مهندسی مکانیک امیرکبیر (امیرکبیر)
سال:1395 | دوره:48 | شماره:3 |تعداد مقالات:11

هدف اصلی این پژوهش بررسی تعادل های فازی به روش شبیه سازی مونت کارلو می باشد. از بین روش های شبیه سازی مونت کارلو روش مجموعه گیبس برای این منظور انتخاب شده است. در ابتدا تعادل های فازی بخار- مایع برای آب و نرمال هگزان خالص بررسی گردیده اند، برای مولکول های آب از میدان های نیرویCOMPASS ،SPC-E و AMBER و برای نرمال هگزان از میدان های CHARM-27، AMBER و TraPPE-UA استفاده شده است و تعادل فازی این ترکیبات مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت از شبیه سازی در مجموعه گیبس برای محاسبات تعادل فازی مایع- مایع- بخار در مخلوط آب و نرمال هگزان استفاده شده است. نتایج برای مواد خالص مطابقت بسیار خوبی با داده های تجربی دارد و تعادل فازی بخار- مایع را به خوبی پیش بینی می نماید. مطابقت با داده های تجربی برای تعادل فازی بخار- مایع- مایع کمتر اما در حد قابل قبول است.

در این مقاله مساله تعیین چیدمان بهینه برج های تقطیر در یک سیستم تقطیر چند جزئی، با در نظر گرفتن ادغام حرارتی بین کندانسور و ریبویلر برج های مختلف، به روش برنامه نویسی ریاضی بررسی شده است. مساله مورد بحث در اینجا به دلیل وجود قیود غیر خطی و همین طور متغیرهای گسسته و پیوسته در مدل بهینه سازی، یک برنامه غیرخطی آمیخته با عدد صحیح، MINLP، خواهد بود. مدل MINLP حاصل از برنامه نویسی ریاضی به کمک نرم افزار گمز حل شده است. جامعیت مدل بهینه سازی و انعطاف پذیری آن در تعریف شرایط عملیاتی جدید از ویژگی های این کار به حساب می آید. بهینه سازی همزمان چیدمان و مصرف انرژی امکان ارزیابی تاثیر ادغام حرارتی بر انتخاب چیدمان بهینه فراهم کرده است. در نظر گرفتن ادغام حرارتی در کاهش مصرف انرژی با متغیر بودن فشار برج تقطیر امکان پذیر شده است بطوریکه نتایج حاصل از حل مدل MINLP برای یک جداسازی چهار جزئی، میزان صرفه جویی برابر 25% در هزینه کلی سالانه که شامل هزینه های سرمایه گذاری، عملیاتی و میزان مصرف انرژی می شود، را نشان می دهد.

اکسید نیتروژن یکی از مهم ترین آلاینده های توربین گازی است. در کار حاضر محفظه احتراق توربین گاز با هدف کاهش NOx شبیه سازی شده است. در اکثر کارهای تحقیقاتی و صنعتی، برای کاهش تولید NOx تزریق بخار به صورت جداگانه یا به صورت پیش آمیخته با هوا به محفظه احتراق انجام می شود. اما در روش CLN بخار به صورت پیش آمیخته با سوخت به محفظه احتراق تزریق می شود. شبیه سازی CFD برای یک محفظه احتراق غیرپیش آمیخته به صورت متقارن محوری انجام شده است. در این شبیه سازی، در ابتدا تاثیر مدل های احتراق مختلف بر پیش بینی دما و میزان تولید NOx بررسی گردید. بر این اساس مدل EDC با توجه به این که قابلیت اعمال سینتیک های مختلف را دارد، برای پیش بینی NOx مدل مناسب تری است. همچنین تاثیر تزریق بخار به داخل محفظه به صورت پیش آمیخته با سوخت بررسی و نتایج آن با حالت بدون تزریق بخار به داخل محفظه و حالت تزریق بخار به صورت پیش آمیخته با هوا مقایسه شد. تزریق بخار به داخل محفظه احتراق، با افزایش دبی جرمی از طریق افزایش قطر نازل در سرعت ورودی ثابت انجام می شود. نتایج نشان می دهد که تزریق بخار پیش آمیخته با سوخت، سبب 8.5 درصد و 7.4 درصد کاهش بیشتر به ترتیب در تولید NOx و CO نسبت به حالت تزریق بخار پیش آمیخته با هوا می شود.

در این مقاله جریان جابجایی همزمان آزاد و اجباری، نانوسیال در یک محفظه باز مستطیلی به روش عددی بررسی شده است. نانو سیال با سرعت یکنواخت در دمای ثابت سرد وارد محفظه باز شده و با کف محفظه که تحت شار حرارتی ثابت قرار دارد، تبادل حرارت می کند. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی به روش حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل به صورت همزمان حل شده است. در این مطالعه با ثابت در نظر گرفتن عددریلی، ، اثر عدد ریچاردسون،0.01£Ri£10 ، تغییر نسبت حجمی نانو ذرات، 0£f£0.05، فاصله بافل از ورودی،£1.75 0.25£Lb، و نوع نانو ذرات بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش عدد ریچاردسون موجب کاهش و افزایش نسبت حجمی نانو ذرات موجب افزایش عدد نوسلت متوسط می گردد. این در حالی است که افزایش فاصله بافل از ورودی محفظه ابتدا باعث افزایش و سپس کاهش نوسلت متوسط شده و می توان فاصله بهینه ای برای آن پیش بینی کرد.

در این پژوهش به مطالعه عددی خنک کاری لایه ای حول یک پره توربین گاز با استفاده از رهیافت میانگین گیری جزئی از معادلات ناویر استوکس (پنس) که یکی از موفق ترین رهیافت های شبیه سازی گردابه های بسیار بزرگ (وی – ال – ای - اس) در جریانهای آشفته می باشد، پرداخته شده است. جهت بررسی دقیق جریان، مدل سازی به صورت سه بعدی حول هندسه پره توربین گاز (ایرفویل با در نظر گرفتن سوراخ های خنک کاری) انجام شده و دمای سیال ورودی و دمای سطح پره به ترتیب 409.5 درجه سانتیگراد و 297.7 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است. عدد رینولدز جریان ورودی 8.42´105 می باشد. جریان ورودی به صورت کاملا آشفته میباشد و شدت توربلانسی آن 0.052 تنظیم شده و ضمنا از اثرات جریان های ثانویه در بالا و پایین پره چشم پوشی شده است. برای حل عددی معادلات از نرم افزار فلوئنت استفاده شده و معادلات میانگین گیری شده جزئی ناویر-استوکس (پنس) با استفاده یو – دی – اف به نرم افزار فلوئنت اعمال شده است. نتایج بدست آمده از روش پنس با نتایج تجربی موجود و نتایج مدل های دو معادله ای رنس در تحقیقات دیگر مقایسه شده که نشان میدهد روش پنس تطابق قابل قبولی با نتایج تجربی داشته و همچنین نسبت به مدل های دو معادله ای رنس دقیق تر است.

در این مطالعه جابجایی آزاد نانوسیال در مجاورت یک صفحه گرم عمودی و در محیط متخلخل در حالت عدم تعادل حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. توزیع دمای صفحه به صورت خطی تغییر می کند و اثر مکش و دهش روی مساله به طور کامل بررسی شده است. در این بررسی فرض شده است که حرکت براونی و ترموفورز مکانیزم های محرک برای جابجایی آزاد نانوسیال در فیزیک مورد مطالعه است. با استخراج پارامتر تشابهی مناسب، معادلات حاکم با استفاده از روش تشابهی به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل، و به روش عددی حل شده اند. حل تشابهی معادلات حاکم بر مساله در محیط متخلخل با وجود نانوسیال و جملات غیرخطی مانند ترموفورز از نوآوری های مقاله حاضر است. در این بررسی، میدانهای جریان و دما تعیین شده و عدد ناسلت برای فازهای سیال و جامد محاسبه شده اند. همچنین عدد شروود برای نانوذرات در گستره وسیعی از پارامترها تعیین شده و مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

در مقاله حاضر با استفاده از مدل پتانسیل بین مولکولی روش شبکه بولتزمن سقوط قطره منفرد و دو قطره مجاور یک دیگر در اثر نیروی وزن و در یک کانال عمودی با دیوارهای اطراف در شرایط متفاوت اثرات دیوار بررسی شده است. نتایج شبیه سازی نشان داده است، اگر مرکز قطره رها شده، در زمان اولیه روی محور تقارن عمودی کانال باشد، این قطره روی همان محور تغییر شکل می دهد و روی خط مستقیم حرکت می کند، اما اگر در نزدیکی دیوار رها شود، به علت اثرات گوناگون، قطره از محور عمودی اولیه اش منحرف شده واگر عدد بی بعد اتوس خیلی پایین نباشد (Eo>5) حرکت نوسانی ایجاد می شود که با افزایش عدد بی بعد اتوس دامنه این نوسانات افزایش می یابد. اگر دو قطره که مرکز آن ها روی محور عمودی کانال با ارتفاع متفاوت قرار دارد رها شوند، به علت کاهش نیروی درگ در قطره بالایی در نهایت با هم برخورد کرده و تشکیل یک قطره بزرگ تر می دهند. در بخش پایانی مقاله نشان داده شد که اگر دو قطره در راستای عمودی و افقی متفاوت نسبت به هم رها شوند، تحت تاثیر اثرات نامتقارنی، تنش های ویسکوز و ساختار های پیچیده جریان و گردابه های اطراف قطره ها پدیده های جالبی مانند برخورد نامتقارن در عدد اتوس پایین و کشیده شدن قطره بالایی در عدد اتوس بالا مشاهده می شود.

دم یکی از ارکان اصلی هواپیماست که وظیفه تریم، پایداری و کنترل هواپیما را بر عهده دارد. تا کنون انواع مختلفی از دم طراحی و ساخته شده است که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند. هر نوع دم علاوه بر ویژگیهای آیرودینامیکی مطلوب، باید پایداری لازم را ایجاد نموده و توانایی کنترل و تریم هواپیما را داشته باشد. آنچه در این پژوهش مطرح شده است بررسی اثرات دم H شکل بر ضرایب آیرودینامیکی هواپیما به همراه مخزن سوخت خارجی با استفاده از تستهای تونل باد می باشد. آزمایشات در تونل باد تراکم ناپذیر مرکز تحقیقات هوا فضا ساخت کارخانه ISI ایتالیا در سه عدد رینولدز 530000، 720000 و 800000 انجام شده است. مدل مورد استفاده در این مجموعه تست، مقیاس یک پنجم از یک نمونه هواپیمای کوچک است که امکان نصب یک فروند مخزن سوخت خارجی در زیر هر بال آن (مجموعا دو فروند در زیر دو بال) وجود دارد. این مدل دارای سطوح کنترلی شامل رادر و الویتور با قابلیت تغییر زوایا می باشد. نتایج، تغییرات پارامترهای آئرودینامیکی و محدوده پایداری را نسبت به زاویه حمله بدون مخزن سوخت و بدون زاویه حمله و با مخزن سوخت نشان می دهد.

در این تحقیق پایداری شعله V شکل در یک مشعل چرخشی پیش آمیخته مطالعه شده است. اثر نرخ آتش (نرخ انرژی ورودی بر واحد سطح)، نسبت هم ارزی و سرعت محوری جریان مخلوط سوخت و هوا بر پایداری شعله چرخشی V شکل بررسی شده است. برای ایجاد چرخش از چرخاننده ای با زاویه چرخش 45 درجه در مسیر هوای ورودی استفاده شده که منجر به ایجاد یک جریان چرخشی با عدد چرخش برابر 0.78 شده است. مشاهدات نشان می دهد که شعله چرخشی V شکل در مخلوط رقیق سوخت و هوا (1>f) تشکیل می شود. با افزایش نرخ آتش، سرعت جریان مخلوط در لحظه تشکیل شعله چرخشی V مستقل از دبی جریان بوده و در محدوده 1m/s تا5m/s به صورت خطی نسبت به نرخ آتش افزایش می یابد. برخاستگی شعله نیز با افزایش نرخ آتش در سرعت جریان و نسبت هم ارزی بالاتری رخ می دهد. بررسی خاموشی شعله نشان می دهد که با افزایش سرعت مخلوط ورودی خاموشی در نسبت هم ارزی کمتر و نرخ آتش بیشتری اتفاق می افتد. بدین ترتیب محدوده پایداری شعله V با افزایش دبی جریان افزایش می یابد.

در این مقاله یک روش جدید تولید قطره در سامانه ریزسیالی از طریق سازوکار جابجایی حلال، برمبنای یک تحقیق تجربی ارائه می شود. به این منظور از یک سامانه با ساختار سه بعدی هم جریان متشکل از یک جریان میانی (جت) و یک جریان بیرونی استفاده می شود. محلولی از اتانول و روغن به صورت جت جریان دارد که با جریان آب احاطه شده است. انتقال جرم به صورت پخش ملکولی در راستای شعاعی سبب ایجاد حالت اشباع و در ادامه موجب جدایش فاز به صورت تشکیل نانوقطرات می شود. به دلیل وجود اختلاف غلظت در راستای شعاعی کانال، نانوقطرات تحت تاثیر جابجایی مارانگونی به سمت مرکز کانال حرکت می کنند و در آنجا تجمع می کنند. در صورتیکه غلظت روغن به قدر کافی زیاد باشد تعداد نانوقطرات تولید شده و جمع شده در مرکز کانال به قدری افزایش می یابد که با هم برخورد کرده و قطراتی با قطر بالای 10 میکرومتر تشکیل می شوند. چنانچه غلظت روغن در محلول 10% باشد، قطرات تولید شده قطر متوسط بین 10 تا 30 میکرومتر خواهند داشت. اندازه میکروقطرات با افزایش دبی جت افزایش می یابد.