دانشگاه جامع امام حسین(ع)مکانیک سیالات و آیرودینامیک2322-32787220190220Convective Heat Transfer Analysis of Supercritical-Pressure Methane in a Regenerative Cooling Channelآنالیز انتقال حرارت جابجایی متان در فشار فوقبحرانی در یک کانال خنککاری بازیابی117203649FAعباسابراهیمیصنعتی شریفمریمشکریصنعتی شریفJournal Article20180603Comprehensive analysis of coolant thermal behavior in regenerative cooling channels is one of the main steps in optimum design of launch vehicles. In methane-based propulsion systems, thermal analysis of methane coolant is important to predict the thermodynamic properties which depend on local temperature and pressure. Methane may experience a state change from subcritical to supercritical and heat transfer deterioration due to the high temperature gradients in the proximity of the walls, high Reynolds numbers, and three-dimensional flow structures in cooling channels. In the present study, a computational fluid dynamics solver was developed, which is able to simulate the convective heat transfer of supercritical methane coolant flow inside rectangular cooling channels. The solver was validated using reliable experimental data. The coefficients of current Nusselt number correlations were improved using minimization of relative root mean square error. Additionally, the entrance-region effects on heat transfer coefficient were simulated. The accuracy of the proposed relations was studied at different operating conditions. The proposed modified Nusselt correlations have errors less than 10% at outlet pressures higher than 8 MPa and heat transfer rates lower than 13 kW.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.دانشگاه جامع امام حسین(ع)مکانیک سیالات و آیرودینامیک2322-32787220190220Numerical Analysis of Heat and Mass Transfer of Magnetic Nanoparticles in a Non-Newtonian Blood Flow, under Influence of Magnetic Fieldتحلیل عددی انتقال حرارت و پخش نانوذرات مغناطیسی در یک جریان غیرنیوتنی خون، تحت تأثیر میدان مغناطیسی غیر یکنواخت1931203650FAمهدیکیهانپوردانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسیمجیدقاسمیدانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسیJournal Article20171217The purpose of this study is to numerically investigate the heat and mass transfer of magnetic nanoparticles inside a 3D capillary with non-Newtonian blood flow, Under the influence of external non-uniform magnetic field. For this purpose, the governing equations including continuity, momentum, energy, Maxwell, and concentration were coupled and solved by COMSOL, a finite element based software. Blood is assumed as non-Newtonian fluid with Carreau viscosity model and the vessel wall is assumed to be rigid. the results indicate that the concentration of magnetic nanoparticles in the upper wall of the vessel at long times reaches a constant value. This accumulation affects the blood flow temperature. Magnetic field strength, magnetic susceptibility, and concentration of nanoparticles are directly related to the temperature of the bloodstream at the location of particles accumulation. By increasing the size of nanoparticles and inlet velocity, the blood flow temperature decreases so that in sizes above 70 nm, the thermal effect of particles becomes very low. Also, the non-Newtonian blood assumption has significant effect on the results.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.دانشگاه جامع امام حسین(ع)مکانیک سیالات و آیرودینامیک2322-32787220190220Experimental Investigation of the Effect of a Novel Pea Jet Hole on Thermal Behavior of Jets Injected into a Crossflowبررسی تجربی تأثیر یک روزنه نوین جت نخودی بر عملکرد حرارتی جت های تزریقشده در یک جریان عرضی3345203651FAیونسپولادرنگمرکز تحصیلات تکمیلی، دانشکاه هوایی شهید ستاریمهدیرمضانی زادهدانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاریJournal Article20180113In film cooling, coolant air is injected over the surface to provide a protective cool film against the high temperature gases. Film-cooling performance is largely influenced by the jet hole shape. And thus optimizing the hole shape configuration is necessary to achieve better cooling performance. The present study investigated the cooling effectiveness of the novel incomplete cylindrical jet hole (pea jet hole) experimentally, using an infrared thermography method. Steady state heat transfer experiments were performed at free stream Reynolds number, based on jet hole diameter of 10,000, over a flat plate. Measurements were carried out at four blowing ratios (M=ρ<sub>jet</sub>V<sub>jet</sub>/ρ<sub>∞</sub>V<sub>∞</sub>) of 0.4, 0.5, 0.7, and 0.8. Out results show that the novel pea jet hole has an optimum blowing ratio of 0.7 and at the same blowing ratio, in comparison to the cylindrical jet hole, the cooling effectiveness of the new geometry is higher. Another words applying the same amount of injected fluid, the coolout fluid is distributed more uniformly over the surface.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.دانشگاه جامع امام حسین(ع)مکانیک سیالات و آیرودینامیک2322-32787220190220Evaluation of Four Different Turbulence Models for Numerical Simulation of Supersonic Flow over a Blunt Nose Equipped with a Spikeارزیابی چهار مدل آشفتگی مختلف برای شبیه سازی جریان مافوق صوت حول یک دماغه پخ مجهز به اسپایک4757203652FAمحمودسالاریدانشگاه جامع امام حسین (ع)- دانشکده فنی و مهندسیوحیدحیدرپوردانشگاه جامع امام حسین عحسنمحمد خانیدانشگاه جامع امام حسین عJournal Article20170829Nowadays, improving the aerodynamicperformance of supersonic flying vehicles in order to reduce drag forces and increase in heat transfer coefficient is an interesting matter for researchers. Many of the supersonic vehicles use blunt nose to reduce heat generations, while these noses cause higher drag forces. Equipping the nose with spikes is a technique to reduce the drag of blunt noses. Spikes also increase their heat transfer rate. The accuracy and the validity of RANS based numerical simulations of turbulent flow over these bodies depend directly on the capabilities of the turbulence models used. This paper presents numerical simulation of supersonic flow over a blunt nose equipped with a spike, using four different turbulence models, namely: one-equation turbulence model of Spalart-Almaras and two-equation turbulence models of k-ε, k-ω and k-ω-SST. We wanted to find the appropriate turbulence model for this type of flows. Air flow Mach number and angle of attack were considered 6 and zero, respectively. The axi-symmetric, compressible and steady RANS equations are solved numerically. In spite of initial expectations, comparison of numerical results with experimental data showed that Spalart-Almamras has more consistency with experiment.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. دانشگاه جامع امام حسین(ع)مکانیک سیالات و آیرودینامیک2322-32787220190220Three-dimensional Analysis of the Convective Nanofluid Flow in a Duct with Abrupt Contractionآنالیز سه بعدی جریان جابجایی نانوسیال در یک کانال دارای انقباض ناگهانی5972203653FAمیثمآتش افروزدانشگاه صنعتی سیرجان0000-0001-7063-4509سجادبدخشانموسسه آموزش عالی جاوید جیرفتJournal Article20180121In this research, the effects of Ag-nanoparticles, volume fraction on the hydrodynamic and thermal behaviors of convective flow in a three-dimensional duct with abrupt contraction are studied. The abrupt contraction is created by an inclined forward facing step. The blocked-off method is used to simulate the inclined surfaces of the step. The set of non-dimensional governing equations, consisting continuity, momentum, and energy were solved numerically by CFD techniques and SIMPLE algorithm. To investigate the influences of nanoparticle´s volume fraction, distributions of temperature, velocity, friction coefficient, Nusselt number, and mean bulk temperature were presented graphically. Our numerical results show that the Ag-nanoparticles volume fraction has significant effects on thermal and hydrodynamical behaviors of the flow.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.دانشگاه جامع امام حسین(ع)مکانیک سیالات و آیرودینامیک2322-32787220190220A Smart Computational Grid around a Three-dimensional Moving Bodyشبکه محاسباتی هوشمند پیرامون یک جسم متحرک سه بعدی7388203654FAمحمدمهدیرزاقیازاد اسلامی نجف آبادJournal Article20170902In the present study, an intelligent computational grid is introduced which adapts itself to the body displacements in the computational domain by regular and systematic changes of the nodes. Configuration of the introduced grid is based on defining separate zones around the body for rotational and translational motions. Therefore, the ordinary problems in available moving grids which try to keep the nodes stable, such as: reduction of the grid quality, the need for regenerating the grid overally or locally, interpolation, or data transfer between different parts of grid are decreased to a great extent. Defining a three-dimensional moving-grid and the lack of limitations on the size of rotation or translation of body are also amongst the advantages of this method. Then, changes made following the body rotation/translation and reformation of the grid through changes in its connection for a rectangular wing with NACA0012 airfoil was shown. Finally, to validate the correct performance of the introduced moving-grid method, the three-dimensional unsteady form of the Euler equations was solved. Several test cases were solved and the results were compared with reliable experimental and numerical. Results, showing relatively close agreementsدر 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.