علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال:1392 | دوره:25 | شماره:1 (پیاپی 9) |تعداد مقالات:9

در این پژوهش، جریان سه بعدی حول بدنه بالگرد در حضور روتور در حالت پایا شبیه سازی شده است. روتور توسط مدل دیسک محرک با یک شبکه حلقوی مدل سازی می گردد و با جملات چشمه به معادلات مومنتم افزوده می شود. این مدل سازی روتور، سرعت محاسبات عددی را به نحو چشمگیری افزایش می دهد. جریان حول این بالگرد، در شش وضعیت مختلف از نسبت پیش روش و ضریب تراست روتور شبیه سازی شده است. دقت نتایج حاصل از توزیع های یکنواخت، خطی و تئوری المان پره بر جملات چشمه مومنتم بررسی شده است و با انتخاب توزیع توسط تئوری المان پره به همراه تصحیحاتی بر زوایای گام روتور، ضرایب فشار بر روی بدنه بالگرد، تغییرات نیروی تراست و قدرت آن به نحو قابل قبولی با نتایج تجربی منطبق شده است. برای ضریب تراست اسمی 0.06 روش های مختلف بارگذاری روتور برای نسبت پیش روش 0.05 و 0.23 با نتایج تجربی مقایسه شده است. در نسبت پیش روش 0.23 برای نتایج سطح بالایی بالگرد تفاوت چندانی میان روش های به کار گرفته شده ملاحظه نمی شود. در نسبت پیش روش 0.05 برای سمتی که تیغه ها به بالگرد نزدیک می شوند (سمت استاربورد)، وضعیت نتایج روش های همراه با اصلاح، به تر از روش المان پره است. حضور پایه تاثیر بسزایی در نتایج مربوط به نسبت پیش روش 0.23 داشته است و موجب کاهش فشار در قسمت های عمده ای از دم بالگرد شده است.

منحنی حد شکل دهی از ابزارهای مهم در برآورد شکل پذیری ورق های فلزی تحت بارگذاری های مختلف می باشد. در این مقاله، بالج آزاد لوله های آلومینیومی با آلیاژ AA6065 برای به دست آوردن منحنی حد شکل دهی به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. یک دستگاه بالج آزاد با طول بالج ثابت و قابلیت اعمال تغذیه محوری نیز برای بررسی صحت نتایج عددی ساخته شده است. در این مطالعه هفت معیار شکست نرم برای پیش بینی زمان و محل وقوع ترکیدگی لوله در فرآیند هیدروفرمینگ استفاده شده است. ابتدا آزمایش کشش تک محوری در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شد تا ثابت های معیارهای شکست به دست آیند. برای به دست آوردن نقاط مختلف کرنشی منحنی حد شکل دهی مسیرهای بارگذاری تغییر فشار داخلی و تغذیه محوری متفاوتی بر روی لوله اعمال شده است. با به کارگیری مسیرهای بارگذاری و معیارهای شکست منحنی حد شکل دهی به دست آمده و با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفته است. منحنی به دست آمده به وسیله معیار شکست نرم آیادا به ترین تطابق را با نتایج تجربی نشان می دهد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که پیش بینی همه معیارهای شکست در حالت کرنشی که مشابه با آزمایش کشش تک محوری است، با همدیگر برابر می باشد. با توجه به نتایج، معیارهایی که در آن ها تاثیر تنش میانگین در شکست در نظر گرفته شده اند، برای پیش بینی ترکیدگی در هیدروفرمینگ مناسب تر می باشند.

در این مقاله با استفاده از مکانیک آسیب اثر تصادم و آسیب ناشی از آن در مخازن گاز طبیعی تحت فشار (CNG) فولادی مورد بررسی قرار می گیرد. استاندارد CSA متداول در مخازن CNG، به عنوان معیار شناسایی آسیب و قابلیت استفاده مجدد مخزن پس از برخورد انتخاب شده است. برای محاسبه آسیب وارد به مخزن از مدل آسیب جانسون-کوک استفاده شده است. شبیه سازی های اجزای محدود در جهت های مختلف برخورد انجام می شود و تاثیر فشار داخل مخزن و سرعت تصادم مورد بررسی قرار می گیرد و آسیب ناشی از برخورد برای حالت های مختلف ارزیابی می شود. نتایج تحلیل نشان می دهد آسیب انباشته شده در مخزن هنگام برخورد در راستای عمودی بیش تر از امتداد افقی است و در شرایط یکسان بارگذاری در تصادم عمودی مخزن، آسیب بیش تری به مخزن وارد می شود.

در مقاله حاضر، جریان مغشوش درون کانال های یک مبدل حرارتی صفحه ای با صفحات موجدار شورون، برای بررسی پارامترهای حرارتی- هیدرولیکی، افت فشار و انتقال حرارت به کمک دینامیک سیالات محاسباتی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل های سه بعدی صفحات موجدار با زوایای شورون (b) 45-45 و 60-60 درجه که در عمل کاربرد وسیع تری دارند با استفاده از نرم افزار فلوئنت شبیه سازی شد و نهایتا تاثیر زاویه شورون و عدد رینولدز (4000 تا 20000) بر ضریب اصطکاک، عدد ناسلت و الگوی جریان مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با داده های تجربی موجود مقایسه و ارائه گردیده است. نتایج به دست آمده از حل عددی، حاکی از تطابق خوب نتایج تجربی و داده های حاصل از شبیه سازی عددی می باشد.

در تحقیق حاضر تاثیر مکش و پارامترهای موثر بر آن از جمله سرعت بی بعد مکش، ضریب مکش و طول ناحیه مکش به منظور کنترل جریان بر روی ایرفویل ناکا 0012 به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. عدد رینولدز جریان 5´105 و جریان کاملا آشفته است. جریان آشفته با استفاده از مدل تنش رینولدز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. مکش بر روی ایرفویل به صورت یکنواخت و نرمال (مکش عمودی) مدل شده و طول ناحیه مکش از 1.5 تا 3 درصد طول وتر تغییر می کند. با توجه به مطالعات گذشته جت مکش در فاصله بهینه، یعنی 10 درصد طول وتر از لبه حمله، قرار گرفته است. سرعت مکش از 0.1 تا 0.5 برابر سرعت جریان آزاد در نظر گرفته شده است. نتایج حاکی از آن است که با افزایش سرعت بی بعد مکش، ضریب برآ افزایش و ضریب پسا کاهش می یابد. بیش ترین مقدار افزایش نسبت برآ به پسا در سرعت بی بعد مکش 0.5 می باشد. هم چنین با افزایش طول ناحیه مکش، نسبت برآ به پسا افزایش می یابد و در طولی معادل 2.5 درصد طول وتر این مقدار به بیش ترین حد خود می رسد. به عبارتی دیگر، طول بهینه جت مکش بر روی ایرفویل ناکا 0012 برابر با 2.5 درصد طول وتر می باشد.

در این مطالعه اثر نسبت انحنا و طول گام لوله مارپیچی بر رفتار حرارتی و میزان افت فشار جریان آرام نانوسیال تیتان/آب درون لوله های مارپیچی افقی به صورت تجربی بررسی شده است. نانوسیال تیتان/آب با غلظت های حجمی 0.25% تا 2% به روش دو مرحله ای تولید شده اند. آزمایش ها برای لوله های مارپیچی با نسبت انحنا ی 10 و 20 و هم چنین طول گام 24 و 42 انجام پذیرفته است. عدد ناسلت با افزایش غلظت حجمی نانوذرات و هم چنین عدد رینولدز بهبود می یابد. این افزایش به دلیل هدایت حرارتی موثر بالاتر نانوسیال و هم چنین تقویت اختلاط نانوذرات می باشد. ضمن این که افزایش جرم حجمی و گرانروی نانوسیال در مقایسه با سیال پایه منجر به افزایش افت فشار جریان داخل لوله مارپیچی می گردد. هم چنین نرخ انتقال حرارت درون لوله های مارپیچی با افزایش طول گام و کاهش نسبت انحنا بهبود می یابد. از سوی دیگر، نسبت انحنا در مقایسه با طول گام تاثیر بیش تری بر روی عدد ناسلت و افت فشار نشان می دهد. 42.1 درصد بهبود عدد ناسلت برای نانوسیال 2 درصد حجمی نسبت به سیال پایه به دست می آید. در پایان تطبیق مناسب و معقول نتایج تجربی عدد ناسلت و افت فشار با مقادیر تخمین زده شده برای جریان نانوسیال درون لوله های مارپیچی مورد مطالعه قرار گرفته است.

یکی از روش های تبرید که در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته، سیکل جذب سطحی است که بر اساس جذب و احیای یک ماده جذب شونده در مواد جاذب که ذرات جامد متخلخل هستند کار می کند. عملکرد چیلر به پارامتر های زیادی وابسته است و یکی از پارامترای تاثیرگذار در انتقال حرارت و جرم در بستر ماده جاذب، ارتفاع فین ها می باشد. در این مقاله مقدار بهینه ابعاد فین در بستر ماده جاذب چیلر جذب سطحی که از ذرات سیلیکاژل نوع RD پر شده اند و سیال عامل آب به عنوان جاذب می باشد به وسیله مدل سازی عددی محاسبه شده است. مدل سازی شامل انتقال حرارت در سیال ناقل حرارت، لوله فلزی و فین ها و انتقال حرارت و جرم در بستر مواد جاذب می باشد که باید به صورت هم زمان حل شوند. از روش حجم کنترل برای حل سه بعدی معادلات استفاده شده است. پس از بررسی نتایج مشاهده شد که با افزایش ارتفاع فین بستر، مقدار ضریب عملکرد افزایش و مقدار ظرفیت سرمایش مخصوص کاهش می یابد.

روش شبکه بولتزمن با توجه به سادگی الگوریتم و دیگر مزایای آن، در چند دهه اخیر به عنوان یکی از روش های موفق در دینامیک سیالات محاسباتی به کار گرفته شده است. در این مقاله از این روش برای شبیه سازی عددی جریان حول یک استوانه استفاده شده است. برای بررسی نحوه عملکرد روش شبکه بولتزمن در شبیه سازی سطوح منحنی، از روش های تبادل ممنتم، تبادل ممنتم بر سطح استوانه، انتگرال گیری تنش سطح و محاسبه تنش از طریق مولفه سرعت برای محاسبه ضریب درگ استفاده شده است و نتایج حاصل با نتایج به دست آمده از فرمول های تجربی مقایسه گردیده است. نتایج به دست آمده حاکی از توانایی روش شبکه بولتزمن در شبیه سازی سطوح منحنی است.

در سال های اخیر استاندارد های مختلفی در طراحی مسائل مهندسی از جمله مخازن تحت فشار ارائه شده است. بسیاری از این استانداردها بر اساس تجربه و آزمایش به دست آمده اند. امروزه اکثر تحقیقات به تحلیل عددی اجزای مختلفی از مخازن تحت فشار پرداخته و در بعضی موارد حتی استاندارد های پیشین را زیر سوال برده اند. این مقاله با استفاده از روش های بهینه سازی هیورستیک از جمله الگوریتم ژنتیک، گروه ذرات و رقابت استعماری به طراحی بهینه مخازن تحت فشار با در نظر گرفتن تمام قیود و ضوابط مهندسی حاکم بر آن می پردازد. بر اساس نتایج به دست آمده، روش های بهینه سازی هیورستیک می توانند به عنوان یک روش طراحی ساده، سریع و کارا برای طراحی مخازن مورد استفاده قرار گیرند. طراحی مخازن به کمک این روش ها باعث کاهش قابل توجه وزن مخازن نسبت به طراحی انجام گرفته در هندبوک می شود. با مقایسه نتایج به دست آمده به کمک روش های بهینه سازی هیورستیک، الگوریتم رقابت استعماری دارای عملکرد و همگرایی به مراتب به تر از دو روش دیگر ذکر شده می باشد.