ORIGINAL_ARTICLE
آنالیز انتقال حرارت جابجایی متان در فشار فوقبحرانی در یک کانال خنککاری بازیابی
یکی از مراحل مهم در طراحی زیرسامانههای فضایی تحلیل جامع رفتار حرارتی سیال خنککننده درون کانالهای خنککاری بازیابی برای دستیابی به طراحی بهینه، بهبود عملکرد و افزایش عمر میباشد. در سامانههای پیشران متان- پایه، تحلیل حرارتی خنککننده متانی برای پیشبینی خواص ترمودینامیکی که وابسته به دمای محلی و فشار میباشند، اهمیت ویژهای دارد. خنککننده متانی با پدیدههایی از جمله تغییر رژیم جریان و افت انتقال حرارت بهدلیل گرادیان دمای بالای نزدیک دیواره، عدد رینولدز بالا و هندسه سهبعدی مسیرها مواجه خواهد شد. در پژوهش حاضر، حلگری سهبعدی برای شبیهسازی انتقال حرارت جابجایی جریان متان فوقبحرانی درون کانال خنککاری مستطیلی توسعه داده شده است. اعتبارسنجی حلگر با استفاده از دادههای تجربی متان در آزمونهای MTP انجام شده و دقت روابط ناسلت مختلف برای تخمین ضریب انتقال حرارت متان در فشارهای فوقبحرانی ارزیابی شدهاند. بهعلاوه، روابط عدد ناسلت موجود برای متان فوقبحرانی درون کانال مستطیلی توسعه داده شدهاند. دقت روابط اصلاح شده در فشارهای خروجی، شارهای دیواره و دبیهای ورودی مختلف مطالعه شدهاند. روابط ناسلت اصلاح شده در فشارهای بالاتر از 8 MPa و نرخ انتقال حرارت کمتر از 13 kW خطای کمتر از 10% دارند.
https://fma.ihu.ac.ir/article_203649_fe0d6cca10de013bc124b82301ae1c10.pdf
2019-02-20
1
17
انتقال حرارت کوپل
متان فوقبحرانی
سیمپل سی
ناسلت
عباس
ابراهیمی
ebrahimi_a@sharif.ir
1
صنعتی شریف
LEAD_AUTHOR
مریم
شکری
maryam.shokri.89@gmail.com
2
صنعتی شریف
AUTHOR
Hurlbert, E.A., Whitley, R., Klem, M.D., Johnson, W., Alexander, L., D’Aversa, E., Ruault, J.M., Manfletti, Ch., Sippel, M., Caruana, J.N., Ueno, H., and Asakawa, H. “International space exploration coordination group assessment of technology gaps for LOX/Methane propulsion systems for the global exploration roadmap”; AIAA Space, 2016.
1
Trejo, A., Garcia, C., and Choudhuri, A. “Experimental investigation of transient forced convection of liquid methane in a channel at high heat flux conditions”, Experimental Heat Transfer, Vol. 29, No. 1, pp.97-112, 2016.
2
Hendricks, R.C., Graham, R.W., Hsu, Y., and Friedman, “Experimental heat transfer results for cryogenic hydrogen flowing in tubes at subcritical and supercritical pressures to 800 pounds per square inch absolute”, NASA TN D-3095, 1966.
3
Spencer, R. and Rousar, D. “Supercritical oxygen heat transfer”, NASA CA-135339, 1977.
4
Giovanetti, A., Spadaccini, L.J., and Szetela, “Deposite formation and heat-transfer characteristics of hydrocarbon rocket fuels”, J. Spacecraft and Rockets, Vol. 22, No. 5, pp.574-580, 1985.
5
Liang, K., Yang, B., and Zhang, Z. “Investigation of heat transfer and coking charrcteristics of hydrocarbon fuels”, J. Propul. Power, Vol. 14, No. 5, pp.789-796, 1998.
6
Votta, R., Battista, F., Ferraiuolo, M., Ronicioni, P., Salvatore, V., and Matteis, P. “Design of an experimental campaign on methane regenerative liquid rocket engine cooling system”, 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf., 2013.
7
Votta, R., Battista, F., Salvatore, V., Pizzarelli, M., Leccese, G., Nasuti, F., and Meyer, S. “Experimental investigation of transcritical methane flow in rocket engine cooling channel”, Appl. Therm. Eng., Vol. 101, pp.61-70, 2016.
8
Ricci, D., Natale, P., Battista, F., and Salvatore, V. “Experimental Investigation on the Transcritical Behaviour of Methane and Numerical Rebuilding Activity in the Frame of the Hyprob-Bread Project”, submitted for the the ASME Int. Mechanical Eng. Cong. & Exp., USA, 2015.
9
Ricci, D., Natale, P., and Battista, F. “Experimental and Numerical Investigation on the Behavior of Methane in Supercritical Conditions”, Appl. Therm. Eng., Vol.107, pp.1334-1353, 2016.
10
Pizzarelli, M., Nasuti, F., Votta, R., and Battista, F. “Validation of conjugate heat transfer model for rocket cooling with supercritical methane”, J. Propul. Power, pp.726-733, 2016.
11
Pizzarelli, M., Nasuti, F., Votta, R., and Battista, F. ‘Assessment of a conjugate heat transfer model for rocket engine cooling channels fed with supercritical methane”, 51st AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf., 2015.
12
Pitla, S., Groll, E., and Ramadhyani, S. “New correlation to predict the heat transfer coefficient during in-tube cooling of turbulent supercritical CO2”, Int. J. Refrigeration, Vol. 25, No. 7, pp.887-895, 2002.
13
Yoon, S., Kim, J., Hwang, Y., Kim, M., Min, K., and Kim, Y. “Heat transfer and pressure drop characteristics during the in-tube cooling process of carbon dioxide in the supercritical region”, Int. J. Refrigeration, Vol. 26, No. 8, pp.857-864, 2003.
14
Dang, C. and Hihara, E. “In-tube cooling heat transfer of supercritical carbon dioxide, Part 1. Experimental measurement”, Int. J. Refrigeration, Vol. 27, No. 7, pp.736-747, 2004.
15
Gnielinski, V. “New equations for heat and mass transfer in turbulent pipe and channel flow”. Int. Chem. Eng., Vol. 16, No. 2, pp.359-368, 1976.
16
Mokry, S., Pioro, I., Farah, A., King, K., Gupta, S., Peiman, W., and Kirillov, P. “Development of supercritical water heat-transfer correlation for vertical bare tubes”, Nuclear Engineering and Design, Vol. 241, No. 4, pp.1126-1136, 2011.
17
Wang, Y., Hua, Y., and Meng, H. “Numerical studies of supercritical turbulent convective heat transfer of cryogenic-propellant methane”, J. Thermophys Heat Transfer, Vol. 24, No. 3, pp.490-500, 2010.
18
Jackson, J. and Hall, W. “Forced convective heat transfer to fluids at supercritical pressure” Turbulent Forced Convection in Channels and Bundles, pp.563-611, 1979.
19
Ruan, B., Gao, X., and Meng, H. “Numerical modeling of turbulent heat transfer of a nanofluid at supercritical pressure”, Appl. Therm. Eng., Vol. 113, pp.994-1003, 2017.
20
Bishop, A., Sandberg, R., and Tong, L. “Forced-convection heat transfer to water at near-critical temperatures and supercritical pressures”, Westinghouse Electric Corp., Pittsburgh, Pa. Atomic Power Div, WCAP-5449; CONF-650603-1, 1964.
21
Pizzarelli, M. “A CFD-derived correlation for methane heat transfer deterioration”, Numer. Heat Transfer, Part A, Vol. 69, No. 3, pp.242-264, 2016.
22
Arun, M., Akhil, J., Noufal, K., Baby, R., Babu, D., and Prakash, M. “Effect of aspect ratio on supercritical heat transfer of cryogenic methane in rocket engine cooling channels”, Frontiers in Heat and Mass Transfer, Vol. 8, 2017.
23
Wang, Y.Z. “Numerical investigation of supercritical turbulent heat transfer of cryogenic-propellant methane in a horizontal tube (In Chinese)”, Master Dissertation, Zhejiang University, 2010.
24
Van Doormal, J.P. and Raithby, G.D. “Enhancement of the SIMPLE Method for Predicting Incompressible Fluid Flows”, Numer. Heat Transfer, Vol. 7, No. 2, pp.147-163, 1984.
25
Rhie, C. and Chow, W. “Numerical Study of the Turbulent FlowPast an Airfoil with Trailng Edge Separation”, AIAA Journal, Vol. 21, No. 11, pp.1525-1532, 1983.
26
Spalart, P. and Allmaras, S. “A one-equation turbulence model for aerodynamic flows”, 30th aerospace science meeting and exhibit, 1992.
27
Kunz, O. and Wagner, W. “The GERG-2008 wide-range equation of state for natural gases and other mixtures: an expansion of GERG-2004”, J. Chem. Eng. Data Vol. 57, No. 11, pp.3032-3091, 2012.
28
Younglove, B.A. and Ely, J.F. “Thermophysical properties of fluids. II. methane, ethane, propane, isobutane and normal butane”, J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 16, No. 4, pp.577-798, 1987.
29
Quiñones-Cisneros, S. and Deiters, U. “Generalization of the friction theory for viscosity modeling”, J. Phys. Chem. B, Vol. 110, No. 25, pp.12820-12834, 2006.
30
Versteeg, H. and Malalasekera, W. “An introduction to computational fluid dynamics: the finite volume method”, Pearson Education, 2007.
31
Dittus, F. and Boelter, L. Publications on Engineering, Vol. 2. University of California at Berkeley, Berkeley, CA, 443-461, 1930.
32
Taylor, M. “Correlation of local heat-transfer coefficients for single-phase turbulent flow of hydrogen in tubes with temperature ratios to 23”, NASA TN D-4332, 1968.
33
Zhao, C. and Jiang, P. “Experimental study of in-tube cooling heat transfer and pressure drop characteristics of R134a at supercritical pressures”, Exp. Therm. Fluid Sci., Vol. 35, No. 7, pp.1293-1303, 2011.
34
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل عددی انتقال حرارت و پخش نانوذرات مغناطیسی در یک جریان غیرنیوتنی خون، تحت تأثیر میدان مغناطیسی غیر یکنواخت
هدف از این تحقیق بررسی توزیع و انتقال حرارت نانوذرههای مغناطیسی درون یک مویرگ سرطانی با جریان غیرنیوتنی خون، تحت اثر میدان مغناطیسی غیریکنواخت خارجی، است. بدین منظور، معادلات حاکم پیوستگی، مومنتوم، انرژی، ماکسول و غلظت برای سیال غیرنیوتونی با مدل لزجت کاریو که تابعی از نرخ برشی میباشد، در ماژول عددی کامسول مدل شده و بهصورت کوپل شده مورد تحلیل قرار گرفته است. در این تحقیق، رگ بهصورت سهبعدی و با دیواره صلب فرض شده است. نتایج حاصل نشاندهنده آن است که غلظت نانوذرههای مغناطیسی در دیواره بالایی مویرگ در زمانهای بالا به یک مقدار پایا میرسد. و این تجمع بر دمای جریان خون اثرگذار است. قدرت میدان مغناطیسی، مغناطیسپذیری و غلظت نانوذرات با دمای جریان خون در محل تجمع ذرات رابطه مستقیم دارد و با افزایش اندازه نانوذرهها و سرعت ورودی، دمای جریان خون کاهش مییابد بهطوری که در اندازههای بالای nm 70 اثر حرارتی ذرات بسیار کم میشود همچنین، فرض غیرنیوتنی بودن سیال تأثیر قابل ملاحظهای در نتایج دارد.
https://fma.ihu.ac.ir/article_203650_ada6ac514f0763c930ac4544b849f117.pdf
2019-02-20
19
31
نانوذرات مغناطیسی
غلظت
میدان مغناطیسی
انتقال حرارت
غیر نیوتنی
مهدی
کیهانپور
kasra.keyhanpour@gmail.com
1
دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
AUTHOR
مجید
قاسمی
ghasemi@kntu.ac.ir
2
دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
LEAD_AUTHOR
Salloum, M., Ma, R., Weeks, D., and Zhu, L.“Controlling Nanoparticle Delivery in MagneticNanoparticle Hyperthermia for Cancer Treatment:Experimental Study in Agarose Gel”, InternationalJournal of Hyperthermia, Vol. 24, No. 4, pp. 337-345, 2008.2. Habibi, M.R. and Ghasemi, M. “Numerical Studyof Magnetic Nanoparticles Concentration inBiofluid (blood) under Influence of High GradientMagnetic Field”, Journal of Magnetism andMagnetic Materials, Vol. 323, No. 1, pp. 32-38,2011.3. Ne’mati, S., Ghassemi, M., and Shahidian, A.“Numerical Investigation of Non-uniform MagneticField Effects on the Blood Velocity and MagneticNanoparticles Concentration Inside the Vessel”,Journal of Mechanical Science and Technology,Vol. 31, No. 4, pp. 1657-1663, 2017.4. Deatsch, A.E. and Evans, B.A. “Heating Efficiencyin Magnetic Nanoparticle Hyperthermia”, Journalof Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 354,pp. 163-172, 2014.5. Johannsen, M., Thiesen, B., Wust, P., and Jordan,A. “Magnetic Nanoparticle Hyperthermia forProstate Cancer”, International Journal ofHyperthermia, Vol. 26, No. 8, pp. 790-795, 2010.6. Hergt, R., Dutz, S., Müller, R., and Zeisberger, M.“Magnetic Particle Hyperthermia: NanoparticleMagnetism and Materials Development for CancerTherapy”, Journal of Physics: Condensed Matter,Vol. 18, No. 38, p. S2919, 2006.7. Loukopoulos, L. and Tzirtzilakis, T. “BiomagneticChannel Flow in Spatially Varying MagneticField”, International Journal of EngineeringScience, Vol. 42, No. 5-6, pp. 571-590, 2004.8. Ne’mati, S. M.N., Ghassemi, M., and Shahidian,A. “Numerical Investigation of Drug Delivery toCancerous Solid Tumors by MagneticNanoparticles, Using External Magnet”, Transportin Porous Media, Vol. 119, No. 2, pp. 461-480,2017.9. Chien, S. “Shear Dependence of Effective CellVolume as a Determinant of Blood Viscosity”,Science, Vol. 168, No. 3934, pp. 977-979, 1970.1- Quemada10. Garakani, A.K., Mostoufi, N., Sadeghi, F.,Fatourechi, H., Sarrafzadeh, M., and Mehrnia, M.“Comparison Between Different Models forRheological Characterization of Activated Sludge”,Journal of Environmental Health Science &Engineering, Vol. 8, No. 3, pp. 255-264, 2011.11. Berthier, J. and Silberzan, P. “Microfluidics forBiotechnology”, Artech House, Boston, USA,2010.12. Cho, Y.I. and Kensey, K.R. “Effects of the Non-Newtonian Viscosity of Blood on Flows in aDiseased Arterial Vessel. Part 1: Steady Flows”,Biorheology, Vol. 28, Noʼs. 3-4, pp. 241-262, 1991.13. Fox, R.W., McDonald, A.T., and Pritchard, P.J.“Introduction to Fluid Mechanics”, John Wiley &Sons, New York, 1998.14. Habibi, M.R., Ghassemi, M., and Hamedi, M.H.“Analysis of High Gradient Magnetic Field Effectson Distribution of Nanoparticles Injected intoPulsatile Blood Stream”, Journal of Magnetism andMagnetic Materials, Vol. 324, No. 8, pp. 1473-1482, 2012.15. Liu, R., Vanka, S.P., and Thomas, B.G. “ParticleTransport and Deposition in a Turbulent SquareDuct Flow with an Imposed Magnetic Field”,Journal of Fluids Engineering, Vol. 136, No. 12, p.121201, 2014.16. Nacev, A., Beni, C., Bruno, O., and Shapiro, B.“The Behaviors of Ferromagnetic Nano-particles inand around Blood Vessels, Under AppliedMagnetic Fields”, Journal of Magnetism andMagnetic Materials, Vol. 323, No. 6, pp. 651-668,2011.17. Wang, Q., Deng, Z., and Liu, J. “TheoreticalEvaluations of Magnetic Nanoparticle-EnhancedHeating on Tumor Embedded with Large BloodVessels During Hyperthermia”, Journal ofNanoparticle Research, Vol. 14, No. 7, p. 974,2012.18. Bergman, T.L. and Incropera, F.P. “Fundamentalsof Heat and Mass Transfer”, John Wiley & Sons,New Jersey, USA, 2011.19. Roca, A., Wiese, B., Timmis, J., Vallejo-Fernandez, G., and O'grady, K. “Effect ofFrequency and Field Amplitude in MagneticHyperthermia”, IEEE Transactions on Magnetics,Vol. 48, No. 11, pp. 4054-4057, 2012.20. Kikuchi, S., Saito, K., Takahashi, M., and Ito, K.“Temperature Elevation in the Fetus fromElectromagnetic Exposure During MagneticResonance Imaging”, Physics in Medicine andBiology, Vol. 55, No. 8, p. 2411, 2010.
1
21.Kramarić D.B. “Guyton and Hall Textbook ofMedical Physiology”, Philadelphia, USA, 2017.22. Bidani, A., Flumerfelt, R., and Crandall, E.“Analysis of The Effects of Pulsatile CapillaryBlood Flow and Volume on Gas Exchange”,Respiration Physiology, Vol. 35, No. 1, pp. 27-42,1978.23. Brambatti, V.M., de Andrade, C. R., and Zaparoli,E.L. “Numerical Analysis of Blood Flow ViscosityModels”, Momentum, Vol. 10, p. 1, 2009.
2
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی تجربی تأثیر یک روزنه نوین جت نخودی بر عملکرد حرارتی جت های تزریقشده در یک جریان عرضی
در خنککاری لایهای، هوای خنککننده از طریق جتهایی روی سطح تزریق میشود تا لایهای محافظ در برابر گازهای دما بالا فراهم شود. عملکرد خنککاری لایهای تا حد زیادی تحت تأثیر شکل روزنه جتها قرار دارد. و لذا بهینهسازی و اصلاح شکل هندسی روزنه جت برای دستیابی به عملکرد خنککاری بهتر ضروری است. در این پژوهش، عملکرد خنککاری لایهای هندسه جدید جتهای استوانهای ناقص (نخودی) بهصورت تجربی با استفاده از روش دما نگاری مادونقرمز بررسی شده است. آزمایشها در حالت انتقال حرارت پایا در عدد رینولدز جریان اصلی براساس قطر معادل جت (Rejet) 10,000 روی صفحه تخت انجام شده است. اندازهگیریها در چهار نسبت دمش (M=ρjetVjet/ρ∞V∞) مختلف 4/0، 5/0، 7/0 و 8/0 انجام شدهاند. نتایج حاصل نشان میدهد که هندسه پیشنهادی دارای نسبت دمش بهینه 7/0 در زاویه تزریق جت 30 درجه است و در نسبت دمش یکسان، اثربخشی خنککاری لایهای هندسه جدید بیشتر است. بهعبارت دیگر، با استفاده از همان مقدار نرخ جریان جرمی تزریقشده، توزیع یکنواختتری از لایه سیال خنککننده حاصل میشود.
https://fma.ihu.ac.ir/article_203651_4c8bd35f2ff74ec0d49605f046d7aac5.pdf
2019-02-20
33
45
اثربخشی خنک کاری لایه ای
هندسه جدید روزنه جت
روزنه جت نخودی
آزمایش تجربی
تونل باد
یونس
پولادرنگ
poladrang@gmail.com
1
مرکز تحصیلات تکمیلی، دانشکاه هوایی شهید ستاری
AUTHOR
مهدی
رمضانی زاده
ramezanizadeh@ssau.ac.ir
2
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری
LEAD_AUTHOR
Bazdidi-Tehrani, M.J.F. and Mousavi, S.M.“Investigation of Film Cooling on Model TurbineBlade Leading Edge Using DES and LESApproaches”, Modarres Mech. Eng., Vol. 15, No.8, pp. 260-270, 2015.2. An, B., Liu, J., Zhou, S., Zhang, X., and Zhang, C.“Film Cooling Investigation of a Slot-BasedDiffusion Hole”, ASME Turbo Expo 2016:Turbomachinery Technical Conference andExposition, Vol. 5C, p. V05CT19A005, 2016.3. Goldstein, R.B.R.J. and Eckert, E.G. “Effects ofHole Geometry and Denstty on Three-dimensionalFilm Cooling”, Int. J. Heat Mass Trans., Vol. 17,No. 5, pp. 595-607, 1974.4. Andreopoulos, J. and Rodi, W. “ExperimentalInvestigation of Jets into a Crossflow”, J. FluidMech., Vol. 138, No. 1, pp. 93-127, 1984.5. Gritsch, S., Schulz, M., and Wittig, A. “AdiabaticWall Effectiveness Measurements of Film-CoolingHoles with Expanded Exits”, ASME J.Turbomach., Vol. 3, No. 120, pp. 549-556, 1998.6. Saumweber, C., Schulz, A., and Wittig, S.“FreeStream Turbulence Effects on Film Coolingwith Shaped Holes”, ASME J. Turbomach, Vol.125, No. 1, pp. 65-73, 2003.7. Saumweber, C. and Schulz, A. “Effect of GeometryVariations on the Cooling Performance of Fan-Shaped Cooling Holes”, ASME Turbo Expo., Vol.134, No.6 , pp. 1-16, 2012.8. Burd, S.W., Kaszeta, R.W., and Simon, T.W.“Measurements in Film Cooling Flows: Hole LIDand Turbulence Intensity Effects”, ASME J.Turbomach., Vol. 120, No.4, pp. 791–798, 1998.9. Yuen, C.H.N. and Martinex-Botas, R.F. “FilmCooling Characteristics of a Single Round Hole atVarious Streamwise Angles in a Crossflow: Part IEffectiveness”, J. Heat Mass Trans., Vol. 46, pp.221-235, 2003.10. Bernsdorf, M., Rose, G., and R.S. Abhari,“Modeling of Film Cooling – Part 1: ExperimentalStudy of Flow Structure”, ASME Turbo Expo.,Vol. 128, No.1, pp. 141–149, 2005.
1
Bunker, R.S. “A Review of Shaped Hole TurbineFilm- Cooling Technology”, J. Heat Trans., Vol.127, No.4, pp. 441–453, 2005.12. Asghar, F.H. and Hyder, M.J. “ComputationalStudy of Film Cooling from Single and TwoStaggered Rows of Novel Semi-Circular CoolingHoles Including Coolant Plenum”, Energy Conv.Manag., Vol. 52, No.1, pp. 329-334, 2011.13. Dai, P. and Lin, F. “Numerical Study on FilmCooling Effectiveness from Shaped and CrescentHoles”, Heat Math Transf., Vol. 47, No.2, pp. 147-154, 2011.14. Islami, S.B., Tabrizi, S.P.A., Jubran, B.A., andEsmaeilzadeh, E. “Influence of Trenched ShapedHoles on Turbine Blade Leading Edge FilmCooling”, Heat Transf. Eng., Vol. 31, No.10, pp.889-906, 2011.15. Montomoli, F., Ammaro, A.D., and Uchida, S.“Numerical and Experimental Investigation of aNew Film Cooling Geometry with High P/DRatio”, Int. J. Heat Mass Trans., Vol. 66, No. 11,pp. 366-375, 2013.16. Yusop, N.M., Ali, A.H., and Abdullah, M.Z.“Computational Study of a New Scheme for A Film-Cooling Hole on Convex Surface of TurbineBlades,” Int. Commun. Heat Mass Trans., Vol. 43,No. 4, pp. 90-99, 2013.17. Salimi, M.R., Ramezanizadeh, M., and Taeibi-Rahni, M., and Farhadi-Azar, R. “Film CoolingEffectiveness Enhancement Applying another Jet inthe Upstream Neighbor of the Main Jet,Using LESApproach”, J. Appl. Fluid Mech., Vol. 9, No. 1, pp.33-42, 2016.18. Baheri Islami, S. and Jubran, B.A. “The Effect ofTurbulence Intensity on Film Cooling of GasTurbine Blade from Trenched Shaped Holes”, HeatMath Trans., Vol. 48, No. 5, pp. 831–840, 2012.19. Liu, C., Zhu, H., Zhang, Z., and Xu, D.,“Experimental Investigation on the Leading EdgeFilm Cooling of Cylindrical and Laid-Back Holeswith Different Hole Pitches”, Int. J. Heat MassTrans., Vol. 55, No.23-24 , pp. 6832–6845, 2012.20. York, W. D. and Leylek, J. H. “Leading-EdgeFilm-Cooling Physics—Part III: Diffused HoleEffectiveness”, ASME, Vol. 125, No. 2, pp. 252–259, 2003.21. Wang, T. and Li, X. “Mist Film Cooling Simulationat Gas Turbine Operating Conditions”, Int. J. HeatMass Trans., Vol. 51, pp. 5305–5317, No. 21-22,2008.22. Baheri, S., AlaviTabrizi, S.P., and Jubran, B.A.“Film Cooling Effectiveness from TrenchedShaped and Compound Holes”, Heat Mass Trans.,Vol. 44, No. 8, pp. 989-998, 2008.23. Elnady, T., Hassan, I., Kadem, L., and Lucas, T.“Cooling Effectiveness of Shaped Film Holes forLeading Edge”, Exp. Therm. Fluid Sci., Vol. 44,No. 1, pp. 649-661, 2013.24. Liu, C., Zhu, H., Zhang, X., Xu, D., and Zhang, Z.“Experimental Investigation on the Leading EdgeFilm Cooling of Cylindrical and Laid-Back Holeswith Different Radial Angles” , Heat Mass Transf.,Vol. 71, No. 4, pp. 615–625, 2014.25. Lee, K., Choi, D., and Kim, K., “Optimization ofEjection Angles of Double-Jet Film-Cooling HolesUsing RBNN Model”, Int. J. Therm. Sci., Vol. 73,No. 11, pp. 69-78, 2013.26. Moon, Y., Park, S.S., Park, J.S., and Kwak, J.S.“Effect of Angle Between the Primary andAuxiliary Holes of an Anti-Vortex Film CoolingHole”, Asia-Pacific Int. Symp. Aerosp. Technol.APISAT2014, Vol. 99, pp. 1492-1496, 2015.27. Farhadi-Azar, R., Ramezanizadeh, M., Taeibi-Rahni, M., and Salimi, M. “Compound Triple JetsFilm Cooling Improvements via Velocity andDensity Ratios: Large Eddy Simulation”, J. FluidsEng., Vol. 133, No. 3, p. 31202, 2011.28. Ramesh, S., Gomez, D., Ekkad, S.V., and Anne, M.“Analysis of Film Cooling Performance ofAdvanced Tripod Hole Geometries with andwithout Manufacturing Features”, Int. J. Heat MassTrans., Vol. 94, No. 3, pp. 9-19, 2016.29. Chen, S.P., Chyu, M.K., and Shih, T.I. “Effects ofUpstream Ramp on the Performance of FilmCooling”, Int. J. Therm. Sci., Vol. 50, No. 6, pp.1085-1094, 2011.30. Rigby, L.D. and Heidmann, J.D. “Improved FilmCooling Effectiveness by Placing a VortexGenerator Downstream of Each Hole” ASMETurbo Expo 2008: Power for Land, Sea, and Air,Vol. 4, pp. 1161-1174, 2008.31. An, B.T., Liu, J.J., Zhang, C., and Zhou, S.J. “FilmCooling of Cylindrical Hole with a DownstreamShort Crescent-Shaped Block”, J. Heat Trans., Vol.135, No. 3, p. 31702, 2013.32. Ramezanizadeh, M. and Pouladrang, Y.“Experimental Investigation of Film CoolingEffectiveness Applying a Novel IntegratedCompound Jets Design for the Jet Holes”, ModaresMech. Eng., Vol. 18, No. 3, pp. 302-310, 2018.33. Pouladrang, Y. “Experimental Study of the Effectsof Jet Hole Geometry on the Film CoolingEffectiveness in Gas Turbines”, MSc Thesis,Graduate Center, Shahid Sattari AeronauticalUniversity of Science & Technology, 2017.34. Moffat, R.J. “Describing the Uncertainties inExperimental Results”, Exp. Therm. Fluid Sci.,Vol. 1, No. 1, pp. 3-17, 1988.
2
35.Dhungel, A., Lu, Y., Phillips, W., Srinath, E., andJames, H. “Film Cooling from a Row of HolesSupplemented with Antivortex Holes”, J.Turbomach., Vol. 131, No. 2, p. 21007, 2009.36. Lawson, S.A., and Thole, K.A. “Effects ofSimulated Particle Deposition on Film Cooling”,ASME, Vol. 133, No. 2, p. 21009, 2011.37. Kunze, M., Preibisch, S., and Landis, K. “A NewTest Rig for Film Cooling Experiments on TurbineEndwalls”, Proc. ASME Turbo Expo., Vol. 4, pp.989-998, 2008.
3
Johnson, B., Tian, W., Zhang, K., and Hu, H. “AnExperimental Study of Density Ratio Effects on theFilm Cooling Injection from Discrete Holes byUsing PIV and PSP Techniques”, Int. J. Heat MassTrans., Vol. 76, No. 9, pp. 337–349, 2014.39. Sinha, A. K., Bogard, D. G., and Crawford, M. E.“Film-Cooling Effectiveness Downstream of aSingle Row of Holes with Variable Density Ratio”,J. Turbomach., Vol. 113, No. 3, pp. 442–449, 1991.40. Rallabandi, A.P., Grizzle, J., and Han, J. “Effect ofUpstream Step on Flat Plate Film-CoolingEffectiveness Using PSP”, J. ASME Turbomach.,Vol. 133, No. 4, p. 041024, 2011.
4
ORIGINAL_ARTICLE
ارزیابی چهار مدل آشفتگی مختلف برای شبیه سازی جریان مافوق صوت حول یک دماغه پخ مجهز به اسپایک
بهبود عملکرد اجسام پروازی در زمینه کاهش نیروی درگ از موضوعاتی است که امروزه مطالعات گستردهای روی آن انجام میشود. در جریانهای مافوق صوت، اگرچه اجسام پروازی با دماغههای بلانت عملکرد بهتری از منظر کاهش گرمای تولیدی نسبت به دماغههای باریک دارند، لیکن منجر به شوک قوی در نوک دماغه شده و نیروی درگ آیرودینامیکی را افزایش میدهند. از تکنیکهای موثر در کاهش درگ یک دماغه بلانت، استفاده از اسپایک در نوک دماغه است. افزودن اسپایک همچنین منجر به افزایش ضریب انتقال حرارت دماغه نیز میشود. یکی از عوامل موثر بر صحت و دقت نتایج، در شبیهسازیهای عددی مبتنی بر حل معادلات متوسطگیری شده ناویر- استوکس روی این دماغهها، نوع مدل آشفتگی بهکار رفته میباشد. در این تحقیق جریان اطراف یک دماغه بلانت همراه با اسپایک بهکمک یک مدل یک معادلهای آشفتگی اسپالارت- آلماراس و سه مدل آشفتگی دو معادلهای k-ω, k-ω-SSTو k-ε شبیهسازی شده تا از مقایسه نتایج حاصله، مدل آشفتگی مناسب برای این نوع شبیهسازیها معرفی شود. عدد ماخ جریان آزاد در این شبیهسازیها برابر 6 و زاویه حمله بدنه برابر صفر درجه در نظر گرفته شده است. معادلات جریان با فرض آشفته و تراکمپذیر بوده و شبیهسازی بهصورت تقارن محوری و پایا انجام شده است. توجه شود که کلیه تحلیلها در محیط نرمافزار فلوئنت انجام شدهاند. نتایج عددی حاصله با نتایج تجربی موجود مقایسه و اعتبارسنجی شدهاند. برخلاف انتظار، نتایج نشان میدهد که مدل آشفتگی یک معادلهای اسپالارت- آلماراس جریان اطراف دماغه را بهتر پیشبینی مینماید.
https://fma.ihu.ac.ir/article_203652_140753d05efaec54ee1fb5d151cbbf33.pdf
2019-02-20
47
57
دماغهی بلانت
اسپایک
جریان مافوقصوت
مدلهای توربولانسی
حل عددی
محمود
سالاری
msalari@ihu.ac.ir
1
دانشگاه جامع امام حسین (ع)- دانشکده فنی و مهندسی
LEAD_AUTHOR
وحید
حیدرپور
vheidarpoor@gmail.com
2
دانشگاه جامع امام حسین ع
AUTHOR
حسن
محمد خانی
hm4393@gmail.com
3
دانشگاه جامع امام حسین ع
AUTHOR
Hallion, R. “The History of Hypersonics”, the 43rdAIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit.,pp. 329-331, 2005.2. Mansour, K. and Khorsandi, M. “The DragReduction in Spherical Spiked Blunt Body”, ActaAstronautica, Vol. 99, No. 1, pp.92-98, 2014.3. Zhenqing, W., Hongqing, Lv., and Zhang, A.“Numerical Analysis of Thermal Protection andDrag Redunction with Use of Spike”, Systems andControl in Aeronautics and Astronautics(ISSCAA), the 3rd International Symposium on.IEEE, 2010.4. Mahmoud, Y.M.A. and Qin, N. “Investigation ofFlow Asymmetry Around Axi-Symmetric SpikedBlunt Bodies in Hypersonic Speeds”, TheAeronaut. J., Vol. 118, No. 1200, pp. 169-179,20145. Snežana, S.M., Miloš D.P., Slavica, R., andAleksandar, V. “On the Influence Of Spike Shapeat Supersonic Flow Past Blunt Bodies”, FactaUniversitatis, Vol. 3, No. 12, pp. 371-382, 2002.6. Sahoo, D. Das. S., Kumar, P., and Prasad, J.K“Effect of Spike on Steady and Unsteady Flow overa Blunt Body at Supersonic Speed”, ActaAstronautica, Vol. 128, No. 8, pp.45-53, 2016.7. Soori, N. “Numerical Study of Heat FluxDeveloped on an Aero-spiked Structure InHypersonic Flow”, Proc. IEEE Aerospace Conf.Big Sky, MT, USA, 2015.8. Gauer, M. and Paull, A. “Numerical Investigationof a Spiked Blunt Nose Cone at HypersonicSpeeds”, Spacecraft And Rockets, Vol. 45, No. 3,pp. 459-471, 2008.9. Heubner, L.D., Mitchell, A.M., and Boudreaux,E.J. “Experimental Results on the Feasibility of anAerospike for Hypersonic Missiles”, the 33rdAerospace Sciences Meeting and Exhibit.,Aerospace Sciences Meetings, Technical Report,January 1995.10. Guenther, R.A. and Reding, J.P. “FluctuatingPressure Environment of a Drag Reduction Spike”,J. Spacecraft and Rockets, Vol. 14, No. 12, pp. 705-710, 1997.11. Yamauchi, M., Fujii, K., and Higashino, F.“Numerical Investigation of supersonic FlowsAround a Spiked Blunt Body”, J. Spacecraft andRockets, Vol. 32, No. 1, pp. 32-42, 1995.12. Yunfeng L. and Zonglin J. “Concept of Non-Ablative Thermal Protection System forHypersonic Vehicles”, AIAA Journal, Vol. 51, No.3, pp. 12-23, 2013
1
ORIGINAL_ARTICLE
آنالیز سه بعدی جریان جابجایی نانوسیال در یک کانال دارای انقباض ناگهانی
در این تحقیق، تاثیر درصد حجمی نانو ذرات جامد نقره بر رفتارهای هیدرودینامیکی و حرارتی جریان جابجایی آرام در یک کانال سهبعدی و دارای انقباض ناگهانی، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتهاند. انقباض موجود درکانال بهوسیله یک پله پیشرو شیبدار ایجاد میشود. برای شبیهسازی این پله در داخل کانال، از روش مسدود شده در سیستم مختصات کارتزین سهبعدی استفاده میشود. معادلات حاکم بر جریان که شامل معادلات بقای جرم، اندازه حرکت و انرژی است، ابتدا بیبعد و سپس با استفاده از روشهای دینامیک سیالات محاسباتی و با بکارگیری الگوریتم سیمپل حل میشوند. برای بررسی تأثیر عملکرد درصد حجمی ذارت نانو، توزیع میدانهای سرعت، دما، ضریب اصطکاک، عدد ناسلت و دمای متوسط مخلوط بهصورت نموداری برای شرایط مختلف ارائه شدهاند. نتایج این تحقیق نشان میدهد که درصد حجمی نانو ذرات نقره بهطور قابل ملاحظه و چشمگیری بر رفتارهای حرارتی و هیدرودینامیکی جریان تأثیر میگذارد.
https://fma.ihu.ac.ir/article_203653_4a8de4b329f7db328fc3bddcc0bc1e55.pdf
2019-02-20
59
72
انقباض ناگهانی
ذرات نانو
نقره-آب
نانو سیال
پله پیشرو
میثم
آتش افروز
m.atashafrooz@sirjantech.ac.ir
1
دانشگاه صنعتی سیرجان
LEAD_AUTHOR
سجاد
بدخشان
sajjad.badakhshan69@gmail.com
2
موسسه آموزش عالی جاوید جیرفت
AUTHOR
Iwai, H., Nakabe, K., Suzuki K., and Matsubara, K. “The Effects of Duct Inclination Angle on Laminar Mixed Convective Flows over a Backward-Facing Step”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 43, pp. 473-485, 2000.
1
Nie J.H., and Armaly, B.F. “Convection in Laminar Three-Dimensional Separated Flow”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 47, pp. 5407-5416, 2004.
2
Chen, Y.T., Nie, J.H., Hsieh, H.T., and Sun, L.J. “Three-Dimensional Convection Flow Adjacent to Inclined Backward-Facing Step”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 49, pp. 4795–4803, 2006.
3
Erturk, E., “Numerical Solutions of 2-D Steady Incompressible Flow over a Backward- Facing Step, Part I: High Reynolds Number Solutions”, Computers & Fluids, Vol. 37, pp.633–655, 2008.
4
Atashafrooz, M., Gandjalikhan Nassab, S.A., and Ansari, A.B., “Numerical Study of Entropy Generation in Laminar Forced Convection Flow over Inclined Backward and Forward Facing Steps in a Duct”, International Review of Mechanical Engineering, Vol. 5, No. 5, pp. 898-907, 2011.
5
Atashafrooz, M., Gandjalikhan Nassab, S.A. and Behineh, E.S. “Effects of Baffle on Separated Convection Step Flow of Radiating Gas in a Duct”, International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, Vol. 8, No. 3, pp. 33-47, 2015.
6
Dehghani Rayeni, A., and Gandjalikhan Nassab, S.A. “Numerical Simulation of Forced Convection Duct Flow of a Radiating Gas with Separation”, Fluid Mechanics and Aerodynamics, Vol. 6, No. 1, pp. 53–66, 2017 (In Persian).
7
Iwai, H., Nakabe K., and Suzuki, K. “Flow and Heat Transfer Characteristics of Backward Facing Step Laminar Flow in a Rectangular Duct”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 43, pp. 457-471, 2000.
8
Uruba, V., Jona´s P., and Mazur, O. “Control of a Channel-Flow Behind a Backward-Facing Step by Suction/Blowing”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 28, pp. 665-672, 2007.
9
Nie, J.H., Chen Y.T., and Hsieh, H.T. “Effects of a Baffle on Separated Convection Flow Adjacent to Backward-Facing Step”, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 48, pp.618–625, 2009.
10
Tsay, Y.L. Chang T.S. and Cheng, J.C. “Heat Transfer Enhancement of Backward-Facing Step Flow in a Channel by Using Baffle Installation on Channel Wall”, ACTA Mechanica, Vol. 174, pp. 63–76, 2005.
11
Selimefendigil F., and Oztop, H.F. “Numerical Analysis of Laminar Pulsating Flow at a Backward Facing Step with an Upper Wall Mounted Adiabatic Thin Fin”, Computers & Fluids, Vol. 88, pp. 93–107, 2013.
12
Atashafrooz M., and Gandjalikhan Nassab, S.A. “Simulation of Three-Dimensional Laminar Forced Convection Flow of a Radiating Gas over an Inclined Backward-Facing Step in a Duct under Bleeding Condition”, Institution of Mechanical Engineers, Part C, Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 227, No. 2, pp. 332-345, 2012.
13
Atashafrooz, M., Gandjalikhan Nassab S.A., and Lari, K. “Application of Full-Spectrum k Distribution Method to Combined Non-Gray Radiation and Forced Convection Flow in a Duct with an Expansion”, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 29, No. 2, pp. 845-859, 2015.
14
Atashafrooz, M., Gandjalikhan Nassab S.A., and Lari, K. “Coupled Thermal Radiation and Mixed Convection Step Flow of Non-Gray Gas”, Journal of Heat Transfer (ASME), Vol. 138, No. 7, pp. 072701–9, 2016.
15
Khanafer, K., Vafai K., and Lightstone, M. “Buoyancy-Driven Heat Transfer Enhancement in a Two-Dimensional Enclosure Utilizing Nanofluids”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 46, No. 19, pp. 3639–3653, 2003.
16
Akbari, M., Behzadmehr, A., and Shahraki, F. “Fully Developed Mixed Convection in Horizontal and Inclined Tubes with Uniform Heat Flux Using Nanofluid”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, No. 2, pp. 545-556, 2008.
17
Sidik, N.A.C., Mohammed, H.A., Alawi, O.A., and Samion, S. “A Review on Preparation Methods and Challenges of Nanofluids”, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 54, pp. 115-125, 2014.
18
Sidik, N.A.C., Samion, S., Musa, M.N., Muhammad, M.J., Muhammad, A.I., Yazid, M.N.A.W.M., and Mamat, R. “The Significant Effect of Turbulence Characteristics on Heat Transfer Enhancement Using Nanofluids: A Comprehensive Review”, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 72, pp. 39-47, 2016.
19
Gholamrezaee, H., Raisi, A., and Ghasemi, B. “Mixed Convection of a Water-Al2O3 Nanofluid in an Open Square Cavity, Containing a Solid Body Heat Source”, Fluid Mechanics and Aerodynamics, Vol. 6, No. 1, pp. 13–26, 2017 (In Persian).
20
Zeinali Heris, S., Esfahany, M.N., and Etemad, S.G. “Experimental Investigation of Convective Heat Transfer of Al2O3/Water Nanofluid in Circular Tube”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 28, No. 2, pp. 203-210, 2007.
21
Mansour, R.B., Galanis, N., and Nguyen, C.T. “Experimental Study of Mixed Convection with Water–Al2O3 Nanofluid in Inclined Tube with Uniform Wall Heat Flux”, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 50, pp. 403–410, 2011.
22
Al-aswadi, A.A., Mohammed, H.A., Shuaib N.H., and Campo, A. “Laminar Forced Convection Flow over a Backward Facing Step Using Nanofluids”, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37, No. 8, pp. 950-957, 2010.
23
Mohammed, H.A., Al-aswadi, A.A., Abu-Mulaweh H.I., and Shuaib, N.H. “Influence of Nanofluids on Mixed Convective Heat Transfer over a Horizontal Backward Facing Step”, Heat Transfer-Asian Research, Vol. 40, No. 4, pp. 287–307, 2011.
24
Alawi, O.A., Sidik, N.A.C., Kazi, S.N., and Abdolbaqi, M.K. “Comparative Study on Heat Transfer Enhancement and Nanofluids Flow over Backward and Forward Facing Steps”, Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, Vol. 23, No. 1, pp. 25-49, 2016.
25
Abu-Nada, E. “Application of Nanofluids for Heat Transfer Enhancement of Separated Flows Encountered in a Backward Facing Step”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, pp. 242–249, 2008.
26
Pour, M.S., and Gandjalikhan Nassab, S.A. “Numerical Investigation of Forced Laminar Convection Flow of Nanofluids over a Backward Facing Step under Bleeding Condition”, Journal of Mechanics, Vol. 28, No. 2, pp. N7-N12, 2012.
27
Mohammed, H.A. Alawi, O.A., and Wahid, M.A. “Mixed Convective Nanofluid Flow in a Channel Having Backward-Facing Step with a Baffle”, Powder Technology, Vol. 275, pp. 329–343, 2015.
28
Patankar, S.V., and Spalding, D.B., “A Calculation Procedure for Heat, Mass and Momentum Transfer in Three-Dimensional Parabolic Flows”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 15, No. 10, pp. 1787–1806, 1972
29
Li, A. “Experimental and Numerical Study of Three-Dimensional Laminar Separated Flow Adjacent to Backward-Facing step”, Ph.D. thesis, University of Missouri, Rolla, MO, 2001.
30
ORIGINAL_ARTICLE
شبکه محاسباتی هوشمند پیرامون یک جسم متحرک سه بعدی
در این مقاله، شبکه محاسباتی هوشمندی معرفی شده که با تغییر منظم و سازمانیافته اتصالات شبکه، خود را با حرکات جسم درون میدان تطبیق میدهد. ساختار شبکه طراحی شده مبتنی بر استفاده از نواحی جداگانه پیرامون جسم برای حرکتهای دورانی و انتقالی است. در این شبکه، مشکلات مرسوم در شبکههای متحرک موجود که سعی در ثابت نگه داشتن اتصالات شبکه را دارند، از جمله کاهش کیفیت شبکه، نیاز به تولید مجدد شبکه بهطور موضعی و یا کلی، میانیابی و انتقال اطلاعات مابین قسمتهای مختلف شبکه تا حد زیادی کاهش مییابد.همچنین، سهبعدی بودن شبکه طراحیشده و عدم محدودیت در میزان دوران یا جابجایی جسم از دیگر محاسن این روش است. در ادامه، با در نظر گرفتن یک بال با ایرفویل NACA0012 تغییرات بهوجود آمده پس از دوران و جابجایی بال در شبکه و نحوه اصلاح شبکه از طریق تغییر در اتصالات آن نشان داده شده است. در نهایت، بهمنظور اعتبارسنجی روش ارائه شده معادلات غیردائم اویلر برای شبکه طراحیشده، حل و دقت الگوریتم با مطالعه روشهای پیشین مقایسه شده است.
https://fma.ihu.ac.ir/article_203654_327ef1e848304f97d026f45a8f0e5f4f.pdf
2019-02-20
73
88
شبکه متحرک
تغییر اتصالات
دوران
انتقال
غیردائم
محمدمهدی
رزاقی
m_m_razzaghi@yahoo.com
1
ازاد اسلامی نجف آباد
LEAD_AUTHOR