فهرست مطالب

مدل سازی در مهندسی - پیاپی 28 (بهار 1391)

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 28 (بهار 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/02/15
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مسیح شریفی، بهروز شهریاری، احمد باقری صفحات 1-7
    در این مقاله، از شبکه عصبی از نوع Group Method of Data Handling یا به اختصار GMDH، مبتنی بر الگوریتم ژنتیک به عنوان ابزاری با قابلیت بالا در مدل سازی سیستم های غیر خطی و پیچیده، برای مدل سازی موتور توربوفن استفاده شده است. بدلیل اهمیت میزان مصرف سوخت و تاثیر آن بر روی نیروی رانش موتور توربوفن به خصوص در موتور هواپیماهای تجاری و مسافربری، در این تحقیق تاثیر نسبت سوخت به هوا بر روی دو پارامتر بسیار مهم یعنی مصرف سوخت ویژه و تراست در ارتفاع ها و سرعت های متفاوت در محدوده رژیم زیر سرعت صوت بررسی شده است. سپس از شبکه عصبی از نوع GMDH مبتنی بر الگوریتم ژنتیک برای مدل سازی تاثیر ارتفاع پروازی و میزان نسبت سوخت به هوا بر روی نیروی رانش و مصرف سوخت ویژه موتور توربوفن استفاده شده است. در نهایت، مدل بدست آمده با داده های واقعی مقایسه شده است؛ که کارایی و دقت شبکه را نشان می دهد. با استفاده از توابع ریاضی بدست آمده از مدل سازی نیروی رانش و مصرف سوخت ویژه، قادر به بهینه سازی موتور و پیش بینی بهترین نقاط عملکردی برای آن خواهیم شد.
    کلیدواژگان: شبکه عصبی GMDH، الگوریتم ژنتیک، موتور توربوفن، نیروی رانش، مصرف سوخت ویژه
  • علی زینلی، حسین اقبالی، وحید رفیعی صفحات 9-18
    بازیاب های گرمایی نوع دوار از دسته مبدل های فشرده ای هستند که در آن ها انرژی حرارتی جریان گاز داغ توسط ماتریس جذب شده و سپس این انرژی به جریان گاز سرد داده می شود. تحلیل ریاضی این نوع از مبدل و بررسی اثر پارامترهای مختلف می تواند نقش بسزایی در بهبود عملکرد آن ها داشته باشد. در این مقاله از مدل ریاضی برای تحلیل گرمایی سیال و ماتریس استفاده شده است. در مدل اثر پارامترهای سرعت چرخش ماتریس، هدایت حرارتی در جهت حرکت سیال و زمان در نظر گرفته شده است. این مدل با استفاده از حل عددی در نرم افزار ویژوال بیسیک حل شده و اثر پارامترهای مختلفی مانند سرعت چرخش ماتریس، طول و قطر مبدل بر دمای خروجی سیالات و بازده مبدل بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش طول مبدل و سرعت چرخش، ماتریس بازده مبدل افزایش می یابد؛ در حالی که با افزایش قطر مبدل، ابتدا بازده افزایش و سپس کاهش می یابد. مقایسه دماهای خروجی حاصل از مدل با نتایج آزمایشگاهی، عملکرد مناسب مدل در پیش بینی دمای خروجی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بازیاب گرمایی، بازیافت انرژی، مدل سازی ریاضی، ماتریس
  • سید مرتضی جوادپور، سعید فراهت، حسام الدین ابن الدین صفحات 19-29

    امروزه تونل باد به عنوان یک آزمایشگاه تجربی کاربردهای فراوانی دارد. نصب تونل باد بسیار هزینه بر است بنابراین طراحان سعی می کنند که با طراحی بهینه اجزای مختلف تونل باد هزینه نصب و تست تونل باد را به حداقل برسانند. در این مقاله با بهینه سازی و ارائه طرح جدیدی از یک دیفیوزر تونل باد، هزینه به حداقل رسیده و راندمان افزایش داده شده است. در بسیاری از تونل های باد مافوق صوت، قسمت همگرای دیفیوزر تونل باد دیواره هایی با شیب ثابت دارد. به علت تاثیر زیاد هندسه دیواره های دیفیوزر بر روی عملکرد تونل باد، روند بهینه سازی بر این اساس انجام شد. در ادامه، مدل جدیدی از دیفیوزر تونل باد مافوق صوت ارائه شده است. این مدل از دیفیوزر، شامل یک دیواره ی انعطاف پذیرو سه جک در راستای آن می باشد. سپس جریان مغشوش و تراکم پذیر به صورت دوبعدی با مدل اغتشاش k-w SST و با استفاده از روش +AUSM در تونل باد مافوق صوت تحلیل شد. در نهایت، با کمک الگوریتم ژنتیک و در ماخ 4، مدل جدید دیفیوزر تونل باد مافوق صوت با هدف کمترین افت فشار کلی بهینه گردید. جهت بررسی عملی، از نمونه دیفیوزر تونل باد مافوق صوت مرکز قدر استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که تونل باد بهینه جدید نسبت به نمونه تونل باد موجود در مرکز قدر 83 درصد افزایش راندمان داشته است.

  • سیف الله سعدالدین، محمد همت اسفه * صفحات 31-42

    برای تحلیل جابجایی ترکیبی جریان سیال و انتقال حرارت در نانوسیال درون یک محفظه ی مربعی شکل زاویه دار که دو مانع درون آن وجود دارند، یک روش عددی حجم محدود مورد استفاده قرار گرفته است. تاثیر عدد رایلی، کسر حجمی نانوذرات و ارتفاع موانع داغ مورد مطالعه قرار گرفته است و نتایج به صورت نمودارهای خط جریان و نمودارهای هم دما و عدد ناسلت ارائه شده اند. در این تحقیق، نانو سیال آب-آلومینا با قطر نانوذرات 47 نانومتر و دمای 300 کلوین به عنوان سیال عامل مورد استفاده قرار گرفته است. محدوده ی مورد استفاده برای عدد رایلی بین 104 و 105، برای کسر حجمی نانو ذرات بین 0 تا 06/0 و برای ارتفاع مانع بین 1/0 تا 2/0 طول محفظه می باشد. نتایج نشان دادند که افزایش عدد رایلی و همچنین افزایش کسر حجمی نانو ذرات سبب افزایش انتقال حرارت درون محفظه می شود. همچنین مشخص شد که افزایش ارتفاع مانع داغ سبب کاهش مقادیر ناسلت متوسط می گردد.

    کلیدواژگان: نانوسیال، جابجایی ترکیبی، خواص متغیر، کسر حجمی، انتقال حرارت
  • حشمت الله حقیقت، حامد شایسته صفحات 43-51
    در این مقاله، فرآیند اکستروژن مستقیم ورق های دو فلزی با قالب گوه ای شکل، به روش کرانه بالایی تحلیل و به روش اجزا محدود شبیه سازی شده است. منطقه تغییر شکل به دو ناحیه تغییر شکل تک فلزی و و ناحیه دو فلزی تقسیم شده و بر اساس میدان سرعت داده شده برای هر ناحیه، توان های داخلی، برشی و اصطکاکی کل محاسبه شده اند. با مساوی قرار دادن توان خارجی با توان کل، نیروی اکستروژن لازم به دست آمده است. نتایج روش تحلیلی با نتایج به دست آمده از شبیه سازی به روش اجزا محدود (نرم افزار ABAQUS) مقایسه شده اند. مقایسه نتایج تحلیلی با نتایج شبیه سازی، تطابق مناسبی را نشان دادند. در پایان نیز اثر پارامترهای مختلف شامل درصد کاهش سطح مقطع و ثابت اصطکاک بر نیروی اکستروژن و زاویه بهینه قالب بررسی شده اند.
    کلیدواژگان: اکستروژن، ورق دو فلزی، روش کرانه بالایی، نیروی شکل دهی
  • نیما امجدی، محمدرضا انصاری * صفحات 53-67

    در این مقاله یک روش جدید بر اساس تجزیه بندرز برای برنامه ریزی نیروگاه های آبی و حرارتی ارائه شده است. در حل این مسئله محدودیت های ایمنی، پخش بار ac و پایداری ولتاژ سیستم قدرت مورد توجه قرار گرفته است. روش پیشنهادی مسئله را به دو زیر برنامه اصلی و تابع تقسیم بندی می نماید.مسئله اصلی یک مسئله عدد صحیح است که در آن انتخاب واحد نیروگاه های حرارتی و آبی و میزان تولید واحدهای آبی به همراه محدودیت های واحدهای آبی دیده شده است. مسئله تابع نیز یک مسئله غیرخطی می باشد که میزان تولید هر واحد حرارتی درآن تعیین می شود. این در حالی است که در این مسئله از پخش بار ac استفاده شده و محدویت های ایمنی و پایداری ولتاژ مطلوب سیستم قدرت در نظرگرفته می شود. پایداری ولتاژ سیستم قدرت بوسیله شاخص مورد ارزیابی قرار می گیرد. از آنجایی که ممکن است به علت در نظر گرفتن معادلات پخش بارac و محدویت های ایمنی، مسئله تابع غیر قابل حل گردد از ضرایب جریمه در آن استفاده شده است. مدل پیشنهادی بر روی سیستم های 9 باسه و 118 باسه تست شده است که نتایج بدست آمده کارایی این روش را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: روش تجزیه بندرز، برنامه ریزی کوتاه مدت نیروگاه های آبی، حرارتی، پایدرای ولتاژ، محدودیت های ایمنی، شاخص Lj
  • علیرضا پورموید، فرهاد جاویدراد، حمیدرضا زارعی، مرتضی شهریاری صفحات 69-82
    در این مقاله، به تشریح فرآیندی به منظور بهبود کارایی و ساخت قطعات ماشین آلات و سازه های هوایی کارکرده پرداخته شده است. در این راستا یک متدولوژی بر مبنای مهندسی معکوس تدوین شده که شامل مراحل مهندسی مجدد و نمونه سازی سریع معرفی نیز می باشد. با فرض عدم وجود اطلاعات و دانش طراحی قطعه مورد نظر، استفاده از این متدولوژی می تواند علاوه بر تولید دانش فنی، به ایجاد بستر لازم برای طراحی ابداعی و جدید نیز منجر شود. در این متدولوژی، ابتدا از نمونه اولیه مدل ابر نقاط تهیه شده و پس از ساخت مدل نمونه بر اساس مدل پارامتری و انجام آنالیزها و محاسبات اطلاعات طراحی استخراج می شود. سپس، با تغییرات منطقی در مدل اولیه به مدل بهینه سازی شده دست یافته و نهایتا روش تولید آن منطبق با معیارهای نمونه سازی سریع انتخاب می شود. در این روش نگاه ویژه ای به موضوع شکست و طراحی بر اساس تحمل آسیب شده است. فرایند مورد نظر به صورت تجربی روی یک قطعه هواپیما پیاده سازی شده است.
    کلیدواژگان: مهندسی مجدد، بهینه سازی قطعات مکانیکی، مهندسی معکوس، آنالیز شکست
|
  • Sharifi, Shahriari, Bagheri Pages 1-7
    In this paper, Group Method of Data Handling (GMDH)-type neural networks based on Genetic Algorithm, as an effective means to model the complex and nonlinear system, used for the modeling of turbofan engine. Fuel consumption is an important factor in turbofan engines, particularly in commercial and passenger aircraft engines. Regarding to its importance, fuel/air ratio influence on two main parameters, namely, specific fuel consumption and thrust investigated in this study at different altitudes for lower Mach numbers. Therefore, GMDH-type neural networks based on Genetic Algorithm developed for modeling. The impact of fuel / air ratio and flight altitude on thrust and specific fuel consumption of a turbofan engine that mathematical functions obtained for thrust and specific fuel consumption will be applied to optimization of the engine and estimation of best operating points. Finally, the GMDH model`s value compared with experimental data that show the effectiveness and accuracy of the network.
    Keywords: GMDH, type Neural Networks, Genetic Algorithm, Turbofan Engine, Thrust, Specific Fuel Consumption
  • Zeinali, Eghbali, Rafiei Pages 9-18
    The rotary regenerators are the type of compact heat exchangers that thermal energy of hot gas is absorbed by the matrix and then released to a cold gas stream. Mathematical analysis of this type of heat exchangers and the effect of various parameters has a considerable effect in improving their performance. In this paper, the mathematical model for fluid and thermal analysis of matrix is used. In the model, the effects of heat conduction in the direction of the fluid flow, rotating speed of the wheel and time are considered. The model is solved in the visual basic program. The effect of various parameters such as rotating speed of the wheel, the fluid flow of hot and cold stream and mass of matrix on dynamic responses are analyzed. Results showed that with increase of length and rotating speed of the wheel, the yield increased. With the increase of diameter, the yield increased initially, reached to a maximum and then decreased. The numerical results are compared with experimental measurements. Results showed that predicted results were matching satisfactorily with the experimental results.
    Keywords: Regenerators, Energy recovery, Mathematical modeling, Matrix
  • Javadpour, Farahat, Ebnodin Pages 19-29

    Wind tunnel، as an experimental laboratory، has many applications nowadays. Installation of wind tunnel is very expensive، so designers try to reduce wind tunnel’s installation and test costs by optimizing the design of various components of the wind tunnel. In this paper، costs are reduced and efficiency is increased due to a new design and optimization of a wind tunnel diffuser. In many supersonic wind tunnels، the convergent parts of the diffuser have walls with fixed slope. So، a new model of the supersonic wind tunnel diffuser is presented. This model of diffuser includes a flexible wall and three jacks in its direction. Then the two-dimensional and compressible flow was analyzed using k-w SST turbulence model and AUSM+ method in a supersonic wind tunnel. Finally، in Mach 4 and by the use of genetic algorithm، a new model of supersonic wind tunnel diffuser was optimized with the lowest overall pressure drop. For practical investigation the sample of supersonic wind tunnel diffuser of Ghadr Aerodynamic Research Center has been used. The results indicate that the new optimized wind tunnel has higher efficiency with 83 percent in comparison to Ghadr Center’s sample of supersonic wind tunnel.

    Keywords: Wind Tunnel, Optimization, Genetic Algorithm, Supersonic Diffuser, AUSM+
  • Sadodin, Hemmat Esfe Pages 31-42

    To analyze the heat transfer and fluid flow of mixed convection through nanofluid in an inclined square cavity having two hot obstacles, a numerical method based on the finite volume approach is applied. The effect of the Rayleigh number, solid volume fraction of nanoparticle, height of heated obstacle and cavity inclination angles are studied and obtained results are presented in the form of streamline and isotherm plots and Nusselt diagram. In this investigation Al2O3-water at T=300 and diameter of nanoparticle equal to 40, have been used as the working fluid. The study has been executed for the Rayleigh number between 104 and 105, solid volume fraction of nanoparticles altered from 0 to 0.06 while the height of the obstacle changed from 0.1 to 0.2 length of the cavity. Results show that increasing solid volume fraction and Ra number lead to heat transfer increases. Also with increasing of height of the obstacle, the average Nusselt number decreases.

    Keywords: Nanofluid, Mixed Convection, Variable Properties, Solid Volume Fraction, Heat Transfer
  • Haghighat, Shayesteh Pages 43-51
    In this paper, forward extrusion process of Bimetal sheets through taper dies is analyzed by upper bound technique and simulated by FEM. Deformation region is divided into two deformation zones and based on a proposed velocity field for each deformation zone, total internal, shear and friction powers are calculated. The extrusion force is estimated by equating the external power with the total power. Analytical results are compared with the results given by finite element method (ABAQUS Software). These comparisons show a good agreement. Finally the effect of the process parameters including reduction in the area and the friction factor on the extrusion force are estimated.
    Keywords: Extrusion, Bimetal Sheet, Upper Bound Method, Extrusion Force
  • Amjady, Ansari Pages 53-67

    This paper presents a new approach based on Benders decomposition (BD) to solve short-term hydrothermal coordination problem with AC power flow, voltage stability and security constraints. The proposed method decomposes the problem into a master problem and a sub-problem. The master problem applies the Mixed Integer Programming (MIP) method and finds the on/off states of the thermal and hydro units and the amount of power produced by each hydro unit. The sub-problem apply the nonlinear Programming (NLP) method and find the amount of power produced by each thermal unit while modeling the transmission network using AC power flow considering security and voltage stability constraints. Index evaluates voltage stability of the power system. Due to AC power flow and security constraints, the sub-problem may become infeasible. To cope with the infeasibility problem, positive penalty terms are added to the sub-problem formulation.The methodology is tested on the 9-bus and IEEE 118-bus test systems. The obtained results confirm the validity of the developed approach.

    Keywords: Benders Decomposition, Short, term Hydrothermal Coordination, Voltage Stability, Security Constraints, Lj Index
  • Pourmoayed, Javidrad, Zaree, Shahriari Pages 69-82
    In this article, a reverse engineering procedure has been presented to achieve an upgraded design applicable to legacy mechanical and structural components of aeronautical systems. In this way, a methodology comprising re-engineering and rapid prototyping methods has been proposed. Assuming no available useful original design data, this procedure focuses on re-producing engineering design data to develop an engineering platform for innovative design. In this procedure, first cloud point data are extracted by laser scanning to create 3D solid parametric modeling. Then, reasonable changes are applied to the original design to achieve a new design compatible with requirements and available rapid prototyping techniques and material resources. A special attention has been paid to stress and fracture analysis to ensure reliability and damage tolerance capability of the new design. The method is benchmarked using an actual aircraft component.
    Keywords: Re Engineering, Optimization of Mechanical Components, Reverse Engineering, Fracture Analysis