علم و فناوری در مهندسی مکانیک

علم و فناوری در مهندسی مکانیک

طراحی هندسه نازل مافوق صوت نوآروانه و مدل سازی عددی جریان هوا در آن

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مکانیک واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران
2 استادیار، گروه مکانیک واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی ، مشهد، ایران
3 استاد، گروه مکانیک واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران
4 استادیار، گروه مکانیک واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران
10.22034/stme.2026.594001.1234
چکیده
برای دستیابی به جریان سیال هوای مافوق صوت در بخش تست تونل باد، باید جریان هوا از شرایط سکون اولیه در یک سری نازل‌های همگرا-واگرا عبور کند تا به سرعت و فشار مناسب برسد. نسبت مساحت گلوگاه نازل و محفظه تست، و همچنین نسبت فشار بین اتاقک سکون تونل باد و خروجی محل تست، به ترتیب عدد ماخ منطقه تست و خواص استاتیکی آن را تعیین می کند. هندسه نازل‌ها مستقیما بر روی کیفیت جریان، به ویژه توزیع عدد ماخ و زاویه حرکت جریان هوا در ناحیه تست تاثیر می گذراد. هر چقدر سرعت جریان سیال هوا و توزیع عدد ماخ در داخل ناحیه تست یکنواخت تر باشد، نتایج آزمایش واقعی تر می باشد. بنابراین توزیع یکنواخت عدد ماخ در منطقه تست تونل باد یک الزام می‌باشد. برای این که توزیع عدد ماخ یکنواخت شود، نیاز به هندسه منحصر به فردی برای بخش واگرای نازل می باشد که این هندسه وابسته به منطقه تست و عدد ماخی است که بایدایجاد شود. با بررسی‌های انجام شده اثبات شد که کانتور نازل طراحی شده بدون ایجاد هیچ گونه شوکی می تواند در خروجی خود جریان با عدد ماخ 3 را فراهم کند که این به معنی صحت و دقت کد عددی توسعه داده شده بوده است. در گام بعدی به بررسی یکنواختی جریان خروجی از نازل پرداخته شده است. برای این منظور یکنواختی جریان در خروجی نازل از خط مرکزی نازل تا لبه لایه مرزی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد با توجه به معیارهای آیرودینامیکی موجود، جریان در خروجی نازل...
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design and Numerical Simulation of a Supersonic Convergent-Divergent Nozzle for High-Speed Mach 3 Flow

نویسندگان English

Saeed Hosein Gholizade Moghadam 1
Vahid Nejati 2
Hamid Reza Goshayshi 3
Seied Reza Saleh 4
1 Department of mechanical engineering, Mashhad Azad University, Mashhad, Iran
2 Department of mechanical engineering, Mashhad Azad University, Mashhad, Iran
3 Department of mechanical engineering, Mashhad Azad University, Mashhad, Iran
4 Department of mechanical engineering, Mashhad Azad University, Mashhad, Iran
چکیده English

Supersonic wind tunnels rely on convergent-divergent (CD) nozzles to accelerate air to a required test-section Mach number and pressure. Flow quality uniform Mach number distribution and minimal flow angle depends heavily on the divergent-section contour, which must be tailored to the target Mach number to avoid shock waves. This study presents a FORTRAN-based numerical code that applies the method of characteristics (MOC), combined with analytical transonic and centerline models, to design a shockless CD nozzle contour for an output Mach number of 3. The design was validated in ANSYS Fluent using a finite-volume, k-ε turbulence solver. Results show the nozzle produces a stable, uniform Mach number distribution with property deviations (temperature, pressure, density, velocity) below 0.25 across the outflow, confirming an effectively uniform, shock-free exit flow consistent with isentropic behavior. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .

کلیدواژه‌ها English

Supersonic wind tunnel
supersonic nozzle
numerical modeling
convergent-divergent nozzle Computational fluid dynamics

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 09 آبان 1405

  • تاریخ دریافت 05 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 04 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 09 آبان 1405
  • تاریخ اولین انتشار 09 آبان 1405
  • تاریخ انتشار 09 آبان 1405