مکانیک سیالات و آیرودینامیک
سال:1398 | دوره:8 | شماره:1 (پیاپی 23) |تعداد مقالات:6

در پژوهش حاضر، اثر لایه برشی باد (لایه مرزی اتمسفری) روی عملکرد و رفتار جریان حول روتور توربین باد مرجع MW5 ان. آر. ای. ال. بررسی شده است. برای این منظور، روش دیسک عملگر سه بعدی پایا با دقت قابل قبول و هزینه محاسباتی کم برای حل معادلات جریان حول روتور توسعه داده شده است. با استفاده از قابلیت تعریف توابع توسط کاربر در یک نرم افزار تجاری برمبنای روش حجم محدود، کدی برای اعمال ممنتوم مجازی به سیال و پروفیل جریان ورودی ناشی از لایه مرزی زمین نوشته شده و معادلات ناویر-استوکس در میدانی استوانه ای با اضافه شدن عبارت نیروی حجمی به عنوان عبارت چشمه حل می شود. روش دیسک عملگر سه بعدی که در این پژوهش توسعه داده شده، قادر است با حل معادلات ناویر-استوکس در ترکیب با الگوریتم ممنتوم-المان-پره دقت بهتری از رفتار جریان حول توربین نسبت به روش ممنتوم-المان-پره ارائه کند و درعین حال هزینه محاسباتی کمتری نسبت به حل کامل معادلات جریان داشته باشد. به علت عدم تقارن جریان ورودی به صفحه روتور، پره های توربین شرایط مختلفی را درحین دوران تجربه می کنند. بنابراین، توزیع توان و نیروی محوری در راستای شعاعی پره ها در سه موقعیت زاویه ای روتور مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که جریان برشی ورودی به صفحه روتور سبب عدم تقارن در الگوی جریان دنباله روتور، میدان فشار، سرعت و ورتیسیته جریان حول روتور و همچنین بارگذاری متناوب روی پره ها می شود. برای پروفیل لایه مرزی اتمسفری انتخاب شده در این پژوهش، بیشترین اختلاف نیروی محوری وارد بر هر پره حدود kN125 است که مابین دو موقعیت زوایای 90 و 270 درجه درحین دوران رخ می دهد. همچنین، در این حالت عدم تقارن فیزیک جریان حول روتور سبب ایجاد فشار بیشتر به نیمه بالایی دیسک عملگر شده، باعث ایجاد گشتاوری خمشی بر صفحه روتور می شود.

در این پژوهش، در ابتدا شکل معمول یک شناور تک بدنه و تندروی مشخص، با حفظ پارامترهای هندسی، نظیر زاویه ددرایز، خط کیل، پهنای شناور و طول شناور به فرم تونل دار تبدیل شده است. با در نظر گرفتن شرایط بار کامل و بدون بار صورت گرفته، فرایند بهینه سازی ابعاد تونل نیز در بیشینه وزن و سرعت عملیاتی انجام شده است. توجه شود که برای کاهش پسا، پارامترهای هندسی زیادی در بخش های مختلف تونل در طراحی و بهینه سازی تونل موثرند. در این مطالعه، سعی بر آن بوده که برای دست یابی به شکل بهینه تونل، اثرات سه پارامتر دهانه تونل، ارتفاع تونل و ارتفاع گوشواره (بلید) به صورت همزمان بررسی شوند. جهت دست یابی به این هدف، شبیه سازی عددی به کمک روش حجم محدود با در نظر گرفتن شبکه متحرک، انجام شده است. برای مدل سازی آشفتگی از مدل k-Ԑ و برای شبیه سازی سطح آزاد از مدل دو فازی حجم سیال استفاده شده است. برای انتخاب نمونه های مورد نیاز برای آزمون عددی، از روش تاگوچی استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که دهانه تونل تاثیرگذارترین پارامتر در افزایش سرعت عملیاتی می باشد. همچنین، با بهینه سازی تونل می توان پسا را تا حدود 20 درصد در وزن و سرعت عملیاتی کاهش داد.

در این مقاله، با مدل سازی عددی مسئله ورود به آب پرتابه های سه بعدی با اشکال هندسی مختلف و ارتفاع سقوط و آرایش سوراخ های متفاوت به روش کوپل اویلری-لاگرانژی، تاثیر پارامترهای مذکور بر سرعت حرکت پرتابه در عمق آب و زمان و عمق جدایش حباب با استفاده از نرم افزار تجاری اجزای محدود آباکوس 6/14-2 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حل عددی از مقایسه و تطابق مناسب با نتایج تئوری و آزمایشگاهی موجود شامل مسیر حرکت یک پرتابه کروی در عمق آب، شکل حباب هوای تشکیل شده و زمان و عمق جدایش آن، صحت سنجی گردید که بیانگر دقت و کاربرد الگوریتم عددی مورد استفاده بود. نتایج نشان داد که عمق جدایش حباب متاثر از شکل هندسی پرتابه است و با افزایش ارتفاع سقوط آن از سطح آزاد آب، به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. در حالی که، زمان جدایش حباب تابع ضعیفی از پارامترهای مذکور می باشد. همچنین، نیروی پسا بر پرتابه های با سطح تماس مسطح و تیزگونه، به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را دارد. از این رو، پرتابه مکعبی که از بیشترین استهلاک سرعت در عمق آب برخوردار است، با سرعت m/s57/1 به بستر مدل برخورد نموده و جدایش حباب در عمق cm63 رخ می دهد. در حالی که، پرتابه مخروطی با کمترین استهلاک سرعت در عمق آب، دارای سرعت برخورد m/s88/3 است و جدایش حباب در عمق cm98 اتفاق می افتد.

ابتدا، هدف این مقاله به دست آوردن معادلات غیرخطی برای توصیف امواج فشار در یک جریان لزج حاوی حباب های گازی می باشد. بدین منظور، معادلات غیرخطی مرتبه چهارم و بعضی از موارد خاص آن ها برای توصیف تغییرات فشار امواج در ترکیب حباب های گاز در مایع در نظر گرفته شده است. سپس، با در نظر گرفتن تاثیر لزجت و وجود انتقال حرارت، یک رابطه دیفرانسیلی بین فشار ترکیب مایع و گاز نسبت به تغییرات شعاع حباب های گازی به دست آمده است. نشان داده شد که معادلات برگرز، کا دی وی و کا دی وی-برگرز حالت های خاصی برای توصیف فشار امواج در این مورد می باشند. همچنین، یک روش بسط معرفی شد که به کمک آن می توان جواب های دقیق معادلات دیفرانسیل غیرخطی را بدون نیاز به شرایط اولیه و مرزی به دست آورد. در این روش، با انتخاب ثابت های خاص در جواب های به دست آمده، جواب های بیشتری از معادلات امواج در جریان های لزج قابل محاسبه می باشد. این ویژگی ها برتری روش معرفی شده را نسبت به سایر روش ها نشان می دهد. علاوه بر این، جواب های دقیق این معادلات که کاربردهای فراوانی در علوم و مهندسی دارند، به کمک روش بسط به دست آمده اند.

اجسام تقارن محور، شبیه زیردریایی ها، در زوایای حمله بالا با جدایش سه بعدی لایه مرزی و ساختارهای جریان گردابه ای بزرگ در اطراف جسم مواجه می شوند که تاثیر بسزایی در نیروها و ممان های جسم دارد. این جریان گردابه ای روی نویز، پسا و مانورپذیری جسم اثرگذار است. یک روش مناسب برای کاهش اثرات جریان جداشده و گردابه ای استفاده از مولدهای گردابه است. مولدهای گردابه دارای چیدمان های مختلفی، از جمله چرخش هم راستا و چرخش غیرهم راستا، می باشند. در تحقیق حاضر، به کمک روش تجربی و با استفاده از پراب پنج حفره، میدان جریان در اطراف یک مدل زیردریایی استاندارد با استفاده از چیدمان های مختلف مولدهای گردابه در زوایای حمله ° 20° ≤ α ≤ 0 بررسی شده است. استفاده از پراب پنج حفره در مطالعه حاضر به بررسی فیزیک اثر چیدمان های مولدهای گردابه روی ساختار گردابه های تشکیل شده در اطراف جسم تقارن محور کمک نمود. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد که استفاده از مولدهای گردابه با چیدمان چرخش غیرهم راستا باعث کاهش قدرت گردابه، اندازه ابعاد گرادبه های عرضی و نیروی پسا می شود.

در تحقیق حاضر، جریان آشفته در یک ورودی منطبق بر بدنه با استفاده از شبیه سازی عددی مورد ارزیابی قرار گرفت. در محاسبات انجام شده سه هندسه مختلف، از قبیل ورودی استاندارد ناکا و دو هندسه با ساختار پیشنهادی مورد مطالعه قرار گرفته و اثرات ضخامت لایه مرزی (31/0، 8/0 و 56/2) و (6/1>سرعت بی بعد > 2/0) بر عملکرد آن ها مورد ارزیابی قرار گرفت. برای شبیه سازی سه بعدی جریان تراکم ناپذیر و آشفته از مدل استفاده شد. البته، در ابتدا، ورودی استاندارد ناکا با داده های تجربی اعتبارسنجی شد. نتایج نشان می دهد که افزایش ضخامت لایه مرزی اثر منفی در بازده فشاری رم در هندسه ها داشته، در حالی که افزایش سرعت در ابتدا موجب افزایش بازده و سپس موجب کاهش بازده می شود. همچنین، مقدار بازده هندسه های نوین به بازده ورودی استاندارد ناکا بسیار نزدیک می باشد. درحالی که هندسه های نوین در نسبت سرعت های بالا، نیروی پسای کمتری داشته (که عامل مهمی در مصرف سوخت است) و طرح مناسب تری از هندسه استاندارد ناکا می باشند.