در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی اثر تداخل مانعی با مقطعی دایره ای در لایه مرزی ایرفویل anderson spica 11.37%پرداخته¬شده¬است. پسا¬ و برآ-ی¬روی¬ایرفویل¬مشخصاتی¬است¬که¬برای¬مشاهده¬اثر تداخل¬لایه¬مرزی¬انتخاب¬شد. برای¬ایجاد جریان¬هوای¬کنترل¬شده¬ای¬در اطراف¬ایرفویل¬وگرفتن اطلاعات¬لازم¬از چگونگی¬عبور جریان هوا از اطراف¬آن¬تونل بادی¬ساخته¬شد¬که¬متشکل¬از فن، دیفیوزر، اتاقک¬آزمون، نازل¬می¬باشد.¬¬ همچنین¬برای اندازه¬گیری نیروهای وارد بر ایرفویل از لودسل استفاده شد که اطلاعات آن به نمایشگر منتقل می شد. برای تحریک لایه مرزی از میله ای با مقطع دایره¬ای¬استفاده¬شد¬که¬در نقطه بیشینه¬کوژ ایرفویل¬نصب¬می¬شد. نیروهای¬پسا و برآ ¬در حالت¬های¬ایرفویل ¬بدون¬¬مانع، ایرفویل ¬با مانع ¬چسبیده، ایرفویل ¬با مانع¬¬درفواصلmm1،2،3،6¬ در زوایای -حمله 0،2،4،8،12،14،16،18¬درجه مورد اندازه گیری قرار گرفت. با توجه به نبود کار مشابه آزمایشگاهی و عددی، شبیه سازی عددی نیز انجام شد. مدل آماده شده برای شبیه¬سازی عددی نخست با نتایج موجود در یکی از مراجع برای ایرفویل بدون مانع مقایسه و پس از اطمینان از صحت مدل¬سازی صورت گرفته، شبیه¬سازی برای ایرفویل با مانع در حالت های دیگر نیز صورت پذیرفت. نتایج بدست¬آمده¬ برای ¬نیروهای ¬پسا و برآ¬ به¬خوبی یکدیگر را تایید نمودند. با توجه به ¬این ¬نتایج برای ¬تحلیل¬کامل¬تر اتفاقاتی¬که¬درون¬لایه¬مرزی ¬ایرفویل¬رخ¬داده نمودارهای تغییرات فشار استاتیکی و سرعت و تنش برشی روی دیواره نیز از حل عددی استخراج گشت و با توجه به این اطلاعات می توان گفت که وقتی جریان به مانع برخورد می¬کند در نزدیکی سطح، با توجه به اینکه که جریان به صورت عمودی به مانع برخورد کرده است، یک نقطه سکون در جلوی مانع تشکیل خواهد شد، و در زیر مانع یک جت هوا به وجود می آید که این نقطه سکون مقدار زیادی از جریان را به پایین دست هدایت کرده و جت سیال را به شدت تقویت می کند. همچنین گردابه هائی در پشت مانع مشاهده می شود، تشکیل جت سیال در زیر مانع باعث از بین رفتن لایه مرزی بر روی صفحه شده، و این جت به جریان سیال زیر مانع سرعت می دهد و این امر به کاهش گرادیان فشار مثبت می انجامد و در نتیجه پسا کاهش می یابد. همچنین نصب مانع باعث شده است که واماندگی به تاخیر بیافتد و علاوه بر این برآ نیز کاهش یافته است درمجموع می توان گفت که از این تکنیک بتوان در کاهش پسا و برآ استفاده نمود.

در دهه های اخیر تلاش های گسترده ای جهت کاهش نیروهای وارد بر هندسه های مختلف صورت پذیرفته است. یکی از مهمترین این تحقیقات، کاهش پسای وارد بر صفحه ی تخت از طریق قراردادن یک مانع در مجاورت صفحه می باشد. با قرارگیری مانع در مجاورت صفحه، لایه مرزی جریان روی صفحه با گردابه های صادرشده از مانع تعامل داشته و جریانی با ساختار دینامیکی بسیار پیچیده ای را به وجود می آورند. دراین تحقیق آزمایشگاهی، نیروی پسای متوسط وارد بر صفحه ی تخت در سه حالت بدون مانع، با قرارگیری مانع مربعی در مجاورت صفحه و با قرارگیری مانع چهارگوش بهینه در مجاورت صفحه، اندازه گیری شده است. برای انجام آزمایشات، یک دستگاه تونل باد ساخته و برای اندازه گیری نیروها، یک مکانیزم اندازه گیری با استفاده از لودسل خمشی و نمایشگر طراحی گردیده است. نتایج این تحقیق نشان داده اند که با تغییر فاصله ی مانع از صفحه تا فاصله ی خاصی ضریب پسای متوسط صفحه کاهش پیدا کرده و از آن به بعد رو به افزایش می گذارد تا اینکه اثر وجود مانع از بین می رود. حداقل ضریب پسای مانع مربعی در فاصله ی 5/2 میلی متری از صفحه رخ می دهد. مقطع مانع چهارگوش بهینه با استفاده از الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی مصنوعی برای تابع هدف حداقل ضریب پسا و با استفاده از کد عددی teach-t تعیین شده است. نتایج بدست آمده برای ضریب پسای صفحه ی تخت در حضور مانع چهارگوش بهینه در مجاورت صفحه با نتایج کار عددی مقایسه شده اند. عدم قطعیت مربوط به ضریب پسا در حالت های مختلف محاسبه شده است.

هدف از انجام این پژوهش مطالعه تجربی ارتعاشات القایی گردابه ای بر روی سیلندر استوانه ای متحرک درون کانال آب ساکن می باشد. پارامترهایی که در این مطالعه به آن پرداخته شد عبارتند از: تاثیر عدد رینولدز، نسبت جرمی و فرکانس طبیعی سیستم. با تغییر قطر سیلندر مشاهده شد که عدد رینولدز به شدت پاسخ ارتعاشات القایی گردابه ای را تحت تأثیر قرار می دهد. با افزایش عدد رینولدز ماکزیمم دامنه نوسان سیلندر و محدوده همگاه سازی در شاخه بالایی افزایش می یابد. با استفاده از سه سیلندر با وزن متفاوت تأثیر نسبت جرمی بر پاسخ ارتعاشات القایی بررسی شد. نتایج نشان می دهد که با کاهش وزن استوانه، ماکزیمم دامنه نوسان و محدوده همگاه سازی افزایش پیدا می کند. تأثیر سختی فنر که در مطالعات پیشین به آن اشاره مستقیم نشده بود، در این پایان نامه در محدوده وسیعی مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد که برای یک سیستم مشخص، ماکزیمم نوسانات در محدوده خاصی از سختی فنر بدست آمد. سیستم های با فرکانس طبیعی بیشتر و کمتر منجر به کاهش دامنه نوسانات شدند.

یکی از اساسی ترین دغدغه های بشر، بهره گیری از انرژی باد به بهترین نحو می باشد. هدف این پایان نامه، طراحی توربین بادی با محور عمودی می باشد که "توربین بادی هانتر دیسکی شکل" نامیده می شود. این توربین شامل تعدادی ردیف پره می باشد که هر کدام دارای سه پره مجزا است. این ردیف پره ها بر روی یک دیسک به هم متصل شده اند. این نوع پره ها از شکل فلس ماهی گرفته شده است که فلس ماهی به شنا کردن ماهی کمک می کند لذا برای تولید توان بیشتر از باد از این نوع پره استفاده شده است. از جمله مزایای این نوع پره عبارتست از: وقتی که جریان باد به پشت پره ها برخورد می کند پره ها با کمترین مقاومت ممکن بسته می شوند و همچنین وقتی جریان باد کم است پره های کوچک تر نزدیک به محور باز می شوند، بنابراین از جریان باد با سرعت پایین نیز می توان حداکثر استفاده را کرد. در این پایان نامه توربین بادی دیسکی شکل با استفاده از تحلیل نرم افزاری به کمک نرم افزار فلوئنت بررسی و با قرار گرفتن در تونل باد با سرعت 6.5 و 8.5 متر بر ثانیه مورد آزمایش قرار گرفت. توربین به یک ژنراتور از طریق یک شفت متصل شد که به وسیله این شفت و ژنراتور توان خروجی توربین محاسبه گردید. سه توربین با 3، 4 و 6 ردیف پره آزمایش شد. نتایج نشان داد که پره با 6 ردیف پره بهترین عملکرد را دارد. همچنین، بیشترین توان استخراج شده از توربین در این نوع پره تقریبا 0.145 وات است. با افزایش مقاومت تا 100 اهم، سرعت زاویه ای نیز افزایش می یابد. اما بعد از 100 اهم در مقداری ثابت باقی می ماند. در این میزان از مقاومت، ژنراتور به بیشترین حد از توان خود می رسد، اما در مقاومت بیش از 100 اهم از میزان توان کاسته می شود. همچنین بیشترین توان در مقاومت 5 اهم اتفاق می افتد که این مقاومت همان مقاومت داخلی ژنراتور است.

افزایش میزان انتقال حرارت و کاهش درگ از جمله مسائل بسیار مهم در علم مهندسی بوده و تحقیقات بسیاری در این زمینه انجام گرفته است. تحریک لایه مرزی با استفاده از موانع از جمله روش های نوینی است که تحقیقات درباره آن در حال گسترش هستند. ایجاد محرک در درون لایه مرزی سبب می شود که در اثر برخورد جریان با آن ها، الگوی جریان عوض شده و پایداری لایه مرزی از بین برود. شکل و موقعیت مانع برای این تغییر بسیار بااهمیت تلقی می شود. می توان با قرار دادن مانع با ابعاد و فواصل متغیر در لایه مرزی، اثر چهار عامل نقطه سکون، جت سیال درون لایه مرزی، گردابه ها و جدایش لایه مرزی را در میزان افزایش و یا کاهش ضریب انتقال حرارت متوسط صفحه تخت در ناحیه تحریک شده مورد بررسی قرار داد. در این پروژه اثر تحریکی موانع مستطیلی با نسبت ابعاد 4،3،2،1و5 در فواصل قائم 6،5،4،3،2،1،0و12 میلی متر از صفحه در درون لایه مرزی، بر روی ضریب انتقال حرارت به صورت آزمایشگاهی بررسی می شود. جهت انجام آزمایش ها از تونل باد به ابعاد 30×30×200 سانتیمتر و از المنت های حرارتی جهت ایجاد حرارت با شار ثابت استفاده شده است. دما توسط دماسنج در فاصله طولی 133 سانتیمتری تا فاصله 170 سانتیمتر و با گام 6 میلی متر اندازه گیری شده است و در نهایت برای کم شدن خطاها ضریب انتقال حرارت را با نتایج آزمایشگاهی ضریب انتقال حرارت صفحه بدون مانع بی بعد نموده ایم. در این تحقیق توانستیم تأثیر مثبت موانع را نشان دهیم و فاصله 2 میلیمتر مانع از صفحه را بعنوان فاصله بهینه در افزایش انتقال حرارت صفحه بیان نماییم. همچینین از بررسی موانع مختلف با یکدیگر نتیجه و روند خواصی را مشاهده نکردیم.

افزایش میزان انتقال حرارت و کاهش درگ از جمله مسائل بسیار مهم در علم مهندسی بوده وتحقیقات بسیاری در این زمینه انجام گرفته است.تحریک لایه مرزی با استفاده از موانع از جمله روش های نوینی است که تحقیقات در باره آن در حال گسترش هستند. برای تحریک لایه مرزی معمولا از ایجاد مانع یا هر عاملی که به دگرگونی رفتار سیال درون لایه مرزی منجر شود، استفاده می شود.ایجاد محرک در درون لایه مرزی سبب می شود که در اثر برخورد جریان با آنها ، الگوی جریان عوض شده وپایداری لایه مرزی از بین برود.شکل وموقعیت مانع برای این تغییر بسیار با اهمیت تلقی می شود.می توان با قرار دادن مانع با ابعاد وفواصل متغیر در لایه مرزی، اثر چهار عامل نقطه سکون، جت سیال درون لایه مرزی، گردابه ها وجدایش لایه مرزی را در میزان افزایش ویا کاهش ضریب انتقال حرارت متوسط صفحه تخت و همچنین افزایش ویا کاهش ضریب اصطکاک متوسط سطح در ناحیه تحریک شده مورد بررسی قرار داد. در این پروژه اثر تحریکی موانع مربعی و چهارگوش بهینه سازی شده ،در فواصل متغیر درون لایه مرزی، بر روی ضریب انتقال حرارت به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است.جهت انجام آزمایشات از تونل باد به ابعاد 30×30×200 سانتیمتر واز المنتهای حرارتی جهت ایجاد حرارت با شار ثابت استفاده شده است.نتایج نشان می دهند هر دو مانع اثر مطلوبی بر ضریب انتقال حرارت موضعی وکل در ناحیه تحریک دارند.با افزایش فاصله موانع از 0 تا 6 میلیمتراز صفحه، میزان ضریب انتقال حرارت متوسط تا فاصله 2میلیمتر افزایش یافته و پس از آن رو به کاهش می گذارد.عملکرد موانع در رینولدز بالاتر افزایش می یابد.مانع چهارگوش بهینه در شرایط مشابه اثر نسبتا بهتری نسبت به مانع مربعی بر افزایش ضریب انتقال حرارت دارد.

بسیاری از جریان ها و انتقال سیالات که در اطراف ما و محیط های دور و نزدیک به ما وجود دارند و بر زندگی ما تاثیر گذارند، در اثر نیروی شناوری به وجود می آیند. جریان هایی از این نوع که به انتقال حرارت جابجایی آزاد موسومند، در صنعت کاربرد فراوانی دارند. پدیده انتقال حرارت به عوامل مختلفی همچون نوع جریان و هندسه سطح بستگی دارد، تغییر در هرکدام از این عوامل می تواند در میزان انتقال حرارت به صورت افزایشی یا کاهشی تاثیر گذار باشد. در رابطه با افزایش ضریب انتقال حرارت در جابجایی آزاد، روش های مختلفی برای بهینه کردن ضریب انتقال حرارت انجام گرفته است. یکی از روش های قابل توجه در افزایش ضریب انتقال حرارت، ایجاد وقفه در توسعه لایه مرزی گرمایی و ناپیوستگی در مسیر جریان است. با قرار دادن فواصلی به صورت شکاف در مسیر جریان، تزریق طبیعی سیال محیط به داخل جریان شکل گرفته و پیوستگی مسیر جریان سیال را بر هم می زتد. در این حالت، جریان جابجایی آزاد در کنار دیواره تا ابتدای حفره ایجاد شده و پس از آن مجددا جریان جدیدی شکل می گیرد که به نوعی با جریان بالا دست همراه خواهد شد. در این پروژه در بخش اول، با قرار دادن شکاف های افقی جهت ایجاد وقفه در مسیر جریان، به صورت آزمایشگاهی و عددی به تاثیر وجود این فواصل بر انتقال حرارت از یک صفحه تخت با شار گرمایی ثابت (شار حرارتی از یک سمت صفحه بوده و سمت دیگر عایق بندی شده است) پرداخته شده است. در ابتدا صفحه شار ثابت به دو قسمت تقسیم و تاثیر اندازه فاصله موجود بین دو قسمت بر ضریب انتقال حرارت بررسی شده است. سپس، صفحه به 3 و 4 قسمت تقسیم شده و تاثیر آن بر انتقال حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش دوم، تاثیر تغییر زاویه صفحات مد نظر قرار گرفته و تمامی حالات ذکر شده در بخش اول، در 3 زاویه 10، 20 و 30 درجه مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که استفاده از تقیسم کردن صفحه به بخش های کوچکتر، ضریب انتقال حرارت تا 20 درصد افزایش یافته و دمای های میانگین و ماکزیم سطح در حدود 8 درجه کاهش یافته است. همچنین نتایج نشان می دهند که شیب دادن به صفحات چند تکه کمکی در افزایش ضریب انتقال حرارت نکرده و تا حدود 5 درصد ضریب انتقال حرارت را کاهش داده است.

در مبدل های حرارتی افزایش ضریب انتقال حرارت باعث کاهش حجم و هزینه های مبدل می شود. یکی از راه های افزایش ضریب انتقال حرارت، تحریک جریان است، بدین صورت که با استفاده از موانعی جریان را دچار آشفتگی و چرخش کرده که باعث ایجاد تغییر در پروفیل سرعت و افزایش ضریب انتقال حرارت می شود. برای انجام آزمایش، یک مبدل دولوله طراحی و ساخته شد که در سمت پوسته آب به عنوان سیال گرم و در سمت لوله هوا به عنوان سیال سرد قرار دارد. در سمت لوله موانع مختلفی جاگذاری شده و اثر آن بر میزان انتقال حرارت و افت فشار در محدوده ی عدد رینولدز 5000 تا 25000 بررسی شد. موانع آزمایش شده شامل دیسک، حلقه ی داخلی، رینگ تخت، مخروط، رینگ حلقوی و مارپیچ میباشد. برای تحلیل و تفسیر نتایج آزمایشگاهی از شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار فلوئنت استفاده شد. نتایج نشان می دهد که هرچه گردابه های ایجاد شده به دیواره نزدیکتر باشند، اثر بیشتر و بهتری دارند. در این میان مانع رینگ تخت عملکرد بهتری دارد که عدد ناسلت را 180% و ضریب اصطکاک را 14 برابر افزایش میدهد. از طرفی ایجاد چرخش نسبت به ایجاد گردابه بازدهی بیشتری دارد.

در این پایان نامه بر روی نسل جدیدی از توربین های محور قائم مشهور به توربین هانتر می پردازیم. یک درام با تعداد پره های مختلف انتخاب و ضرایب قدرت و گشتاور تولیدی آنها مورد مقایسه قرار گرفت.در انتها با توجه به ضریب قدرت و نوع عملکرد توربین درام با 6 پره به عنوان حالت بهینه انتخاب گردید. انرژی جنبشی جریان باد سبب باز و بسته شدن پره ها و چرخش روتور می شود. با توجه به آزمایشات انجام گرفته قانونی برای چرخش پره ها، شامل مراحل باز و بسته شدن و زوایایی که این مراحل آغاز می شوند، استخراج گردید. سپس با قرار دادن بادگیرهای کوچک باز و بسته شدن پره-ها تسریع پیدا کرد و سبب افزایش سرعت زاویه ای و راندمان توربین شد. تحلیل 3 بعدی و پایا استفاده گردید و جزئیات میدان جریان شامل کانتور سرعت و فشار و توزیع فشار بر روی سطح پره به کمک نرم افزار فلوئنت بدست آمد. مشخص گردید توربین هانتر دارای عملکرد بسیار خوبی در بازه خاصی از ضریب جریان ها می باشد.

تاکنون پژوهش های زیادی با استفاده از روش های تجربی و عددی به منظور توسعه، بهینه سازی، تخمین عمر و عیب یابی اجزای نیروگاه های حرارتی انجام شده است. در این پایان نامه با انجام مطالعات میدانی بر روی یکی از بویلرهای نیروگاه 600 مگاواتی توس مشهد، اقدام به مدل سازی هندسی بویلر و لوله های نگهدارنده در ابعاد واقعی و همچنین شبیه سازی عددی جریان، انتقال حرارت، احتراق و پدیده های مرتبط با آن در دو حالت کار با سوخت مازوت و گاز طبیعی گردیده است. هدف پژوهش حاضر بررسی علل ترکیدگی لوله های نگهدارنده از طریق شبیه سازی عددی، با استفاده از نرم افزار فلوئنت، و مقایسه این نتایج با مشاهدات و تجربیات موجود در نیروگاه و همچنین نتایج آزمایشگاهی می باشد. بدین منظور پس از تعیین شرایط مرزی مناسب و بررسی استقلال نتایج شبیه سازی از شبکه حل، در ابتدا اثرات پارامترهای مختلف از قبیل میزان چرخش مشعل ها، اندازه قطرات پاشش شده از نازل ها، میزان هوای احتراق و همچنین نوع سوخت مورد استفاده بر عملکرد بویلر بررسی شد. سپس شرایط 9 عدد از لوله های نگهدارنده در وسط بویلر و نزدیک به دیواره های آبی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهد که دبی بخار آب گذرنده از لوله ها در ردیف های مختلف یکسان نبوده و با طول لوله رابطه معکوس دارد. لذا به دلیل این اختلاف دبی و همچنین تفاوت مسیر عبور لوله ها در بویلر، حداکثر دمای لوله های ردیف پایین و وسط به حدود 700 درجه سانتیگراد رسیده که بیش از 70 درجه بیشتر از حداکثر دما در لوله های ردیف بالاست. همچنین مشاهده شد که لوله های واقع در وسط بویلر نسبت به لوله های کناری بیشترین شار حرارتی را دریافت کرده و لذا بیشترین احتمال ترکیدگی را دارند. با مقایسه شرایط لوله های کناری نیز مشاهده شد که دیواره آبی و لوله های واقع در سمت راست بویلر، شار حرارتی بیشتری نسبت به سمت چپ دریافت کرده که علت آن جهت چرخش مشعل ها می باشد. همچنین با بررسی شرایط لوله ها در دو حالت کار با سوخت مازوت و گاز طبیعی، مشخص شد که حداکثر دمای لوله ها در حالت کار با مازوت بیش از 100 درجه سانتیگراد بیشتر از حداکثر دمای لوله ها در حالت کار با گاز طبیعی است. مشاهدات و آزمایش های متالوگرافی انجام گرفته بر روی قطعات شکسته شده نیز حاکی از وجود خزش و همچنین تغییر دانه بندی و ساختار فلزی لوله به دلیل دمای بالا (600 تا 700 درجه سانتیگراد) در نواحی شکست است. همچنین مقایسه نقاطی از مدل شبیه سازی شده که بیشترین دما در آنها رخ می دهد با نواحی شکست در فضای واقعی بویلر نیز صحت نتایج عددی را تایید می کند.

این پایان نامه به بررسی آزمایشگاهی مقایسه ی مابین روند تغییرات ضرایب انتقال حرارت و پسا از طریق تحریک لایه مرزی پرداخته می شود. برای این منظور از یک تونل باد با سطح مقطعی با ابعاد cm 5/33× cm 5/29 به طول m 2 که به یک فن مکشی با دبی m3/h 7950 متصل بود استفاده شد. در سطح بالایی تونل به عنوان سطح تبادل کننده ی حرارت توسط المنت های رشته ای شار حرارتی ثابتی تولید شد و از سمت مرتبط با محیط به صورت کامل عایق بندی شد. مانع مربعی و مانع بهینه در فواصل عمودی 0، 1، 2، 3، 4، 5 و 6 میلی متری از سطح قرار گرفتند و دما در طول صفحه در نقاط مشخصی اندازه گیری شد. به کمک دماهای اندازه گیری شده و دمای محیط ضریب انتقال حرارت برای هر حالت محاسبه شد. نتایج این تحقیق نشان داده اند که با تغییر فاصله ی مانع از صفحه تا فاصله ی mm 2 ضریب انتقال حرارت متوسط افزایش پیدا کرده و از آن به بعد رو به کاهش می گذارد تا اینکه اثر وجود مانع از بین می رود. مهدی قاسمی در سال 1390 در شرایط مشابه نیروی پسای وارد بر صفحه ی در حضور همین موانع را توسط لودسل اندازه گیری و ضریب پسا را محاسبه کرد. در نهایت تغییرات ضرایب پسا و انتقال حرارت در تداخل لایه مرزی مقایسه و وجود عدم تشابه بین انتقال حرارت و مومنتوم در لایه مرزی آشفته ی صفحه ی تخت مشاهده شد.

در این پژوهش جریان گاز رقیق¬شده فوق¬صوتی و گذر¬صوتی حول ایرفویل ناکا 12 در اعداد نودسن با دو رویکرد مولکولی و پیوسته شبیه¬سازی شده¬است. معادلات ناویر-استوکس که شرایط مرزی مرتبه اول سرعت لغزشی و دمای پرشی در آن اعمال شده¬است، با حلگر rhocentralfoam از بسته نرم¬افزاری openfoam حل شده¬اند. حلگر dsmc که dsmcfoam نام دارد، برای استفاده از طرح برخورد بین مولکولی جدید sbt اصلاح شده¬است. استفاده از این طرح امکان شبیه¬سازی دقیق با تعداد کمتر ذره را فراهم می-کند. جریان در زوایای حمله و اعداد نودسن مختلف شبیه¬سازی شده¬است. چگالی و توزیع ضریب فشار حاصل از شبیه¬سازی با داده-های آزمایشگاهی و عددی مقایسه و دقت مناسبی مشاهده شد. تغییرات ضریب برآ و پسا با عدد نودسن و زاویه¬ی حمله مورد بررسی قرار¬گرفت. در جریان فوق¬صوتی برای زوایای حمله پایین ضریب برآ با ضریب برآی حاصل از تئوری خطی¬شده توافق دارد. اگرچه با افزایش زاویه¬ی حمله به بالای 15 درجه این توافق از بین می¬رود. ضریب پسا با افزایش عدد نودسن، افزایش می¬یابد. همچنین با افزایش عدد نودسن سهم ضریب پسای ناشی از توزیع فشار در ضریب پسای کل کاهش و سهم ضریب پسای اصطکاکی، افزایش می-یابد. اثر تغییرات عدد نودسن بر محل قرارگیری موج ضربه¬ای و شکل آن، سرعت لغزشی و توزیع دما در سطح ایرفویل مطالعه شد. با افزایش عدد نودسن تنش برشی بدون بعد¬شده در سطح ایرویل افرایش می¬یابد. اثر تغییر عدد ماخ بر توزیع دما در سطح ایرفویل با در نظر گرفتن سه عدد ماخ در رژیم گذرا بررسی گردید و تغییر روند توزیع دما هنگامی¬که عدد ماخ به رژیم ابر¬صوتی می¬رسد، مشاهده-شد. همچنین با افزایش عدد ماخ ضریب برآ و پسا کاهش می¬یابند. با افزایش عدد ماخ سهم ضریب پسای ناشی از توزیع فشار در ضریب پسای کلی افزایش و سهم ضریب پسای اصطکاکی کاهش می¬یابد. جریان حول ایرفویل در رژیم لغزشی و در ماخ گذر¬صوتی مطالعه گردید که حل¬های پیوسته و مولکولی تفاوت¬هایی را نشان دادند. در این حالت جدایش جریان نیز ملاحظه گردید. در این مورد ضرایب برآ و پسا تفاوت چشمگیری با تئوری خطی¬شده داشتند. با استفاده از تشابه ابعادی جریان حول ایرفویل در رژیم¬های میکرو/نانو بررسی گردید که ایرفویل در رژیم نانو، ضریب پسای بیشتری را نشان داد.

در بسیاری از پدیده های مکانیک سیالات، جریان سیال در نزدیکی یک صفحه ی جامد صورت می گیرد. نیروی پسا در این نوع جریان ها از اهمیت بالایی برخوردار است، بررسی ها در این زمینه نشان می دهد حضور مانع مستطیلی در نزدیکی صفحه ی تخت، سبب کاهش ضریب پسای متوسط می گردد که میزان این تغییرات وابستگی زیادی به ابعاد هندسی مانع دارد. مقاطع مستطیلی با توجه به نسبت ابعادی، خود مولد گردابه ها با فرکانس های مختلف در دنباله هستند. در این پروژه با قرار دادن موانع مستطیلی با نسبت های ابعاد مختلف در نزدیکی صفحه ی تخت در تونل باد، در رینولدزهای مختلف میزان نیروی پسای وارد بر صفحه ی تخت به صورت تجربی به وسیله لودسل خمشی و مدل سازی بوسیله نرم افزار فلوئنت (fluent) اندازه گیری گردیده و همچنین فرکانس تولید گردابه ها به شکل تجربی اندازه گیری شده است. نتایج نشان دهنده کاهش ضریب پسای صفحه ی تخت در حضور مانع مستطیلی و افزایش عدد رینولدز جریان می باشد. همچنین افزایش نسبت ابعادی سبب کاهش فرکانس تولید گردابه ها و افزایش عدد اشتروهال می گردد، همچنین سبب جدایش لایه مرزی بعد از مانع می شود. در نتیجه با افزایش نسبت ابعادی و رینولدز جریان که سبب کاهش فرکانس تولید گردابه ها می گردد ضریب پسای صفحه ی تخت کاهش می یابد. نتایج مربوط به ضریب پسا با نتایج عددی مقایسه گردیده، همچنین عدم قطعیت مربوط به تمامی نتایج محاسبه گردیده است.

یکی از مهم ترین اهداف پیش رو در صنعت، بحث بهینه سازی مصرف انرژی است. در بحث جت های برخوردی، هدف رسیدن به بیشترین انتقال حرارت با صرف کم ترین هزینه همواره موردتوجه بوده است. ازآنجاکه پارامترهای بسیاری بر انتقال حرارت جت های برخوردی اثرگذارند، همواره تلاش بر این بوده است که به نحوی با تغییر این پارامترها ضریب انتقال افزایش یابد. یکی از پارامترهای موثر بر ضریب انتقال حرارت، هندسه نازل می باشد. هندسه های دایروی، مربعی، مستطیلی و بیضوی تاکنون بارها مورد آزمایش قرارگرفته اند و اثرات تغییرات عدد رینولدز و فاصله جت تا صفحه بر آن ها بررسی شده است. یکی از هندسه هایی که تاکنون بررسی نشده، نازل با مقطع مثلثی می باشد. در پژوهش حاضر به بررسی عددی و آزمایشگاهی اثرات هندسه نازل، فاصله نازل تا صفحه برخورد و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت محلی جت برخوردی نامحدود بر روی صفحه تخت صاف پرداخته شده است. ازآنجاکه هدف تمامی این تغییرات، کاهش ضخامت لایه مرزی در نقطه برخورد جت با صفحه می باشد، پیش بینی می شود با تغییر نازل به مثلثی، به دلیل افزایش توربولنسی، این ضخامت کاهش یابد و ضریب انتقال حرارت افزایش یابد. سه نازل با سه هندسه دایروی، مربعی و مثلثی با قطر معادل برابر 20 میلی متر موردبررسی عددی و آزمایشگاهی قرارگرفته است. عدد رینولدز بر اساس قطر هیدرولیک نازل ها دارای مقادیر 5000 تا 23000 بوده و نسبت فاصله نازل تا صفحه برخورد به قطر معادل برابر 1 تا 8 می باشد. به این منظور ابتدا حل عددی با استفاده از نرم افزار فلوئنت مدل توربولنسی v2f در شرایطی مطابق حل های آزمایشگاهی پیشین، توسط روش های مختلف توربولنسی انجام شد و بهترین روش حل از میان روش های مختلف انتخاب گردید. سپس حل عددی برای سه نازل دایروی، مربعی و مثلثی توسط روش صحیح توربولنسی انجام گرفت. با کمک نتایج حاصله از حل های عددی، دستگاه آزمایش ساخته شد و آزمایش ها برای شرایطی یکسان با حل های عددی انجام شد. در پایان به مقایسه ای میان نتایج حاصل از حل عددی و آزمایشگاهی و همچنین مقایسه نتایج در حل های عددی و آزمایشگاهی برای سه نازل متفاوت پرداخته شد. نتایج تطابق خوبی را میان حل های عددی و آزمایشگاهی نشان می دهد. همچنین مشخص شد که پیش بینی افزایش ضریب انتقال حرارت در مورد نازل مثلثی صحیح بوده و این نازل دارای ضریب انتقال حرارتی بیش از دو نازل دیگر می باشد. استفاده از نازل مثلثی نسبت به نازل دایروی باعث افزایش 13/55 درصدی و نسبت به نازل مربعی باعث افزایش 12/32 درصدی ضریب انتقال حرارت در نقطه برخورد می شود. همچنین استفاده از نازل مربعی به جای نازل دایروی اثر ناچیزی بر روی ضریب انتقال حرارت داشته و باعث افزایش 1/14 درصدی ضریب انتقال حرارت در نقطه برخورد می شود. در ادامه اثر افزایش عدد رینولدز و افزایش فاصله جت تا صفحه بر ضریب انتقال حرارت موردبررسی قرار گرفت و این نتیجه حاصل شد که با افزایش عدد رینولدز، ضریب انتقال حرارت افزایش یافته و این مسئله در مورد افزایش فاصله جت تا صفحه در نقاط نزدیک به نقطه برخورد عکس می باشد.

با قرار دادن مانع با ابعاد و فواصل متفاوت در لایه مرزی، اثر چهار عامل نقطه سکون، جت سیال درون لایه مرزی، گردابه ها و جدایش لایه مرزی را در میزان افزایش یا کاهش ضریب انتقال حرارت متوسط صفحه تخت، و همچنین تغییر ضریب اصطکاک متوسط در ناحیه تحریک شده مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه برای بررسی جریان خارجی اثر تحریک جریان با موانع مربعی و چهارگوش بهینه سازی شده اند. در فواصل متفاوت درون لایه مرزی، بر روی تغییرات ضریب اصطکاک و سپس انتقال حرارت به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. جهت انجام آزمایشات از تونل باد به ابعاد 30×30×200 سانتیمتر و المنتهای حرارتی جهت ایجاد حرارت با شار ثابت استفاده شده است. نتایج نشان می دهند هر دو مانع اثر مطلوبی بر تغییر ضرایب انتقال حرارت واصطکاک در ناحیه تحریک دارند. با افزایش فاصله موانع از 0 تا 6 میلیمتر از صفحه، میزان ضریب انتقال حرارت متوسط تا فاصله 2میلیمتر افزایش یافته و همزمان ضریب اصطکاک کاهش می یابد، و پس از آن ضریب انتقال حرارت رو به کاهش و همزمان ضریب اصطکاک افزایش را، تجربه می کند. مانع چهارگوش بهینه شده در شرایط مشابه اثر بهتری نسبت به مانع مربعی بر افزایش ضریب انتقال حرارت و کاهش ضریب اصطکاک دارد. در جریانهای داخلی مغشوش برای بررسی اثر تحریک از یک مبدل دو لوله در آزمایشگاه استفاده شده است. از موانع مارپیچ و حلقه برای تحریک جریان داخلی در داخل لوله در مبدل استفاده گردید. نتایج نشان می دهد که مانع مارپیچ با در نظر گرفتن همزمان تبادل حرارت و ضریب اصطکاک بر مانع حلقه برتری دارد. همچنین از موانع مخروط، دیسک، رینگ تخت ضخیم و نازک برای تحریک جریان در سمت هوا استفاده شده است. تحقیقات نشان داد که مانع رینگ تخت نازک، بهترین اثر تحریک را در مقایسه با سایر موانع دارد. در نهایت راندمان تحریک موانع مارپیچ، حلقه و رینگ تخت نازک با یکدیگر مقایسه شده اند.

نتایج محققین نشان می دهد با حضور مانع مستطیلی در نزدیکی صفحه تخت، ضریب انتقال حرارت و ضریب اصطکاک تحت تاثیر عواملی چون نسبت ابعادی مانع، فاصله بین مانع و صفحه تخت، فاصله مانع از لبه ابتدایی صفحه و سرعت جریان آزاد قرار می گیرد. بررسی ها نشان می دهد با حضور مانع، ضریب انتقال حرارت افزایش می یاید و ضریب اصطکاک کاهش می یابد. به عبارتی مانع سبب عدم تشابه انتقال ممنتوم و انتقال حرارت از صفحه تخت می گردد. با این وجود، مطالعه جامع آزمایشگاهی که اثر تمام متغیرهای موثر و تقابل آنها را بر وجود عدم تشابه انتقال ممنتوم و انتقال حرارت صفحه تخت در حضور مانع بررسی نماید و مقایسه ای بین میزان تاثیر متغیرها بر افزایش ضریب انتقال حرارت و کاهش ضریب اصطکاک انجام دهد صورت نگرفته است. در این پایان نامه، به صورت آزمایشگاهی، وجود عدم تشابه انتقال ممنتوم و انتقال حرارت به ازای تمام ترکیب های ممکن برای متغیرهای مستقل بررسی شده است و تاثیر متغیرها بر افزایش ضریب انتقال حرارت و کاهش ضریب اصطکاک مطالعه شده است. همچنین در نهایت، مقایسه ای بین میزان تاثیر متغیرها بر افزایش ضریب انتقال حرارت و کاهش ضریب اصطکاک صورت گرفته است. به این منظور با توجه به تعدد متغیرها و بازه تغییرات آنها، ابتدا با استفاده از روش طراحی آزمایش ها، تعداد آزمایش ها کاهش یافته است بدون اینکه اطلاعات اساسی حذف شود. سپس آزمایش ها در یک تونل باد آزمایشگاهی که دارای حداکثر سرعت 13 متر بر ثانیه می باشد انجام گرفت و با استفاده از روش تاگوچی، حداقل مقدار ضریب اصطکاک و حداکثر مقدار ضریب انتقال حرارت و سطوح بهینه متغیرها تعیین گردیدند. همچنین در این پژوهش، به منظور درک بهتر دلایل عدم تشابه انتقال ممنتوم و انتقال حرارت، از روش piv، روش tsp و شبیه سازی عددی جهت تحلیل میدان سرعت و دما استفاده گردیده است. نتایج نشان می دهد عدم تشابه انتقال ممنتوم و انتقال حرارت صفحه تخت همواره رخ نمی دهد و وجود آن وابسته به مقادیر متغیرها می باشد. همچنین مشاهده می شود فاصله بین مانع و صفحه تخت، بیشترین تاثیر را بر افزایش ضریب انتقال حرارت، کاهش ضریب اصطکاک و درنتیجه، عدم تشابه انتقال ممنتوم و انتقال حرارت دارد.

در این پایان نامه به مطالعه رفتار جریان آشفته روی صفحه تخت،که لایه مرزی مغشوش آن با قرار دادن مانع ذوزنقه ای و مربعی تحریک شده با استفاده از دستگاه جریان سنج سیم داغ پرداخته شده است. همچنین اثر تحریک لایه مرزی بر سرعت متوسط و شدت اغتشاشات در پشت مانع ذوزنقه ای و مربعی درفواصل مختلف مانع ازصفحه و در ایستگاه های مختلف بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد هرچه فاصله مانع از صفحه بیشتر شود تداخل جت سیال و دنباله مانع درارتفاع بالاتری رخ می دهد. همچنین در نزدیکی های دیواره با افزایش فاصله مانع از صفحه تخت شدت اغتشاشی در اثرجت سیال افزایش می یابد. تشکیل جت سیال در زیر مانع باعث از بین رفتن لایه مرزی بر روی صفحه شده و این جت به جریان سیال زیر مانع سرعت می دهد و با افزایش فاصله مانع از صفحه جت سیال تقویت می شود. با افزایش فاصله از مانع در جهت طولی (x) ناحیه لایه برشی ناشی از تداخل جت سیال و دنباله افزایش می یابد و سرعت پتانسیل از دیواره با افزایش فاصله مانع از صفحه افزایش می یابد .همچنین منطقه شدت اغتشاشی با افزایش فاصله مانع ازصفحه و با افزایش فاصله ازمانع درجهت طولی (x) افزایش می یابد.

در این تحقیق به مطالعه و بررسی کارایی و عملکرد پنج مدل آشفتگی در پیش بینی و تخمین صحیح مشخصه های جریان اصلی و لایه مرزی برای جریان روی یک صفحه تخت پرداخته شده است. در این پروژه نتایج حاصل از حل عددی که با استفاده از کد رایانه ای teach-t بدست آمده اند، با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده اند. در حل عددی و مدل سازی جریان از مدل های k- ε standard , realizible k-ε , rng k-ε , standard k-ω , sst k-ω استفاده شده است. منطبق با نتایج آزمایشگاهی جریان های ورودی با شدت آشفتگی متفاوت از 0.4% تا 6.6% در نظر گرفته شده اند. در ابتدا کارایی این مدل ها در پیش بینی مشخصه شدت آشفتگی از جریان اصلی مورد بررسی قرار گرفته است که تمامی مدلها نتایجی قابل قبول و منطبق با نتایج تجربی بدست می دهند. در مرحله بعد با استفاده از مشخصه سرعت کنار دیواره درون لایه مرزی سعی شده است تا کارایی این مدل ها در پیش بینی ناحیه گذر مورد ارزیابی قرار گیرد . نشان داده شده است که مدل های k-ω بهترین و دقیق ترین نتایج را بدست می دهند.

یکی از موثرترین راه های رسیدن به راندمان حرارتی بالاتر در توربین های گازی، افزایش دمای هوای ورودی به توربین است، به طوری که، اگر دمای کار کرد موتور به میزان 170 درجه ‏افزایش یابد نیروی پیش برنده موتور و راندمان آن به ترتیب 5 و یک درصد افزایش خواهد یافت. علیرغم پیشرفت های قابل توجه در متالورژی موادی که در ساخت پره ها به کار می روند، این افزایش دما تنها در صورتی امکان پذیر است که پره ها به طور موثری خنک شوند. در این پژوهش، جریان خنک کاری لایه ای آشفته، با استفاده از رهیافت شبیه سازی گردابه های بزرگ‏‏ٌ، در عدد رینولدز جت 4700 مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. هندسه جریان شامل جت هایی با مقطع مربعی است که به طور عمود بر سطح وارد جریان عرضی می شوند. وجود ساختا رهای پیچیده در جریان و رفتار وابسته به زمان آنها، باعث شده که این جریان مورد توجه محققین زیادی واقع شود. در این پژوهش از مدل زیرشبکه ای، اسماگورینسکی برای شبیه سازی جریان استفاده شده است نتایج حاصل از شبیه سازی جریان خنک کاری لایه ای شامل مولفه های سرعت میانگین، انرژی جنبشی آشفته و تنش های برشی در مقاطع مختلف در پائین دست جریان جت در حالت هم دما با نتایج تجربی آجرش و همکارانش مقایسه و سپس ، اثرات تغییر نسبت سرعت ‏و تغییر نسبت چگالی بر ساختارهای جریان و بر پارامتر اثر بخشی بخنک کاری لایه ای بررسی شده است. بدین ترتیب، قابلیت رهیافت شبیه سازی گردابه های بزرگ در شبیه سازی این جریان پیچیده بررسی شده است.

جریان در داخل یک مخزن بزرگ روباز از لحاظ کمی و کیفی مورد بررسی قرار گرفته است . با فرض جریان پتانسیل توزیع سرعت و فشار در داخل مخزن محاسبه شده است . نتایج محاسبات نشان میدهد که تغییرات سرعت و فشار، بجز در نواحی ورودی و خروجی ، در بقیه نواحی قابل توجه نیست و بعلت پخش شدن جریان در بدو ورود به مخزن ، نقطه سکون روی دیواره مخزن تشکیل نشده و سطح آزاد سیال در مخزن، مسطح می ماند. رفتار جریان واقعی بطریقه کیفی در داخل یک مخزن مدل مورد بررسی قرار گرفته است . مشاهدات نشان می دهد که رفتار جریان واقعی با جریان پتانسیل در سرعتهای کم تقریبا" یکسان است ولی با افزایش سرعت ورودی ، ضمن اینکه رفتار این دو جریان کاملا" فرق می کند برخورد جت ورودی با دیواره مخزن باعث انحنای سطح آزاد می شود.