مکانیک سیالات و آیرودینامیک
سال:1403 | دوره:13 | شماره:1 |تعداد مقالات:12

عملگر پلاسمای تخلیه سد دی الکتریک از دو الکترود تشکیل شده که نیروی حجمی حاصل از اعمال ولتاژ الکتریکی به دو سر آن، به عنوان ابزار کنترل فعال جریان به کار گرفته می شود. در پژوهش حاضر، کنترل جدایش جریان در یک کسکید کمپرسور محوری به وسیله عملگر پلاسما و مکش لایه مرزی به صورت تجربی مطالعه شده است. نتایج تجربی نشان می دهد استفاده از عملگر پلاسما در موقعیت 30 درصد از طول وتر پره، منجر به کاهش 31 درصدی اتلاف انرژی و بهبود عملکرد کسکید کمپرسور خواهد شد. همچنین عملگر پلاسما در سرعت 10 متر بر ثانیه، باعث کاهش 1/19درصدی افت فشار کل می ­شود. نتایج حاصل از تحقیق نشان می­دهد که استفاده از مکش لایه مرزی با حذف جریان کم انرژی از سیستم می­تواند در سرعت 10 متر بر ثانیه به میزان 14 درصد افت فشار کل را کاهش دهد. همچنین عملکرد کسکید کمپرسور در استفاده عملگر پلاسما و مکش لایه مرزی به صورت هم زمان و با تغییر توان مکش لایه مرزی بررسی و گزارش شده است.

تونل باد یکی از پرکاربردترین تجهیزات در زمینه طراحی وسایل پرنده است که به کمک آن رفتار آیرودینامیکی و قدرت سطوح کنترلی یک وسیله پرنده پیش از پرواز مورد بررسی قرار می گیرد. از طرفی یکی از ضروری ترین بخش های تونل باد، واحد زاویه سنج بالانس آن است که به وسیله آن تنظیم زاویه مدل و قرائت دقیق آن در هنگام تست تونل باد در هر لحظه بادقت بالا انجام می شود. طراحی واحد زاویه سنج در بالانس تونل باد، ملاحظات متعددی را در مرحله انتخاب، نصب و راه اندازی می طلبد. این اقدامات ضروری به منظور کاهش خطای اندازه گیری و در نتیجه قابل قبول بودن نتایج تست های عملی انجام می پذیرد. در این مقاله به بررسی و تحلیل پارامترهای مهم در طراحی بهینه زاویه سنج بالانس تونل باد پرداخته خواهد شد. در ابتدا پارامتر های مؤثر و روش های کالیبراسیون بیان و سپس چیدمان های متعدد نصب و استفاده از واحد زاویه سنج بالانس بررسی و روش بهینه طراحی چیدمان برای آن در تونل باد انتخاب خواهد شد.

این مطالعه برای بررسی اثر میدان مغناطیسی در اعداد هارتمن 50 تا 200 در کلکتور خورشیدی پارابولیک در کسر حجمی صفر تا 25/2 درصد از نانوسیال هیبریدی مغناطیسی با سه نانوذره اکسید آهن، نانولوله کربنی چند جداره و مس در محدوده رینولدز 18000 تا 42000 انجام شده است. در قسمت عددی یک کلکتور خورشیدی پارابولیک با استفاده از روش حجم محدود مورد شبیه سازی قرار گرفته و از خواص ترموفیزیکی نانوسیال هیبریدی مغناطیسی به عنوان سیال کاری در آن استفاده شده است. لوله جاذب کلکتور خورشیدی موردمطالعه مجهز به سه شکل هندسی مختلف از توربو لاتور می باشد. نانوسیال هیبریدی آب/نانولوله کربنی چند جداره - اکسید آهن - مس با درنظرگرفتن مدل دوفازی شبیه سازی گردیده است. مطابق نتایج عددی، حداکثر بازده اگزرژی مربوط به لوله جاذب مجهز به ترکیب توربو لاتور و سیم دایره ای شکل می باشد. همچنین، حداکثر بازده اگزرژی مربوط به عدد رینولدز 18000 در عدد هارتمن 200 می باشد.

خلأزایی یا کاویتاسیون فرآیندی متشکل از تولید، انتقال همراه با مایع و فروپاشی حباب­ها در اثر برخورد به دیواره­های داخلی می­باشد. هدف اصلی در این مطالعه، بررسی حرکت میکروحباب­های تولید شده و تخمین میزان برخورد حباب­ها به دیواره داخل لوله­های دارای گرفتگی­های سطحی با درصد گرفتگی­های مختلف و لوله­های دارای زانویی با درنظرگرفتن دبی ورودی مختلف داخل لوله­ جهت بررسی میزان آسیب پذیری در اثر برخورد حباب­ها در هر کدام از هندسه­های مختلف است. نتایج حاصل از شبیه­سازی برای لوله­های دارای گرفتگی نشان می دهد که هرچقدر لوله دارای درصد گرفتگی بیشتر باشد، احتمال برخورد میکروحباب­ها به ناحیه گرفتگی و ترکیدن آن­ها زیاد است که ازاین رو احتمال آسیب دیواره لوله به شدت افزایش می­یابد. همچنین در درصد گرفتگی­های بالای لوله (بالای 36%) هرچه سرعت جریان سیال ورودی به لوله بیشتر باشد، احتمال آسیب دیواره به طور چشمگیری افزایش می­یابد. بااین حال در درصد گرفتگی پایین لوله (کمتر از 36%) هرچه سرعت جریان ورودی سیال کمتر باشد، احتمال برخورد میکروحباب­ها به دیواره گرفتگی نیز بیشتر می­شود و در نتیجه احتمال تخریب و آسیب­دیدگی لوله­ها نیز بیشتر می­شود.

بهبود عملکرد ملخ به عنوان یکی از اجزاء اصلی پیشران پرنده ها همواره درحال توسعه قرار دارد. در این میان استفاده از راهکاری باقابلیت استفاده در گسترة بالایی از انواع ملخ و با امکان حفظ پارامترهای طراحی اولیه مفید است. در این تحقیق بررسی روش بهبود بازدهی لبه های موجی شکل هم زمان با ایدة اولیة الهام از طبیعت و مبنای ایجاد تغییر گام ذاتی در طول پرة ملخ چوبی با قطر 7/45 سانتی متر مبتنی بر روش های عددی و تجربی انجام شده است. در روش عددی از راهکار شبیه سازی قاب مرجع چرخان و حل معادلات ناویر - استوکس تراکم پذیر پایا با محاسبة عبارات تنش در معادلة مومنتوم از روش میانگین عدد رینولدز و روابط K-ω-SST استفاده شده است. این تحلیل ضمن بررسی استقلال نتایج از ابعاد و تعداد المان محاسباتی میدان های با قاب مرجع چرخان و ثابت اطراف ملخ نسبت به نتایج، دقت مناسبی در تخمین ضرایب عملکردی در مقایسه با آزمایش تجربی داشته است. آزمایش تجربی در تونل باد زیر صوت مرکز تحقیقات آیرودینامیک قدر با نسبت سطح ملخ به مقطع آزمون 2/0 برای محدوده ای از نسبت پیشروی عملکردی ملخ انجام شد. داده برداری ضریب گشتاور و تراست با استفاده از بالانس متصل به موتور براشلس نسبت به تغییرات سرعت چرخش و سرعت جریان در تونل باد انجام شده است. نتایج افزایش بازدهی ملخ با مقادیر طول موج 10 میلی متر و دامنة 5 درجه در مقایسه با ملخ اولیه معادل 5/5 درصد در نسبت پیشروی مطابق با محدودة پروازی را نشان داد.

در این مطالعه به بررسی عددی اثر محرک جت مصنوعی تکی و دوگانه بر راندمان آیرودینامیکی ایرفویل بال یک هواپیمای مانور پذیر با استفاده از نرم افزار فلوئنت پرداخته شده است. جریان حول ایرفویل، با استفاده از معادلات ناویر-استوکس رینولدز متوسط ناپایای آشفته با مدل آشفتگی کا- اپسیلون حل شده است. بررسی عددی در عدد ماخ 15/0 (متناظر با عدد رینولدز دو میلیون) و در زوایای حمله صفر تا 19 درجه انجام شده است. برای گسسته سازی دامنه محاسباتی از شبکه بندی با سازمان با 106469 المان استفاده شده است. در این بررسی محرک جت مصنوعی تک و دوگانه در موقعیت های مختلف روی سطح بالایی ایرفویل قرار گرفته تا مناسب ترین موقعیت از لحاظ بهترین راندمان آیرودینامیکی بدست آید. نتایج این بررسی عددی نشان داد که برای جت مصنوعی تکی بیشترین مقدار راندمان آیرودینامیکی مربوط به جت مصنوعی قرار گرفته در موقعیت  63/8 درصدی طول وتر از لبه حمله ایرفویل است. زیرا در این موقعیت اندازه حباب جدایش بر روی ایرفویل کوچک­تر می­شود. همچنین برای  جت مصنوعی دوگانه  بیشترین راندمان آیرودینامیکی در موقعیت­های جت مصنوعی 63/8 % و 12% وتر بدست می­آید. همچنین بیشترین درصد افزایش راندمان آیرودینامیکی در حالت جت تکی72/23 درصد و در حالت جت دوتایی 4/27 درصد است.

عملکرد محفظه های احتراق در سیستم های ترمو فتوولتائیک به عواملی نظیر جنس محفظه، ضخامت دیواره و حضور محیط متخلخل در محفظه وابسته است که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور شبیه سازی عددی محفظه از مدل های realizable  و اضمحلال گردابه- نرخ واکنش محدود به ترتیب برای مدل سازی آشفتگی جریان و احتراق گاز هیدروژن استفاده شده است. سه ضخامت دیواره مختلف در سرعت های m/s2 و m/s3 مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد کاهش ضخامت دیواره سبب افزایش دمای دیواره خارجی و بازده تابشی محفظه می گردد. بیشینه دما در سرعت m/s2 و در ضخامت mm2/0 نسبت به ضخامت های mm5/0 و mm8/0 به میزان  111 و  141 و در سرعت m/s3 به میزان  79 و  107 افزایش می یابد. هم چنین محفظه احتراق با سه جنس مختلف دیواره  و SiC و Stainless Steel (SS316) شبیه سازی گردیده است. در حالتی که دیواره از جنس  باشد، بازده بیشتری حاصل می گردد. در بخشی دیگر حضور دو ناحیه متخلخل در محفظه منجر به تغییر محل تشکیل شعله گردیده است. بازده تابشی در محفظه با حضور دو ناحیه متخلخل نسبت به محفظه تک ناحیه متخلخل در نسبت های هم ارزی 6/0، 8/0 و 1 به ترتیب به میزان %24، %27 و %28 افزایش می یابد.

در این پژوهش تأثیر مواد مختلف رایج در ساخت بخش استک یک سیستم سرمایش ترمواکوستیک، بر میدان دما بین طرفین آن مورد بررسی قرار می گیرد و اثر این مواد در انتقال حرارت روی این بخش محاسبه می گردد. تمرکز اصلی این پژوهش، بررسی تأثیر مواد مختلف بر میزان انحراف نتایج (اختلاف دمای طرفین استک) حاصل از روش عددی و روش تحلیلی تئوری ترمواکوستیک کلاسیک در مدل محاسباتی می باشد. روش عددی بکار رفته در این تحقیق یک روش عددی تفاضل محدود صریح می باشد که در قالب یک روش ساده ریاضی تعادل انرژی بر اساس نتایج حاصل از تئوری ترمواکوستیک کلاسیک ارائه می شود. شرایط مرزی و مفروضاتی نیز در جهت ساده تر شدن محاسبات صورت می گیرد. سیال کاری در این آزمایش گاز هلیوم و هندسه استک مشخص و ثابت است. شرایط عملیاتی در بازه اعداد ماخ (0.04  0.08  ) در نظر گرفته می شود. مشاهده می گردد در عدد ماخ 04/0، میزان انحراف بین نتایج عددی و تئوری خطی مواد میلار، پی وی سی صلب، پلی اتیلن و استیل ضدزنگ 304 به ترتیب 25%، 15%، 11% و 215% بوده و در عدد ماخ 08/0، میزان انحراف به ترتیب به 34%، 24%، 13% و 490% می رسد که این افزایش اختلاف ناشی از غیرخطی شدن نوسانات دمایی در روی استک به واسطه افزایش عدد ماخ است. ماده میلار در انتقال حرارت بین طرفین صفحه استک مطابق تئوری خطی، عملکرد بهتری دارد و می توان در عدد ماخ 6/0 به اختلاف دمای K2/7 دست یافت. اختلاف بین نتایج روش های عددی و تئوری خطی برای استک پلی اتیلن  با 11% و 13% در ماخ های مختلف حکایت از همخوانی بهتر آن نسبت به سایر مواد آزمایش شده دارد. همچنین مشخص شد که  با استفاده از استیل ضدزنگ تنها می توان به اختلاف دمای   K5/0-3/0 دست یافت. به همین دلیل عملکرد مطلوبی در انتقال حرارت و نهایتاً اختلاف دما بین طرفین صفحه استک ندارد.

در این مقاله، با تست های تجربی، نیرو های وارد بر یک سامانه پاشش سیال پهپادی به دست آمده است. در این سامانه، آب از روی زمین و از طریق شیلنگ آتش نشانی به ارتفاع پمپاژ می شود. باتوجه به اهمیت وجود برآورد­های دقیق پیش از طراحی و پیاده سازی در شرایط واقعی، اثرات تغییر هر یک از زیر سامانه ها بر روی زمین و ارتفاعات پایین تر آزمایش شده است. مطالعه تجربی این نیرو ها به همراه برد، دبی و فشار پاشش سیال در این سامانه، مستلزم آزمایش آن در شرایط مختلف و ایجاد تغییر در شیلنگ و نازل می باشد. در این مقاله، دو نوع شیلنگ با قطر های ¾ اینچ و 1 اینچ بررسی شده و در دو حالت بدون نازل و با نازل 9 میلی متر موردمطالعه قرار گرفته اند. همچنین، تأثیر ارتفاع های مختلف سامانه (7 و 11 متر) و زوایای مختلف نازل، بر عملکرد کلی سامانه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج عملی این تحقیق منجر به توسعه روابطی شده که می توان با استناد به آن ها، میزان دبی، فشار و برد پاشش سیال و نیروی لازم برای مهار شیلنگ و نازل را در هر ارتفاعی محاسبه کرد. نتایج این تحقیقات و نمودار های حاصله می توانند در طراحی و بهینه سازی سامانه های پاشش سیال در ارتفاع بالا، مانند پهپادهای آتش نشان و بالابر های باقابلیت پاشش سیال بکار رود. در این مقاله، ارتفاع 20 متر به عنوان یک ارتفاع معیار برای طراحی سامانه سیالاتی در نظر گرفته شده است و بر اساس این ارتفاع فرمول های به دست آمده مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن ارائه شده است.

در این مطالعه، بخش تراکم یک موتور توربوفن با نسبت کنارگذر کم طراحی و بهینه شده است. این موتور از یک فن محوری سه مرحله ای و یک کمپرسور محوری ده مرحله ای برای تراکم بهره می برد. در این مطالعه، ابتدا با یک نرم افزار تجاری و بر اساس نتایج تحلیل چرخه موتور، طراحی مقدماتی قسمت تراکم موتور به انجام رسیده، سپس عملکرد طرح، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مدل سازی شده است. این چنین، عملکرد طرح ارائه شده توسط نرم افزار ارزیابی شده و درصد انحراف آن از مطلوب تحلیل سیکل محاسبه شده است. به کمک تحقیقات قبلی، سپس طرح اولیه بهینه گشته تا با کاهش انحرافات عملکردی، دبی و نسبت فشار مورد نظر به دست آید. نتایج نشان می دهد که نرم افزار تجاری قادر به تولید طرح هایی در حاشیه 20 تا 30 درصدی نقطه طراحی مورد نظر است. همچنین می توان خطای طراحی را از طریق بهینه سازی به کمتر از 20 درصد کاهش داد. در طول بهینه سازی، دبی جرمی فن از 74 به 86 کیلوگرم بر ثانیه افزایش یافت، در حالی که دبی کمپرسور از 57 به 59 کیلوگرم بر ثانیه افزایش داشته است. نسبت فشار فن نیز از 46/2 به 54/2 و نسبت فشار کمپرسور از 24/5 به 34/6 افزایش یافته است. این مطالعه با بهینه سازی بر اساس یافته های قبلی، توانست راندمان فن را 7/0 درصد و راندمان کمپرسور را 5/1 درصد افزایش دهد. کاهش قدرت امواج ضربه ای در محفظه فن و کمپرسور موجب چنین افزایشی شده است.

در این پژوهش رفتار جریان هوا، تغییرات دما و رطوبت در یک سالن گلخانه به کمک شبیه سازی عددی مطالعه شده است. به منظور رطوبت دهی به هوای در حال جریان داخل سالن گلخانه، دو میزان 04/0 و 08/0 کیلوگرم بر ثانیه آب با سه روش متفاوت به هوای عبوری به سالن گلخانه پاشش می شود در روش اول دو پد رطوبتی با مجموع سطح مقطع 15 متر مربع و در روش دوم دو افشانه در فاصله 5 و 30 متری از دیوار ابتدایی سالن و در ارتفاع 3 متری از کف گلخانه عملیات پاشش آب را انجام می دهند.  در روش سوم، بیست­وهفت افشانه عملیات پاشش قطرات آب را در مختصات مختلف به هوای عبوری گلخانه پاشش می­کنند. در سمت دیگر سالن گلخانه چهار فن با فشار منفی قرار دارند که جریان هوای تازه را در داخل سالن برقرار می­کنند. پس از اعتبار سنجی نتایج، از مدل توسعه یافته به منظور بررسی رفتار جریان و تاثیر انرژی نهان آب در تهویه گلخانه و رطوبت نسبی بهره گرفته شده است. با بررسی چهارده حالت تزریق رطوبت به هوای گلخانه، بهینه ترین حالت­ به ازای فشار خروجی فن برابر 50 پاسکال، با مدل 27 افشانه و نرخ جریان جرمی پاشش قطرات معادل 04/0 بدست آمده است. از طرفی اگر با معیار تغییرات دما و شرایط محیطی مناسب، طرح های اشاره شده مورد بررسی قرار گیرند، مشاهده می شود حالتی که از مدل پد رطوبت زنی با فشار فن 100 پاسکال و نرخ جریان جرمی پاشش قطرات 08/0 استفاده می شود، بهترین طرح برای رشد گیاهانی چون گلایل در محیط گلخانه مورد بررسی خواهد بود.

این مطالعه تجربی یک کاوش تجربی از خواص حرارتی و ضریب هدایت حرارتی یک نانوسیال هیبریدی حاوی 89 درصد حجمی دی اکسید سیلیکون (SiO2) و 11 درصد حجمی نانولوله های کربنی چند دیواره (MWCNT) پراکنده شده در ترکیبی از 45 درصد حجمی اتیلن گلیکول و 55 درصد حجمی آب ارائه می کند. نانوسیال هیبریدی به­دقت با استفاده از روش دومرحله ای تهیه شد و هدایت حرارتی آن به طور سیستماتیک در کسرهای حجمی (%1/0 تا %45/1) و دماهای (°C7/26 تا °C50) اندازه گیری شد. با استفاده از دستگاه KD2 Pro، هدایت حرارتی نسبی به صورت تجربی تعیین شد که بیشترین درصد افزایش را در کسر حجمی %45/1 و دمای °C50 به میزان %1/25 نشان داد. سپس داده های تجربی با استفاده از روش سطح پاسخ در نرم افزار Design Expert مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفت. همبستگی جدید توسط یک معادله چندجمله ای درجه 5 ایجاد شد که تعامل پیچیده دما و کسر حجمی را برای نانوسیال هیبریدی در بر می گیرد. همبستگی تجربی ایجاد شده دارای دقت قابل توجهی با ضریب تعیین (9996/0=R2) می باشد. همچنین حاشیه انحراف برای روش سطح پاسخ %238/0> MOD> 355%/0- بود که نشانه دقت بالای مدل است.