای جسم، علاوه بر از بین رفتن نقش مثبت کاواک، می تواند اختلال جدی در پایداری دینامیکی وسایل متحرکی که کاواک اطراف آن ها را گرفته، وارد کند. در نتیجه، باید بررسی کاملی روی پایداری کاواک انجام شود که هدف این مقاله است. برای این منظور، لازم بود که از مدل سازی پویا و گذرا استفاده شود. مدلی که امکان این مطالعه را میسر می کرد، مدل چشمه و چاه است که برای شبیه سازی عددی ابر کاواک به کار گرفته شده است. برای بررسی ناپایداری مرز کاواک از یک اغتشاش ضربه ای ناشی از تولید و حرکت ورتکسی شبیه ورتکس هیل استفاده می شود. این اغتشاش به کمک یک عبارت نیروی غیرپایستار در معادلات ناویر- استوکس اضافه می شود. در ادامه، ضمن بررسی روش هایی برای تحلیل نتایج، با استفاده از روش پردازش تصویر، وقوع ناپایداری جابه جاشونده در سطح ابر کاواک مشاهده شد. همچنین، اثر اغتشاش روی چند طول مختلف کاواک مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده شد که هرچه طول کاواک بلندتر باشد، حساسیت به اغتشاش خارجی بیشتر است. در نهایت، در ابر کاواک های بسیار بلند، اغتشاشات کوچک طبیعی موجود در جریان می توانند سبب از هم پاشیده شدن آن ها شوند. بر این اساس، شکل گیری ابر کاواک با طول بسیار زیاد در شرایط محیطی همراه با اغتشاش میسر نمی باشد.

در این مقاله نتایج به دست آمده از شبیه سازی جریان آشفته سه بعدی ناشی از برخورد یک جت با جریان اصلی در عدد رینولدز 4700 بر مبنای قطر و سرعت جت، با استفاده از رهیافت ترکیبی شبیه سازی گردابه بزرگ/ میانگین گیری رینولدز معادلات ناویر-استوکس ارائه شده است. برای حل معادلات گسسته شده، از روش حجم محدود روی شبکه غیریکنواخت جابه جاشده استفاده شده و برای ارزیابی دقت رهیافت ترکیبی، نتایج به دست آمده با نتایج تجربی موجود مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهند که رهیافت ترکیبی، با بهره گیری از مزیت های دو رهیافت شبیه سازی گردابه بزرگ و میانگین گیری رینولدز معادلات ناویر-استوکس، می تواند در تحلیل جریان های پیچیده از دقت قابل توجهی برخوردار باشد. همچنین، از مزایای دیگری مانند کاهش حجم محاسبات و امکان افزایش دامنه حل نیز بهره مند شود. در ضمن تاثیر نسبت تزریق های بالا در شکل ساختارهای جریان در ناحیه جت و پایین دست آن، مانند جفت گردابه خلاف گرد نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

در تئوری های مربوط به مسائل روان کاری، سطوح یاتاقان را صاف و بدون زبری در نظر می گیرند، در حالی که چنین فرضی در عمل صحت ندارد. در حالاتی که زبری هم مرتبه با ضخامت فیلم سیال است، تاثیر قابل توجهی بر پارامترهای عملکرد یاتاقان خواهد داشت. هندسه سطح یاتاقان آن چنان نامنظم است که گاه اجبارا از مدل های آماری استفاده می شود. معمولا، حل تحلیلی معادلات حاکم در حالاتی که زبری موجود است، بسیار دشوار است. در این مقاله با استفاده از روش المان محدود به بررسی تاثیر زبری سطح بر فشار و میزان تحمل بارهای عمودی و مماسی یاتاقان های لغزشی پله ای پرداخته شده است. مساله به ازای دو پروفیل زبری مختلف بررسی و نتایج با هم مقایسه شده اند که همخوانی نسبتا خوبی را نشان می دهند.

استفاده گسترده از یاتاقان های گازی در صنایع گوناگون و کارایی بالای آن ها در زمینه های مختلف همواره مورد توجه بسیاری از پژوهشگران بوده است. از طرفی، تحلیل یاتاقان ها به خاطر تراکم پذیر بودن نوع روان کار (گاز) بسیار دشوار است. لذا، در این مقاله برای بررسی عمل کرد یاتاقان گازی غیرمدور سه لب، به علت سادگی روش حل، از روش شبکه های عصبی مصنوعی استفاده شده است. برای این منظور، مشخصه های استاتیکی و دینامیکی مهم یاتاقان، از قبیل میزان پایداری، اتلاف انرژی و مقدار زاویه مشخصه یاتاقان مذکور، تحت تاثیر پارامترهای عدد تراکم پذیری، زاویه نصب و زاویه انحراف یاتاقان بررسی شده است. نتایج به دست آمده در این بررسی با نتایج گزارش شده قبلی که از روش اجزا محدود به دست آمده اند، تطابق خوبی دارند. نتایج جدید نشان دهنده تاثیر قابل توجه پارامترهای مذکور بر نحوه عمل کرد یاتاقان گازی غیرمدور سه لب بوده و گویای عمل کرد مطلوب شبکه های عصبی مصنوعی در تحلیل مسائل مربوط به یاتاقان ها که دارای روابط حاکم پیچیده و غیرخطی هستند، می باشد. از نتایج کار حاضر می توان برای گزینش بهینه این نوع یاتاقان ها در شرایط متنوع استفاده نمود.

امروزه در اکثر فرایندهای صنعتی از لوله های انتقال سیال استفاده می شود. در این میان، جریان تراکم پذیر گازی کاربرد بسیار گسترده ای در این زمینه دارد. فرایندهای شیمیایی، نیروگاهی، لوله های انتقال گاز طبیعی و لوله های انتقال بخار فشار بالا، از این جمله هستند. در اکثر این موارد، فرایندهای کنترلی روی سیستم انتقال سیال به همراه انشعابات و شیرهای کنترلی اعمال می شود. بنابراین، در فرایندهای گذرا، آگاهی از نحوه رفتار سیال تراکم پذیر در عبور از لوله ها برای تعیین توابع کنترلی اهمیت زیادی دارد. در این تحقیق، سعی بر آن است تا با استخراج معادلات حاکم بر جریان سیال تراکم پذیر، روشی برای مدل سازی فرایندهای گذرا ارائه شود. برای مدل سازی جریان تراکم پذیر گاز ایده آل درون لوله های با مقطع ثابت به همراه اصطکاک، از روش اختلاف محدود مک کورمک استفاده شده است. همچنین، با ترکیب روش های موجود، مانند روش های مک کورمک و مشخصه ها، روشی برای مدل سازی جریان گذرای سیال تراکم پذیر گاز ایده آل در عبور از انشعاب ها ارائه شده است. در پایان، یک نمونه تئوری و یک نمونه صنعتی از مدار انتقال گاز طبیعی به همراه انشعاب و شیرهای کنترلی در شرایط مختلف و در فرایندهای متفاوت بررسی شده و نتایج حل ارائه شده است. همچنین، نحوه تاثیر پارامترهای شرایط مرزی بر مشخصات جریان، مانند دبی و فشار، بررسی و تحلیل نهایی ارائه شده است.

در تحقیق حاضر اندرکنش یک حباب بزرگ با یک لایه مرزی و تاثیرات پارامترهای مختلف در اعداد رینولدز نسبتا پایین به صورت عددی و با استفاده از روش ردیابی مرز متحرک و در نظر گرفتن معادلات تک سیالی ناویر-استوکس کامل، مطالعه می شود. این تحقیق می تواند شروع کارهای پیچیده تر با اعداد رینولدز بالاتر باشد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که تنش های برشی دیواره در حضور حباب، دارای تغییراتی وابسته به محل حباب بوده و وقتی حباب در لایه مرزی اضافه می شود، تنش های برشی و اصطکاک پوسته ای افزایش می یابند.