مکانیک سیالات و آیرودینامیک
سال:1392 | دوره:2 | شماره:1 (پیاپی 7) |تعداد مقالات:7

در سال های اخیر، روش های عددی زیادی برای شبیه سازی سطح آزاد و همچنین مدل سازی حرکات اجسام صلب غوطه ور در سیال ابداع شده است. در این مقاله برای شبیه سازی حرکات شناورها، از روش حجمی CICSAM استفاده شده و برای کوپل سرعت و فشار در دامنه محاسباتی از تکنیک گام جزئی بهره گرفته شده است. برای بالا بردن دقت شبیه سازی، لازم است تعداد سلول ها در دامنه محاسباتی افزایش یابد که این امر باعث افزایش مدت شبیه سازی می شود. به همین دلیل، از روش چند شبکه ای برای حل معادله پوآسون فشار استفاده شده و بر این اساس برای درشت سازی شبکه، الگوریتم تراکمی مورد استفاده قرار گرفته است. قابل ذکر است که برای این کار، لازم است شبکه هایی که به طور کامل بی ساختار هستند در مساله لحاظ شوند. برای سنجش میزان دقت الگوریتم اعمالی، چند مدل سازی نمونه، از جمله حفره دوطرفه، شکست سد با مانع و محاسبه مقاومت بارج مورد بررسی قرار گرفته اند. بر اساس نتایج عددی، ملاحظه می شود که روش چندشبکه ای قادر است سرعت حل معادلات را 1.5 تا 2 برابر افزایش دهد. همچنین، با مقایسه سیکل های متفاوت V و W در روش چند شبکه ای، ملاحظه می شود که سیکل W در اغلب موارد بهتر از سیکل V عمل می کند.

ناپایداری الاستیک- سیال از جمله مکانیزم های مهم تحریک در دسته سیلندر مبدل های حرارتی در معرض جریان عرضی می باشد که می تواند منجر به ارتعاش با دامنه بالای سیلندرها و در نهایت ویرانی سازه شود. در مقاله حاضر، مرز شروع ناپایداری مذکور با حل جریان دوبعدی، غیر دائمی، لزج و آشفته در اطراف دسته سیلندرهای استوانه ای در چیدمان مثلثی نرمال (30 درجه در هفت حالت مختلف) به طور عددی پیش بینی شده است. شرایط دینامیکی شبیه سازی سیلندرها بر اساس آزمایش های انجام گرفته قبلی تنظیم شده است. به منظور حل میدان جریان از روش حجم محدود در شبکه کارتزین استفاده شده و برهم کنش بین سازه و سیال به صورت کاملا کوپل و به واسطه حل همزمان معادلات حاکم بر سیال و معادلات حرکت سازه در هر گام زمانی صورت پذیرفته است. مجموعه روش های به کارگرفته شده، متفاوت با معدود مطالعات عددی گذشته می باشد. در نهایت، جریان اطراف این دسته سیلندر استوانه ای به صورت عددی شبیه سازی و ضرایب برا و پسا، حداکثر سرعت شکاف، توزیع فشار، توزیع چرخش، خطوط جریان، مود ارتعاشی، خط سیر سیلندر مرتعش و سرعت کاهش یافته در مرز ناپایداری محاسبه و آنالیز شده اند.

در این تحقیق، حل عددی مستقیم جریان غیرقابل تراکم دوفاز گاز- مایع برای حرکت حباب در میکرو لوله ای به شعاع10 میکرون ارائه شده است. سطح مشترک بین دوفاز از روش حجم سیال (VOF) با مدل نیروی سطحی پیوسته (CSF) تعقیب می شود. جریان نیوتنی است و با روش گسسته سازی حجم محدود و از طریق الگوریتم پیزو حل می شود. شبیه سازی عددی بر روی شبکه یکنواخت متقارن محوری و با شرایط مرزی تناوبی و برای مقادیر مختلف گرادیان فشار، دوره حباب و کسر تهی صورت می گیرد. در تمامی شبیه سازی ها مقدار متوسط گرادیان فشار در طول لوله ثابت می باشد. شبیه سازی عددی در محدوده رینولدزی 5 تا 210 برای فاز مایع و 0.3 تا 7 برای فاز گاز انجام می گیرد. نتایج عددی با نقشه رژیم جریان دوفاز سریزاوار سازگار است. رابطه خطی بین نسبت حجمی گاز و کسر تهی وجود دارد. افت فشار و ضخامت فیلم سیال با نتایج تجربی مقایسه شده اند. اندازه فیلم سیال محاسبه شده به رابطه ایراندوست نزدیک تر می باشد.

در مقاله حاضر، روش انحنای خطوط جریان برای طراحی و تحلیل میدان جریان در هر یک از مجموعه های کمپرسور و فن محوری و همچنین قسمت داکت موتور توربوفن به کار گرفته شده است. در ابتدا، به کمک تحلیل یک بعدی بر اساس حل ردیف به ردیف جریان در امتداد شعاع میانی و بر اساس نسبت کنارگذر مورد نظر، هندسه نصف النهاری فن، کمپرسور و جداکننده و همچنین سرعت های محوری استخراج شده اند. این اطلاعات به عنوان اطلاعات ورودی برای اعمال روش انحنای خطوط جریان مورد استفاده قرار گرفته است. ورودی های دیگر برنامه شامل فشار و دمای کل ورودی به فن، دور محور، دبی جریان و نسبت فشار کل می باشند. در طراحی کمپرسور و داکت، فشار کل و دمای کل ورودی، بر اساس خروجی های فن به صورت متغیر از پایه تا نوک اعمال می شوند. از مدل های افت پروفیل، افت موج ضربه ای و افت درز نوک پره ها به منظور محاسبه تغییرات آنتروپی استفاده شده است. شکل هندسی پره کمپرسور از طریق ایجاد خط انحنای دایروی و انواع سهموی با درجه های مختلف و توزیع ضخامت بر اساس اطلاعات ضخامت ایرفویل های ناکا سری-6 حول آن صورت گرفته است. به منظور کسب اطمینان از صحت نتایج، خروجی های برنامه برای یک فن دو طبقه با نتایج تجربی مقایسه شده است. پس از آن تاثیر برخی کمیت های ورودی برنامه نظیر بار آیرودینامیکی و تعداد پره ها بر عملکرد آیرودینامیکی و شکل هندسی فن دو طبقه بررسی شده و در هر مورد حالت بهینه برای عملکرد فن انتخاب شده است.

در این تحقیق، برای اولین بار در کشور، پدیده هایی همچون حرکت موج شوک، تداخل موج شوک با لایه مرزی و پدیده جدایش در جریان گذرصوت حول یک ایرفویل NACA0012 مطالعه تجربی شده است. این آزمایش ها با استفاده از سنسور های فشار لحظه ای کولایت در زوایای حمله 0، +4 و -4 درجه و اعداد ماخ بین 0.6 تا 0.82 انجام شده است. با نصب 13 سنسور کولایت در ناحیه 13 تا 63 درصد از طول وتر ایرفویل، فشار های لحظه ای با فرکانس 10KHz و دقت 0.05KPa/bit اندازه گیری و ثبت شده اند. همچنین، به کمک یک سیستم شلیرین، موقعیت شوک، حرکت موج شوک و امواج تراکمی آشکارسازی و ضبط شده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با گذار جریان از لایه ای به آشفته، دامنه نوسانات فشار افزایش می یابد و در صورت ایجاد جدایش جریان، متاثر از تداخل موج شوک با لایه مرزی، دامنه نوسانات نسبت به قبل از جدایش، کاهش می یابد. همچنین، با افزایش عددماخ، محل گذار جریان از لایه ای به آشفته به سمت لبه حمله و محل ایجاد شوک به سمت لبه فرار حرکت می کنند. مساله مهم دیگر در این تست ها مشاهده اختلاف فاز قابل توجه بین سیگنال های نوسان های فشار در نواحی بعد از موج شوک و داخل حباب جدایش می باشد.

برای بررسی پایداری ربات های زیرآبی لازم است معادلات دیفرانسیل حاکم بر حرکت های صفحه ای افقی یا عمودی بررسی شوند. استفاده از معیار پایداری راس برای بررسی پایداری در صفحه افقی مستلزم داشتن چهار ضریب هیدرودینامیکی، شامل مشتقات نیروی جانبی، ممان عمودی نسبت به سرعت جانبی و سرعت زاویه ای می باشد. این ضرایب معمولا در آزمون های تجربی در حوضچه کشش و بازوی چرخان اندازه گیری می شوند. در این پژوهش، ضرایب هیدرودینامیکی یک AUV از طریق شبیه سازی عددی آزمون کشش مدل شناور با زاویه انحراف و نیز بازوی چرخان به روش دینامیک سیالات عددی استخراج شده و از آنها جهت تعیین پایداری حرکت وسیله در صفحه افقی و همچنین بررسی اثر سطوح کنترلی در میزان پایداری آن استفاده شده است.

در این تحقیق به بررسی اثر اغتشاشات جریان ورودی بر پارامترهای دنباله جریان پشت یک ایرفویل NACA0012 در زاویه حمله صفر و عدد رینولدز 38,700 پرداخته شده است. به منظور دست یابی به شدت اغتشاشات %5 و %6، از شبکه های اغتشاش ساز مختلفی استفاده شده است. آزمایشات در سه نوع شدت اغتشاش ورودی مختلف انجام شده و پارامترهای سرعت متوسط، شدت اغتشاشات، پاسخ فرکانسی و عدد استروهال مورد بررسی قرار گرفته اند. مشاهده شده که در هر سه حالت اغتشاشی، با افزایش نسبت x/d و شدت اغتشاشات ورودی، مقدار نصف دهانه دنباله (b1/2) افزایش می یابد. فاصله شکل گیری گردابه نیز با شدت اغتشاشات کاهش می یابد. همچنین، مشخص شده که عدد استروهال نیز با افزایش شدت اغتشاشات و افزایش فاصله از لبه فرار ایرفویل کاهش می یابد.