انجمن احتراق ایران سوخت و احتراق 2008-3629 19 1 2026 03 21 Numerical and Experimental Investigation of the Transient Mixing Dynamics of Compressible Helium Impinging Jet Using Time-Resolved Schlieren Imaging and Computational Fluid Dynamics Simulation بررسی عددی و تجربی دینامیک گذرای اختلاط جت برخوردی هلیوم تراکم‌پذیر با استفاده از تصویربرداری شلیرن با تفکیک زمانی و شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی 78 106 251734 10.22034/jfnc.2026.590673.1464 FA حمیدرضا رحمانی دانشکده مهندسی مکانیک، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران 0009-0002-3703-0898 الشن سلطانی دانشکده مهندسی مکانیک، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران 0000-0002-8930-3037 علیرضا حاجی علی محمدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران 0000-0001-9829-7954 محمد نیکیان دانشکده مهندسی مکانیک، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران 0000-0002-2253-8675 Journal Article 2026 01 28 Impinging gas jets exhibit complex transient structures because of interactions among flow momentum, species mixing, and the impingement plate. This study examines the evolution and mixing of a transient helium jet issuing from a 0.8-mm-diameter single-orifice nozzle at a pressure ratio of 5 and a nozzle-to-plate distance of 20 mm using time-resolved Schlieren imaging and transient numerical simulation. For quantitative assessment, experimental and numerical jet widths were compared at several axial locations, and transverse helium mass-fraction profiles were extracted. Maximum mass fraction, half-width at half-maximum (HWHM), and spatial decay rate of the jet core were analyzed. The maximum helium mass fraction decreased from 0.949 at 5 mm to 0.138 at 19 mm, corresponding to an approximately 85% reduction in core concentration. Over the same interval, HWHM increased from 0.469 to 2.509 mm, indicating more than a fivefold expansion of the mixing-zone width. The spatial decay rate of the core decreased from 0.139 to 0.014 mm⁻¹, showing that core dilution was nonlinear and most intense near the nozzle. Analysis of the velocity field, streamlines, and vorticity indicated shear-layer formation and entrainment of ambient air into the jet. Velocity and pressure profiles revealed reduced axial momentum, enhanced radial motion, and central pressure recovery, indicating stagnation-region formation and momentum redistribution before wall-jet development. Results show that core-concentration decay and transverse mixing-zone growth proceed at different rates; hence, simultaneous assessment of concentration, width, and dynamic metrics provides a more comprehensive description of impinging-jet evolution. <span dir="RTL" lang="AR-SA">جت‌های گازی برخوردی به‌دلیل برهم‌کنش تکانه، اختلاط گونه‌ها و صفحه برخورد، ساختاری گذرا و پیچیده دارند. در این پژوهش، تحول و اختلاط جت گذرای هلیوم خروجی از نازل تک‌سوراخ با قطر ۰</span><span dir="RTL" lang="AR-SA">٫</span><span dir="RTL" lang="AR-SA">۸ میلی‌متر، نسبت فشار ۵ و فاصله نازل تا صفحه ۲۰ میلی‌متر، با تصویربرداری شلیرن زمان‌مند و شبیه‌سازی عددی گذرا بررسی شد. برای ارزیابی کمی، عرض جت حاصل از آزمایش و شبیه‌سازی در چند موقعیت محوری مقایسه و پروفیل‌های عرضی کسر جرمی هلیوم استخراج شد. سپس بیشینه کسر جرمی، نیمه‌عرض در نصف بیشینه و نرخ مکانی تضعیف هسته تحلیل شدند. بیشینه کسر جرمی از 0/949 در فاصله ۵ میلی‌متری به 0/138 </span><span dir="RTL" lang="AR-SA">در فاصله ۱۹ میلی‌متری کاهش یافت که بیانگر افت حدود ۸۵ درصدی غلظت هسته بود. در همین بازه، نیمه‌عرض در نصف بیشینه از 0/469به 2/509 میلی‌متر افزایش یافت و توسعه بیش از پنج‌برابری پهنای ناحیه اختلاط را نشان داد. نرخ مکانی تضعیف هسته نیز از 0/139 به 0/014 بر میلی‌متر کاهش یافت؛ ازاین‌رو، رقیق‌شدن هسته غیرخطی و بیشترین شدت آن نزدیک نازل بود. تحلیل میدان سرعت، خطوط جریان و ورتیسیته، تشکیل لایه برشی و ورود هوای محیط به جت را نشان داد. پروفیل‌های سرعت و فشار نیز کاهش تکانه محوری، افزایش حرکت عرضی و بازیابی فشار مرکزی را نشان دادند که بیانگر تشکیل ناحیه رکود و بازتوزیع تکانه پیش از جریان دیواره‌ای بود. نتایج نشان داد کاهش غلظت هسته و گسترش عرضی ناحیه اختلاط با نرخ یکسانی رخ نمی‌دهند؛ ازاین‌رو، بررسی هم‌زمان شاخص‌های غلظتی، عرضی و دینامیکی، توصیف جامع‌تری از تحول جت برخوردی فراهم می‌کند</span>. https://www.jfnc.ir/article_251734_8568fa4e604cc8adc6bc97f444afe3e5.pdf