مکانیک سیالات و آیرودینامیک
سال:1394 | دوره:4 | شماره:2 |تعداد مقالات:6

در این مقاله، ابتدا به بیان پدیده تعامل سیال- سازه و تاریخچه ای از آن پرداخته شده و سپس با توجه به شرایط کاری پیچیده و خاصی که یک پره توربین دارد به بررسی این پدیده بر روی آن پرداخته شده است. تعامل سیال- سازه یک مدل پره توربین با استفاده با نرم افزار ANSYS شبیه سازی شده است و در این تحلیل قسمت سازه ای و سیالاتی نرم افزار استفاده می گردد. یک مدل پره توربین با مقطع ایرفویل و جنس آلومینیوم در سه سرعت ورودی مختلف مورد تحلیل قرار گرفته و میزان انحراف نوک پره توربین و تاثیر این انحراف بر روی فشار جریان سیال وارده بر پره توربین بررسی گردیده است. نتایج این بررسی نشان می دهد که با افزایش سرعت جریان ورودی، میزان انحراف نوک پره افزایش یافته و تاثیر آن بر فشارهای سیالاتی وارد بر روتور نیز افزایش می یابد. همچنین، نتایج بررسی میزان جابجایی در راستای طول پره نشان می دهد که این تغییر شکل در طول پره خطی می باشد.

در این مقاله، تحلیل جریان و حرارت از روی دسته لوله های دایروی استفاده شده در مبدل های حرارتی مورد مطالعه قرار گرفته است. از نرم-افزار انسیس 15 برای شبیه سازی استفاده شده است. مدل k- W SST، به منظور شبیه سازی جریان متلاطم استفاده شده است. در این مقاله جایگزین کردن یک شکل متفاوتی از لوله ها در یک ردیف خاص برای افزایش عملکرد آن ها مورد بررسی قرار گرفته است. رژیم جریان متلاطم بوده و همان طورکه می دانید اصطکاک تاثیر مهمی در این نوع از رژیم جریان دارد. به این ترتیب تعویض لوله دایروی با لوله بیضوی مورد نظر قرار گرفته است. ضمن اینکه، تنش های حرارتی به علت تقارن سطح مقاطع دایروی در آن ها نسبت به اشکال دیگر کم تر است. نتایج حاصل حاکی از افزایش 24% کارایی دسته لوله دایروی با تغییر شکل ردیف پنجم لوله های دایروی با لوله های بیضوی با همان قطر هیدرولیکی و مساحت است.

ویژگی های جریان در اطراف یک استوانه بیضوی با نسبت محور AR=2 قرار گرفته در نزدیکی یک صفحه تخت به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. استوانه بیضوی در داخل و خارج از یک لایه مرزی آشفته که ضخامتش 0.38 برابر ارتفاع سطح مقطع استوانه می باشد (d=-0.38B)، قرار گرفته است. اعداد رینولدز بر اساس ارتفاع سطح مقطع استوانه، 15000 و 30000 می باشند. اندازه گیری سرعت متوسط و شدت اغتشاش ها زمانی که دنباله استوانه بیضوی با لایه مرزی ایجاد شده بر روی یک صفحه تخت تداخل می کند، با استفاده از جریان سنج سیم داغ دما ثابت انجام شده است. در ناحیه نزدیک دنباله، پروفیل های سرعت متوسط و شدت اغتشاش ها وابسته به نسبت فاصله (G/B) و عدد رینولدز (Re) می باشند. مشخص شد که تداخل دنباله و لایه مرزی به جز در G/B=0.1، در عدد رینولدز 30000 نسبت به 15000 سریع تر رخ می دهد. تداخل دنباله با لایه مرزی در مولفه نوسانی سرعت نسبت به سرعت متوسط سریع تر می باشد. با افزایش نسبت فاصله، ضریب پسای استوانه کاهش می یابد که مقدار کاهش ضریب پسا در عدد رینولدز 30000 نسبت به 15000 بیش تر است. نتایج نشان می-دهند که عدد استروهال با افزایش نسبت فاصله، افزایش می یابد و تقریبا مستقل از d/B است. ناحیه دنباله پشت استوانه بیضوی نسبتا کوچک است و پروفیل های سرعت تمایل دارند که به سرعت به لایه مرزی صفحه تخت برسند.

دقیق ترین روش جهت محاسبه گرمایش آیرودینامیکی ، حل عددی جریان است. استفاده از روش حجم محدود جهت حل کامل معادلات ناویراستوکس در گذر زمان بسیار وقت گیر است. بنابراین با استفاده از الگوریتم اختلاف محدود و انتقال معادلات به فضای رویه ای از طریق توابع نگاشت و روش ترکیبی لایه شوک لزج و لایه مرزی خودمتشابه، کد CTCA تدوین گردید. مشخص نمودن غلظت جرمی گونه ها در مرز دیواره، ناشی از فعل و انفعالات شیمیایی فناشوندگی سطح و تجزیه/ یونیزاسیون هوا از ورودی های اصلی حل میدان جریان دماغه های ماوراء صوت است. غلظت جرمی گونه ها در مرز دیواره ناشی از فعل و انفعالات شیمیایی، نیز به نوع کاتالیتکی دیواره یا مدت زمان توقف جریان در نقطه خاصی از دیواره، وابسته است. در دیواره های کاملا کاتالیتیک، میزان توقف جریان از زمان لازم جهت تعادل فعل و انفعالات شیمیایی بیش تر بوده و شرایط مرزی دیواره با فرض حالت تعادل شیمیایی مشخص می گردد. همچنین، در دیواره های غیرکاتالیتیک، میزان توقف جریان بسیار کم تر از زمان لازم جهت تعادل فعل و انفعالات شیمیایی است و شرایط مرزی دیواره با فرض حالت انجمادی مشخص می گردد. میزان کاتالیتیکی دیواره به متوسط نرخ ترکیب مجدد گونه ها وابسته است و این پارامتر یکی از ورودی های مسئله است. بنابراین در این تحقیق، اثرات کاتالیتیکی دیواره روی گرمایش آیرودینامیکی دماغه های فناشونده به روش گام به گام مکانی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق و تحقیقات مشابه نشان داد که فرض کاتالیتکی دیواره در نقطه سکون و غیرکاتالیتکی در بدنه دماغه ها فرض معقولی است.

مدل دوبعدی تفاضل محدود شبکه بولتزمن برای بررسی مسائل تک فاز ارائه می شود. جمله زمان با استفاده از روش رانگ کوتای با خطای پراکندگی- پخش کم و جمله مکان با استفاده از روش بالادست مرتبه 3 گسسته می شوند. معادلات حاکم و روش عددی ارائه خواهد شد. نحوه اعمال شرایط مرزی در روش FDLBM مطرح می شود. سپس جهت ارزیابی روش عددی، دو مساله پایه گردابه های تیلور و جریان کوئت حل می شود. هدف از این نوشتار، معرفی روش یادشده و نشان دادن توانایی آن در حل مسائل پایا و ناپایا است.

در این پژوهش، ساختار موج ضربه ای ناشی از احتراق، درون محفظه ای با هندسه حلقوی به قطر 76 میلی متر و طول 101 میلی متر، مورد بررسی گرفته است. انتظار می رود در آینده موتورهای دتونیشنی در دسته پیشرانه های هوافضایی قرار گیرند. انواع مختلفی از موتورهای دتونیشنی در حال حاضر تحت بررسی هستند، از جمله موتور دتونیشن چرخشی، که در این پژوهش طراحی یک نمونه آزمایشگاهی آن امکان سنجی شد. روش عددی استفاده شده توسط نرم افزار فلوئنت، با حل میدان جریان یک هندسه مشابه و مقایسه با نتایج تجربی، صحت سنجی شده است. با توجه به تغییرات ناچیز پارامترهای ترمودینامیکی در راستای شعاعی میدان جریان محفظه و کاهش هزینه های محاسباتی، از مدل دوبعدی هندسه طراحی شده، جهت شبیه سازی عددی استفاده شده است. پس از شناخت و تحلیل ساختار موج دتونیشن چرخشی، به مطالعه پارامتریک از نظر هندسی پرداخته شد. با توجه به نتایج به دست آمده، وقتی یک موج ضربه ای دتونیشن به داخل یک مخلوط واکنش دهنده محصور با گاز بی اثر (محصولات سیکل قبلی)، منتشر می شود، یک موج ضربه ای مایل در بالای موج دتونیشن جهت هماهنگ کردن فشار پشت جبهه دتونیشن و منطقه گاز بی اثر، تشکیل می شود و ساختار دتونیشن- موج ضربه ای را ایجاد می کند. در ادامه به بررسی اثر تغییرات نسبت هم ارزی و طول محفظه پرداخته شد. مشاهده شد که سرعت، فشار و دمای موج دتونیشن در حالت استوکیومتریک بیشینه می باشد. همچنین، افزایش طول محفظه، در فشار تزریق پایین، موجب افزایش ارتفاع جبهه دتونیشن و در فشار تزریق بالا، موجب کاهش ارتفاع جبهه دتونیشن می شود.