فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال نوزدهم شماره 5 (اردیبهشت 1398)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال نوزدهم شماره 5 (اردیبهشت 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/01/25
  • تعداد عناوین: 25
|
  • حمیدرضا طالش بهرامی، حمید پرهیزکار*، سجاد قاسملوی صفحات 1049-1059
    مقوله آیروآکوستیک، یکی از مباحث مهم در طراحی وسایل پرسرعت امروزی نظیر هواپیماهای غول پیکر و قطارهای سریع السیر است. در همین راستا تلاش بر این است که این وسایل به گونه ای طراحی شوند که حداقل نویز آیردینامیک را داشته باشند. استوانه به عنوان یک جسم پخ کاربردهای گسترده ای در طراحی تجهیزات مختلف نظیر ارابه فرود هواپیما دارد. بنابراین کاهش نویز استوانه می تواند کاربردهای گسترده ای داشته باشد. در این مقاله یک روش برای کاهش نویز آیروآکوستیک حاصل از جریان روی استوانه ارایه و به صورت عددی مطالعه شده است. این کار با مکش جریان به داخل شیارهایی روی استوانه انجام شده است. محاسبه عددی آکوستیک، به روش قیاس آکوستیک لایت هیل و با به کارگیری معادلات موج فاکس ویلیام هاوکینگز انجام شده است. حل جریان به صورت سه بعدی و گذرا با زمان و با استفاده از مدل اغتشاشی شبیه سازی گردابه های بزرگ انجام می شود. مشخصات شیارها نظیر ابعاد و فاصله آنها روی نویز آکوستیک تولیدشده مورد مطالعه قرار داده شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که روش کنترل فعال ارایه شده در این مقاله، یک روش موثر و در عین حال ساده برای کنترل نویز است. استوانه مورد استفاده در تحقیق حاضر در جریان با سرعت 250کیلومتر بر ساعت صدایی حدود 110دسی بل تولید می کند. مطابق نتایج به دست آمده می توان گفت که با چیدمان بهینه و تعداد شیارها و سرعت مناسب مکش جریان می توان سطح صدای حاصل از استوانه را تا حدود 60دسی بل کاهش داد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی آیروآکوستیک، مدل فاکس ویلیام هاوکینگز، شبیه سازی گردابه بزرگ، سطح فشار صوت، کنترل فعال نویز
  • احسان داورپناه، علیرضا تیمورتاش* صفحات 1061-1073
    استفاده از روش های عددی برای تعیین حدود و نحوه رشد کیک جرمی در فرآیند تصفیه عرضی مورد توجه محققین بوده است. حل های مذکور که عمدتا مبتنی بر توسعه روش های صفر، یک یا دوبعدی برای تخمین پارامترهای تصفیه معرفی شده اند، متکی بر حداقل یک مرحله تنظیم روش با استفاده از نتایج آزمایشگاهی هستند. در این مقاله یک روش حل دوسویه مستقل، برای تعیین تغییرات زمانی هندسه کیک جرمی- جریان تصفیه، ارایه شده است. به طوری که همزمان با حل جریان به روش شبکه بولتزمن، حل معادله انتقال جرم را با استفاده از یک روش مزوسکوپیک دیگر (LB-CA) در یک ارتباط دوسویه بین تغییرات جریان و رشد کیک میسر سازد. روش محاسباتی معرفی شده، امکان اعمال اثر نیروهای داخلی و خارجی بر خط سیر ذرات را فراهم نموده است. اعتبار روش محاسباتی، در مقایسه با حل تئوری رومرو- داویس و نتایج آزمایشگاهی، بررسی و تایید شده است. همچنین با استفاده از LB-CA، اثر اعمال میدان الکتریکی جریان مستقیم، بر کیفیت اجتماع ذرات بر سطح غشا و تغییر منحنی شار جریان بررسی و نشان داده شده است که با افزایش ولتاژ جریان مستقیم، به تدریج از اجتماع ذرات در برخی نواحی غشا ممانعت به عمل آمده، منحنی کاهش شار جریان بهبود قابل ملاحظه ای می یابد. همچنین بررسی شرایط بهینه با درنظرگرفتن اندازه پل های الکتریکی به عنوان پارامتر بهینه سازی نشان داده است با درنظرگرفتن بیشینه بهبود در منحنی شار جریان به عنوان پارامتر هدف، اندازه پل های الکتریکی دارای یک مقدار بهینه است.
    کلیدواژگان: تصفیه عرضی، کیک جرمی، شبکه بولتزمن، روش LB-CA، میدان الکتریکی جریان مستقیم
  • مصطفی زاهدزاده، فتح الله امی * صفحات 1075-1084
    مخلوط شدن مناسب سوخت و هوا یکی از مسایل چالش برانگیز در سرعت های مافوق صوت بوده که بیشترین کاربرد آن نیز در محفظه های احتراق موتورهای اسکرم جت است. در طراحی موتورهای اسکرم جت، اختلاط کافی بین جریان هوای مافوق صوت و جت سوخت پاشش شده یک مساله حیاتی است زیرا به دلیل زمان اقامت خیلی کوتاه مخلوط در جریان مافوق صوت، پایداری احتراق بسیار مشکل است. تاکنون مطالعات و تحقیقات گسترده ای برای بهبود اختلاط سوخت و هوا در این حوزه جریان صورت پذیرفته است. یکی از راهکارهای ارایه شده برای بهبود اختلاط سوخت و هوا، ایجاد پله قبل از نقطه پاشش است که با ایجاد یک ناحیه بازچرخشی سرعت پایین قبل از نقطه پاشش موجب افزایش راندمان اختلاط می شود. البته باید اشاره نمود که استفاده از پله همراه با افت فشار سکون است که باید مصالحه ای بین افزایش راندمان اختلاط و افت فشار سکون صورت پذیرد. در کار حاضر تاثیر حضور پله بر حوزه پاشش گازی صوتی عمودی در جریان هوای عرضی مافوق صوت به صورت عددی بررسی شده است. در ابتدا معادلات دوبعدی ناویر- استوکس به همراه مدل آشفتگی دومعادله ای k-ω SST و معادله حالت گاز کامل با استفاده از نرم افزار فلوئنت حل شده اند و نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با داده های تجربی مقایسه و صحه گذاری شده اند. سپس با تغییر دو پارامتر هندسی ارتفاع پله و فاصله پله از نقطه پاشش، تاثیر این دو پارامتر بر ارتفاع دیسک ماخ و افت فشار سکون بررسی شده است.
    کلیدواژگان: اسکرم جت، پاشش متقاطع، نسبت فشار، موج ضربه ای، شبیه سازی عددی
  • قاسم عباس نژاد، مهدی طالع ماسوله* صفحات 1085-1093
    با توجه به یکی از معایب ربات های کابلی موازی در توانایی محدود تحمل گشتاور و فضای کاری دورانی نسبتا کوچک، در این مقاله روشی برای تعیین پیکربندی بهینه ربات ها ی کابلی موازی قابل انطباق با پایه ها ی متحرک برای بهترکردن عملکرد این ربات ها ارایه می شود. در این ربات ها ، مکان پایه ها ی متحرک اتصال کابل ها با توجه به حرکت مجری نهایی بر مسیر آن توسط عملگرها تغییر داده می شوند. در پیکربندی تعیین شده، هر گشتاور- نیروی اعمالی بیرونی، با نیروهای اعمالی توسط کابل ها برای تمام موقعیت ها ی مجری نهایی در نزدیکی موقعیتی از آن متعادل می شود. بزرگ ترین محدوده دایره ای گشتاور- نیروی بسته به مرکز یک نقطه دلخواه از مسیر برای یک محدوده مشخص دوران حول یک دوران مرجع محاسبه می شود. با درنظرگرفتن مساحت این ناحیه ها و با هدف بزرگ ترکردن آنها، پیکربندی بهینه با تغییر مناسب مکان پایه ها ی متحرک اتصال کابل ها تعیین می شود. با اعمال این روش در تعدادی از نقاط در یک مسیر خاص، به طور تکراری، طرح ها ی عملیاتی مناسب به دست می آید. در این مقاله این روش برای ربات ها ی موازی صفحه ای کابلی قابل انطباق با پایه ها ی متحرک، اعمال و کیفیت طرح ها ی راه اندازی آنها با ربات ها یی با پایه ها ی ثابت مقایسه می شود.
    کلیدواژگان: ربات موازی، کابلی، صفحه ای، مسیر حرکت، گشتاور- نیرو بسته
  • نسیبه حاجیلری*، ماشاءالله رضاکاظمی صفحات 1095-1101
    سیستم احتراقی که در کوره های هافمن کارخانه های آجرپزی استفاده می شود، بازدهی بسیار پایینی دارد. در این مقاله، با انجام شبیه سازی دینامیک سیالات مولکولی با ایجاد تغییرات در مشعل کوره هافمن کارخانه آجر کلت شامل همگراکردن سرمشعل، قراردادن فنر در لوله برای ایجاد جریان چرخشی، کوتاه کردن طول نازل سوخت مشعل برای اختلاط بهتر سوخت و هوا و موارد دیگر، عملکرد سیستم احتراقی مشعل کارخانه های آجرپزی هافمن بهبود داده شده است. تغییرات در هر مرحله با نرم افزار FLUENT شبیه سازی شد. براساس نتایج تئوری و شبیه سازی، مشعل بهینه شده ساخته شد و در یک کارخانه آجر روی آن آزمون میدانی انجام گرفت و گازهای حاصل از احتراق آنها تحلیل شد. در نتیجه این اصلاحات، راندمان احتراق مشعل کوره هافمن از 27 به 47% افزایش پیدا کرده و مصرف سوخت تا یک سوم کاهش یافته است. همچنین مقدار CO از ppm16854 در مشعل قدیمی به ppm298 در مشعل بهینه شده و مقدار NO از 49 به ppm18 در نتیجه بهینه سازی ها کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: کارخانه آجر، کوره هافمن، مشعل، مصرف انرژی، جریان چرخشی
  • سیدرفیع کاظمی مازندرانی، محمود فرزانه گرد*، محمدمحسن شاه مردان صفحات 1103-1114
    گاز طبیعی پر فشار خطوط انتقال پیش از ورود به شیر اختناق ایستگاه های دروازه شهری (CGS)، از گرمکن هایی عبور داده می شود که دمای آن را تا حد جبران افت دمای ناشی از اثر ژول- تامسون افزایش دهد و از بروز پدیده هیدراته شدن گاز، یخ زدگی شیر و انسداد مسیر عبور گاز جلوگیری می نمایند. بهینه سازی این گرمکن ها با توجه به این که در مقیاس وسیع از گاز فرآوری شده شبکه تغذیه می کنند، از اهمیت بسزایی برخوردار است. در مطالعه حاضر هر یک از این گرمکن ها به نوعی ماشین ترمودینامیک مرکب از دو سیستم حرارتی متمایز از هم شبیه سازی شده است. تحلیل ترمودینامیک این دو سیستم با توجه به هندسه مساله و معادلات حاکم، به فرمولاسیون رابطه بین بازده حرارتی آنها و سپس تعریف پارامتری موسوم به ضریب تشابه ترمودینامیک انجامید. آنگاه نتایج حاصل از تحلیل حرارتی و تقریب زدن تابع پیچیده اصلی با دو تابع ساده تر مشخص نمود که همواره بین تفاضل مقادیر تعداد واحدهای تبادل حرارت (NTU) فایرتیوب و هیت کویل با ضریب تشابه ترمودینامیک گرمکن ها، رابطه لگاریتمی ثابت و بین نسبت مقادیر NTU آن دو با این ضریب نیز رابطه توانی ثابتی برقرار است. سرانجام با حل دستگاه معادلات به دست آمده از این دو رابطه، امکان تعیین مقادیر بهینه NTU برای فایرتیوب و هیت کویل به صورت توابعی از ضریب تشابه ترمودینامیک بهینه گرمکن ها و به تبع آن دستیابی به رابطه بین ابعاد هندسی بهینه آن دو در ایده آل ترین وضعیت انتقال حرارت، با بیشینه خطای نسبی حدود 13% فراهم شد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، مدل سازی، بازده حرارتی، بازده اگزرژی، آنتروپی تولیدی
  • حامد علیصادقی*، حسین صفی پور، حجت رضایی فرد صفحات 1115-1125
    حرکت پیچشی و انتقالی همزمان یک ایرفویل در معرض جریان هوا می تواند همچون یک توربین بادی از جریان ورودی انرژی دریافت نماید. این امر در صورتی امکان پذیر است که پارامترهای موثر بر عملکرد این توربین به صورت مناسبی انتخاب شده باشند. در این تحقیق جریان غیردایم دوبعدی حول یک توربین بادی دوباله با حرکت متقارن با استفاده از نرم افزار تجاری FLUENT مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور شبیه سازی حرکت پیچشی- انتقالی ایرفویل نوسان کننده از شبکه ای دینامیک یا متحرک استفاده شده است. با بررسی پارامترهای مختلف هندسی، حرکتی و لزج، ضمن بررسی تاثیر هر یک از این پارامترها، نقشه راندمان دریافت انرژی در بازه گسترده ای از فرکانس ها و دامنه های پیچشی برای ایرفویل ناکا 0015 در رینولدز 4100، ترسیم شده است. نتایج مطالعه پارامتری نشان می دهد که پارامترهای مربوط به حرکت همچون دامنه حرکت انتقالی و فرکانس، تاثیر بسزایی روی عملکرد ایرفویل دارد، در حالی که پارامترهای هندسی از درجه اهمیت کمتری برخورداند. همچنین نتایج تحقیق در رابطه با ایرفویل دوباله در مقایسه با حالت تک باله نشان می دهد که استفاده از این ترکیب می‎تواند راندمان سیستم را تا 7% افزایش دهد و به مقدار قابل توجه 49% برساند.
    کلیدواژگان: ایرفویل نوسان کننده، حرکت پیچشی، حرکت انتقالی، رژیم دریافت انرژی، توربین بادی دوباله موازی
  • واقف صدری، هادی سلطانی* صفحات 1127-1134
    در این تحقیق روش ساده و مفید برای پیداکردن مسیر مناسب جریان های سرد و گرم در داخل مبدل های حرارتی لوله- پوسته در مسایل طراحی شبکه مبدل های حرارتی (HENs) با درنظرگرفتن افت فشار جریان ها ارایه شده است. در حالت کلی، طراحی شبکه مبدل های حرارتی به کمک برنامه ریزی ریاضی منجر به بروز مشکلاتی می شود که به وسیله مدل های برنامه ریزی اعداد صحیح مخلوط غیرخطی. (MINLP) پاسخ داده می شود. بهینه سازی چنین فرمولاسیون هایی به دلیل وجود متغیرهای پیوسته و گسسته باعث ایجاد مشکلاتی در همگرایی می شود. در این تحقیق به جای حل همزمان متغیرهای گسسته و پیوسته، از الگوریتم ژنتیک برای پیداکردن بهینه ساختار شبکه مبدل های حرارتی (متغیرهای گسسته) استفاده شده است. برای پیداکردن مقادیر بهینه متغیرهای پیوسته شبکه، با دسته بندی این نوع از متغیرها به دو گروه و استفاده از فرمولاسیون برنامه ریزی شبه خطی (QLP) به جای مدل برنامه ریزی غیرخطی (NLP)، از پیچیدگی حل مدل NLP نیز تا حدود زیادی کاسته شده است. مقادیر بهینه متغیرهای پیوسته و گسسته با توجه به یک تابع هدف مشترک که رسیدن به حداقل هزینه سالیانه شبکه مبدلی است، به دست می آیند. مقایسه روش پیشنهادی با مراجع نشان می دهد که این روش توانایی کاهش هزینه پمپاژ جریان ها تا حدود 0/76% را دارد.
    کلیدواژگان: طراحی شبکه مبدل های حرارتی لوله- پوسته، افت فشار، الگوریتم ژنتیک، روش برنامه ریزی شبه خطی (QLP)، مسیر مناسب جریان ها در داخل مبدل ها
  • ایمان رفعتی، علی ابویی مهریزی* صفحات 1135-1143
    ایمپلنت های ارتوپدی یکی از قابل اعتمادترین روش ها در درمان آسیب دیدگی های وارد بر استخوان هستند. در طراحی ایمپلنت های ارتوپدی همواره سعی می شود که مدول الاستیسیته ایمپلنت به استخوان نزدیک باشد تا از بروز عوارضی مانند سپر تنشی جلوگیری شود. در این راستا متخلخل نمودن ایمپلنت ها به عنوان یکی از راه حل های جدید و موثر برای این مشکل ارایه شده و پرینت سه بعدی امکان ایجاد انواع مختلف ساختارهای متخلخل را برای ایمپلنت به وجود آورده است. برای نزدیک کردن مدول الاستیسیته ایمپلنت با ساختار متخلخل به استخوان، از هندسه های مختلف تخلخل استفاده می شود. در این مطالعه خواص مکانیکی ساختار متخلخل دایموند از جنس تیتانیوم مورد بررسی قرار گرفته و رابطه ای برای به دست آوردن مدول الاستیسیته بر حسب پارامترهای هندسی این ساختار معرفی شده است. با توجه به نتایج به دست آمده از حل اجزای محدود، اختلاف بین نتایج عددی با داده های تجربی بین 3/64% تا 18/51% مشاهده شد که البته مدول یانگ به دست آمده از این روش در مقایسه با نتایج تحلیلی، تطابق بیشتری با داده های تجربی دارد. در ضمن برای ساختارهای متخلخل یا چگالی نسبی بالاتر، مقدار این خطا کاهش پیدا کرد. علاوه بر این ساختار دایموند تیتانیومی در چگالی نسبی بین 0/06 و 0/16 مدولی معادل مدول یانگ استخوان اسفنجی خواهد داشت که این موضوع در طراحی های ایمپلنت های ارتوپدی بسیار موثر است.
    کلیدواژگان: مدول یانگ، روش اجزای محدود، ایمپلنت، ساختار متخلخل دایموند
  • داود مختاری، محمد حججی*، مسعود افرند صفحات 1145-1154
    در این پژوهش، اثر یک برآمدگی استوانه ای شکل بر بردار پیش رانش یک جت مافوق صوت به عنوان یک روش جدید در کنترل بردار پیشران مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، یک نازل همگرا- واگرا طراحی و ساخته شد. این نازل به صورتی است که عدد ماخ اسمی خروجی آن در شرایط انبساط کامل 2 است. دیواره این نازل برای اندازه گیری تغییرات فشار مجهز به سوراخ های فشار شده است. همچنین در دیواره نازل، مجرایی برای اعمال یک برآمدگی در درون نازل ایجاد شده است. از سنسورهای فشار برای اندازه گیری فشار و همچنین، از سیستم شلرین برای بررسی میدان جریان خروجی از نازل بهره برده شده است. فشار کل محفظه آرامش در تمام آزمایش ها ثابت و برابر با 5/7بار است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که عمق نفوذ برآمدگی در میدان جریان، تاثیر چشمگیری بر میزان انحراف و حتی جهت انحراف جریان جت خارج شده از نازل همگرا- واگرا دارد. بیشترین میزان انحراف جریان جت خروجی از نازل برابر با 5/7درجه بوده که در نفوذ برآمدگی برابر با 0/4=*H/D اتفاق افتاده است. به علاوه این نتایج نشان می دهد که با افزایش میزان نفوذ برآمدگی در درون نازل، میزان تراست محوری نازل اندکی کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: بردار تراست، نازل همگرا- واگرا، برآمدگی، مافوق صوت، آیرودینامیک تجربی
  • وحید محمدزاده ایوقی، مهدی علیاری شوره دلی* صفحات 1155-1165
    آستانه هشدار مهم ترین پارامتر یک سیستم مدیریت هشدار است که روی نرخ هشدارهای ازدست رفته و هشدارهای اشتباه اثر می گذارد. دردسترس بودن تابع چگالی احتمال دو وضعیت نرمال و معیوب از ملزومات اصلی این روش است و براساس داده های اخذشده از سیستم تخمین زده می شود. وجود خطای اندازه گیری به هر دلیلی سبب عدم دقت در تخمین پارامترهای آماری خواهد شد که به دنبال آن آستانه هشدار نیز دارای عدم دقت خواهد بود. از این رو درک و شناخت خطای اندازه گیری برای مقابله با آن ضروری است که در این مقاله مورد بررسی خواهد گرفت. برای این منظور ابتدا با استفاده از روش های تخمین پارامتر، پارامترهای آماری متغیر فرآیند تخمین زده خواهند شد و سپس با استفاده از قاعده انتشار نامعینی، میزان تاثیرپذیری پارامترها و آستانه هشدار از خطای اندازه گیری با فرض آن که حداقل و حداکثر مقدار آن با استفاده از مشخصات سنسورها قابل تعیین است، مشخص خواهد شد. سپس به منظور کاهش اثر خطای اندازه گیری بر عملکرد سیستم مدیریت هشدار، بر مبنای الگوریتم تشخیص نقطه تغییر، یک الگوریتم تطبیقی طراحی خواهد شد که بر این اساس آستانه هشدار متناسب با میزان خطای موجود در اندازه گیری، خود را تغییر خواهد کرد. سودمندی و کارآیی الگوریتم پیشنهادشده به کمک قاعده مونت کارلو برای یک سیستم مدیریت هشدار بر مبنای تایمر تاخیر در شرایط یادشده بررسی خواهد شد. در نهایت، برای تشخیص عیب رسوب در توربین گازی v94.2، به عنوان یک نمونه واقعی صنعتی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.
    کلیدواژگان: آستانه بهینه تطبیقی، تایمر تاخیر، توربین گازی v94، 2، خطای اندازه گیری، شبیه سازی مونت کارلو
  • سنا جمشیدی فرد، منصور شیروانی*، نورالله کثیری بیدهندی، سلمان موحدی راد صفحات 1167-1176
    در این مقاله جداسازی ذرات پودر سیاه از هوا توسط تغلیظ کننده‏ غبار مارپیچ یک کاناله به صورت آزمایشگاهی مطالعه شده و با استفاده از شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی، بازده و افت فشار دستگاه در شرایط عملیاتی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. سامانه آزمایشگاهی شامل یک کانال مارپیچ با 29 انشعاب جریان رقیق خروجی و دو مکنده در خروجی های آن بوده که امکان آزمون در شرایط دبی ورودی بالا فراهم شده است. در انجام آزمایشات از ذرات پودر سیاه با دانه بندی مشخص استفاده شده است. میانگین اندازه ذرات آن پس از انجام آزمون DLS و پردازش تصاویر SEM، μm 0/327 مشخص شد. شبیه سازی CFD تغلیظ کننده‏ مارپیچ یک کاناله برای جریان هوا- پودر سیاه با نرم افزار FLUENT انجام شده است. برای شبیه سازی اغتشاشات، از مدل اغتشاش Realizable k-ε به عنوان یک مدل بهینه از نظر دقت و سرعت در شبیه سازی استفاده شده است. برای اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی، داده های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته اند که خطایی حدود 5/2% را نشان می دهد. برای بررسی تاثیر شرایط عملیاتی سیستم، دبی های جرمی هوای ورودی و کسر جرمی های جامد مختلف مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج نشان دادد که با افزایش دبی به اندازه 58% بازده شبیه سازی 4/1% افزایش پیدا می کند. همچنین با افزایش کسر جرمی جامد از 7 به 20%، بازده تغییر محسوسی نداشت.
    کلیدواژگان: تغلیظ کننده غبار مارپیچ، شبیه سازی، بازده جداسازی، افت فشار
  • فهیمه حامدی، حامد مقتدری* صفحات 1177-1186
    پدیده انتقال حرارت، تعیین موقعیت و دمای نقطه داغ در سیم پیچ های ترانسفورماتور، در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این اقبال ناشی از تاثیرات قابل ملاحظه این امور بر استقامت، قابلیت اطمینان و بازده عملکرد ترانسفورماتورها است. هدف اصلی در این مقاله، توسعه یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی با دقت مناسب و حجم محاسباتی متعادل برای انجام مطالعات پارامتری و به دست آوردن معیارهایی برای طراحی سیم پیچ های دیسکی با مسیر خنک کاری زیگزاگ بوده است. این دیسک ها از سیم های مسی و عایق کاغذی که به دور آنها پیچیده شده، ساخته شده اند. درنظرگرفتن این ناهمگنی، به صورت تفکیک نواحی حل برای به وجودآمدن تعداد نواحی بسیار زیاد با اندازه بسیار کوچک، توسعه مدل و به خصوص شبکه را دشوار می سازد و همچنین هزینه محاسباتی بالایی ایجاد می کند. در این مقاله با استفاده از توابع تعریف خواص روشی ارایه شده است که بدون تفکیک نواحی حل، ناهمگنی دیسک ها به لحاظ جنس و وابستگی خواص ترموفیزیک همچون هدایت حرارتی و لزجت به دما لحاظ شده است. نتایج نشان می دهد که با استفاده از این روش علاوه بر اینکه زمان توسعه مدل و زمان تحلیل، کاهش چشمگیری داشته، دقت تحلیل نیز در حد قابل قبولی بوده و انحراف قابل توجهی در نتایج دیده نشده است. در ادامه نیز با استفاده از قابلیت محیط نرم افزار Ansys WorKbench در تحلیل پارامتری، تاثیر پارامترهای مختلف هندسی و عملکردی بر شرایط خنک کاری ترانسفورماتور بررسی شده و در نهایت پیشنهاداتی برای طراحی این مدل از ترانسفورماتورها ارایه شده است.
    کلیدواژگان: ترانسفورماتور، دمای نقطه داغ، مسیر خنک کاری زیگزاگ
  • شاهین حیدری، یونس بخشان، جمشید خورشیدی مال احمدی، احمد افسری* صفحات 1187-1197
    یکی از رویکردهای جدید برای تولید مواد با دانه های بسیار ریز، اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید روی نمونه اولیه با دانه های درشت است. در این روش با اعمال چندین مرحله کرنش های شدید روی نمونه، اندازه دانه ها تا مقیاس نانومتری کاهش می یابد و منجر به بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی در فلز می شود. یکی از مهم ترین روش ها برای این منظور، فرآیند CGPشده است. به دلیل نیاز به وزن کم بالک سازه های فضایی، ورق هایی از جنس آلیاژهای آلومینیوم، آلومینیوم 7075-T6 و فولاد 4130 انتخاب شدند. رفتار مکانیکی ورق ها برای ساخت بالک به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت. شبیه سازی برهم کنش میان سیال و سازه برای مدل بالک خمیده با سه آلیاژ مختلف انجام شد و میزان تغییر شکل به وجودآمده برای موشک در حال پرواز با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج نشان می دهد که اندازه ذرات بالک آلومینیوم 7075-T6، با افزایش مراحل پرسکاری از 60میکرون به 270نانومتر کاهش داشته است، در حالی که استحکام تسلیم در عبور چهارم نسبت به نمونه آنیل شده 38% افزایش می یابد. مقدار استحکام کششی نیز با 34% افزایش، بهبود یافته و درصد ازدیاد طولی در عبور چهارم به پایین ترین مقدار خود، یعنی 40% کاهش پیدا کرده است. مجموع تغییر شکل در بالک با جنس آلومینیوم 7075-T6 با فرآیند CGPشده با 99/9% بهبودی همراه بوده، لیکن مقدار تغییر شکل در بالک فولاد 4130، با 0/1% مجموع تغییر شکل نسبت به جنس آلومینیوم 7075-T6 کمتر است.
    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک، سازه های فضایی، پرسکاری شیاری، شبیه سازی، رفتار مکانیکی
  • وحید مومنی، محمدحسین علایی* صفحات 1199-1208
    فرآیند تزریق پودر فلز (MIM) جزء فرآیندهای نوین ساخت و تولید در شاخه متالورژی پودر است. این فرآیند قابلیت تولید قطعات کوچک فلزی با اشکال پیچیده در تیراژهای بالا را دارد که شامل چهار مرحله اختلاط، تزریق، چسب زدایی و تف جوشی بوده که خواص قطعه تولیدی متاثر از پارامترهای هر کدام از این مراحل است. در این تحقیق تاثیر پارامترهای فشار تزریق، دمای تزریق و قالب، فشار نگهداری، زمان نگهداری، سرعت تزریق و زمان خنک کاری روی چگالی، استحکام و سختی قطعه تولیدی MIM بررسی شده است. سپس با انجام طراحی آزمایش به روش پاسخ رویه سطح (RSM)، تعداد 50 نمونه به حالت های مختلف تزریق شده اند. در ادامه به منظور ارزیابی چگالی، استحکام کششی و سختی نمونه ها، فرآیند چسب زدایی و تف جوشی روی آنها انجام شده است. نتایج نشان دادند که فشار تزریق، دمای تزریق و دمای قالب به ترتیب بیشترین تاثیر را روی استحکام و چگالی قطعات MIM داشته و در سمت مقابل پارامترهای فشار نگهداری ماده مذاب، زمان نگهداری و زمان خنک کاری اثر ناچیزی دارند. همچنین مشاهده شد که میان این خواص، سختی کمتر از چگالی و استحکام تحت تاثیر پارامترهای تزریق است. در نهایت، بهینه ترین حالت برای تزریق نمونه ها از جنس فولاد کم آلیاژ 4605 با چگالی و استحکام بالا شامل فشار تزریق (133بار)، دمای تزریق (°C158)، دمای قالب (°C60)، فشار نگهداری (70بار)، زمان نگهداری (8ثانیه)، سرعت تزریق (112میلی متر بر دقیقه) و زمان خنک کاری (17ثانیه) است.
    کلیدواژگان: تزریق پودر فلز، پارامترهای تزریق، فولاد کم آلیاژ، خواص مکانیکی
  • امیرحسین بابایی، رضا آقایی طوق*، محمدحسن نوبختی، محمد جواد منتظری صفحات 1209-1220
    در توربین های گازی پرفشار، گاز داغ عبوری از استاتور، دارای دبی جرمی بالایی است و احتمال تغییرات حتی اندک در هندسه پره ها، تاثیر قابل توجهی بر میدان جریان پایین دست خواهد داشت. این تغییرات اندک را می توان در حد خوردگی قیاس کرد. اولین رخداد ناشی از این خوردگی، غیریکنواخت شدن جریان در فاصله محوری استاتور- روتور است. این جریان غیریکنواخت، به دلیل داشتن الگوی پیچیده ای از گردابه ها، از انتقال کامل انرژی سیال به روتور جلوگیری می کند و کارآیی توربین را به شدت کاهش می دهد. در پژوهش حاضر، یک توربین گاز پرفشار خاص، در معرض خطر خوردگی سریع فرض شده است. هدف اصلی، پیش بینی تغییرات هندسی ناشی از این نوع خوردگی است. در ابتدای کار، تحلیل عددی سه بعدی مدل اولیه توربین، با هدف مشاهده دقیق میدان جریان، انجام و نتایج حاصل با نتایج آزمایش های تجربی موجود اعتبارسنجی شد. سپس به منظور بررسی تاثیر خوردگی بر عملکرد توربین، تغییرات هندسی در پروفیل پره استاتور اعمال و توزیع جریان تحت تاثیر این تغییرات، به صورت سه بعدی تحلیل شد. نتایج نشان داد بیشترین خطر خوردگی در نقطه ای نزدیک لبه فرار پره استاتور است. به علت خوردگی، نسبت سطح بین ورودی و خروجی پره های استاتور، کمتر و موجب کاهش سرعت محوری می شود. اما همزمان با افزایش سطح خروجی کانال استاتور، میزان دبی جرمی گاز 7/31% افزایش می یابد. در این شرایط، عملکرد توربین از نقطه طراحی خارج می شود. الگوی جریان در ورود روتور پیچیده تر می شود و با جدایش جریان از روی پره روتور و ایجاد تغییرات شدید دما روی ناحیه جداشده، خوردگی به سرعت توسعه می یابد.
    کلیدواژگان: توربین پرفشار، خوردگی پره استاتور، تحلیل سه بعدی، عملکرد توربین
  • بهنام سنجری، مسعود ایرانمنش* صفحات 1221-1227
    بخش صنعت همواره به عنوان یکی از بزرگ ترین مصرف کننده های انرژی در هر کشور شناخته می شود که علاوه بر پرمصرف بودن این بخش، مقدار قابل توجهی از انرژی به دلیل استفاده ناکارآمد و تجهیزات قدیمی تلف می شود. به کارگیری سیستم های تولید همزمان قدرت و حرارت، همواره به عنوان یکی از بهترین راه حل ها برای کاهش مصرف و افزایش بهره وری انرژی مورد توجه قرار داشته است. در این مقاله به بررسی فنی و اقتصادی استفاده از سیستم های تولید همزمان قدرت و حرارت در تعدادی از صنایع پرمصرف منتخب با درنظرگرفتن رویکرد های مختلف پرداخته شده که براساس آنها ظرفیت الکتریکی سیستم طراحی شده است. در این بررسی پارامترهای مختلفی از جمله نوع محرک اولیه سیستم (توربین گاز یا موتور رفت و برگشتی)، نوع سوخت مصرفی (گاز طبیعی و گازوییل) و با درنظرگرفتن قیمت فروش تضمینی برق به شبکه سراسری در صنایع مختلف برای تامین نیاز الکتریکی و حرارتی پرداخته شده است. نهایتا پس از تعیین ظرفیت سیستم تولید همزمان برای کارخانه های منتخب، با استفاده از نرم افزار های MATLAB و Excel به صورت کوپل شده به بررسی شاخص های مهم اقتصادی استفاده از این سیستم ها در صنعت از جمله ارزش خالص فعلی، دوره بازگشت سرمایه (تنزیل نشده) و هزینه ترازشده برق پرداخته شده است. بررسی های انجام شده نشان داد که در تمام رویکرد ها، استفاده از موتور رفت و برگشتی به عنوان محرک اولیه با سوخت گاز طبیعی نتایج رضایت بخشی به دنبال دارد.
    کلیدواژگان: تولید همزمان قدرت و حرارت، نوع سوخت، محرک اولیه، تحلیل فنی و اقتصادی، فروش تضمینی برق
  • حامد غفاری راد*، سیدمهدی رضاعی، محمد زارعی نژاد صفحات 1229-1239
    عملگرهای خمشی پیزوالکتریک به طور گسترده ای در سال های اخیر مورد استفاده قرار گرفته است. به طور کلی، دو روش اصلی مدل سازی گسسته و پیوسته در تحقیقات پیشین برای این عملگرها پیشنهاد شده است. مدل سازی گسسته تنها می تواند ارتعاشات عرضی یک نقطه خاص روی عملگر را بیان نماید. به علاوه از اثر مودهای ارتعاشی فرکانس بالا در رفتار دینامیک صرف نظر می شود. بنابراین مدل های دینامیک پیوسته برای حل مشکلات مذکور ارایه شده است. در این نوع مدل سازی، معمولا از معادلات اساسی خطی معتبر در ولتاژهای کاری پایین استفاده می شود. اما چالش اصلی در مدل سازی دینامیک پیوسته این عملگرها، پدیده غیرخطی هیسترزیس ناشی از تحریک ولتاژ بالا است. در این مقاله، معادلات اساسی غیرخطی هیسترتیک پیزوالکتریک ارایه و معادلات دینامیک پیوسته برای دو نوع متداول عملگرهای عرضی بایمورف، سری و موازی استخراج شده است. به علاوه، تحلیل دینامیک صفر برای سیستم های غیرخطی برای نمایان نمودن اثر مودهای ارتعاشی بالاتر بر رفتار دینامیک عملگر براساس مکان نقطه کاری به کار گرفته شده است. نتایج تجربی حداکثر خطای 1.44 و 1.2% در شناسایی مود ارتعاشی اول و دوم در نقاط کاری مختلف و خطای 2.89% در مدل سازی رفتار غیرخطی عملگر با دو مود ارتعاشی را نشان می دهد. این نتایج کارآیی مدل دینامیک پیشنهادی را برای بیان رفتار غیرخطی عملگر، تحلیل رفتار و برتری آن بر مدل های مبتنی بر یک مود ارتعاشی را تایید می نماید.
    کلیدواژگان: عملگر خمشی پیزوالکتریک، معادلات اساسی هیسترتیک، مدل سازی و تحلیل دینامیک، دینامیک صفر
  • محمدعلی بدری، فریدون ثابت قدم* صفحات 1241-1252
    در این مقاله روش بازنهشتی جدیدی برای اعمال شرط مرزی جسم جامد به معادلات ناویر- استوکس در فرمول بندی تاوایی- تابع جریان ارایه شده است. در این روش، جسم جامد مانند ناحیه ای درون سیال در نظر گرفته می شود که در آن گذر زمان متوقف شده است و بدین ترتیب با توقف ذرات سیال، این ناحیه نقش جسم جامد صلب را بازی می کند. بدین منظور با استفاده از یک نگاشت، ضریب اتساع زمانی دلخواه به معادلات حاکم اعمال می شود و معادلات اصلاح شده ای به دست می آیند. سپس در معادلات اصلاح شده، ضریب اتساع زمانی ناحیه جامد به سمت بی نهایت میل داده می شود، در حالی که در ناحیه سیال، این ضریب واحد باقی می ماند. در مقاله ویژگی های فیزیکی و ریاضی، معادلات اصلاح شده بررسی شده و نحوه اعمال شرایط عدم لغزش و عدم نفوذ تشریح شده است. سپس الگوریتم عددی مناسبی برای حل معادلات اصلاح شده ارایه شده است. در الگوریتم ارایه شده، انتگرال گیری زمانی معادله اصلاح شده تاوایی با روش کرانک- نیکلسون و گسسته سازی مکانی، با دقت مرتبه دوم روی یک شبکه دکارتی یکنواخت صورت می پذیرد. روش برای حل عددی جریان، حول یک جسم مربعی درون یک کانال و جریان عمود بر یک صفحه تخت نازک و جریان حول استوانه دایروی استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که شرایط عدم لغزش و عدم نفوذ روی مرز مستور با دقت بسیار زیادی ارضا می شوند، در حالی که میدان جریان نیز با دقت بسیار زیادی بقایی باقی می ماند.
    کلیدواژگان: فرمول بندی تاوایی- تابع جریان تراکم ناپذیر لزج، اتساع زمانی، روش مرز مستور، توابع بازنهشتی، جریان حول استوانه دایروی
  • امین مسلمی پطرودی، خداداد واحدی*، محمدحسن کامیاب، محمدعلی مسلمی پطرودی صفحات 1253-1263
    نفوذ در اهداف سرامیک- آلومینیوم از اهمیت ویژه ای برای محققان صنایع دفاعی و غیردفاعی برخوردار است. در این پژوهش نفوذ یک پرتابه سرتخت با سرعت مشخص در زوایای مختلف صفر، 15 ،30 و 45درجه به صورت تجربی نیز مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. کار تجربی صورت گرفته در این تحقیق، با انجام 8 مرحله آزمایش در آزمایشگاه ضربه و بالستیک دانشگاه امام حسین(ع) انجام پذیرفت و طراحی آزمایشات به گونه ای صورت گرفت که بتوان از امکانات موجود در این آزمایشگاه استفاده نمود. نتایج نشان دادند که با افزایش زاویه تمایل عمق نفوذ در هدف سرامیک- آلومینیوم کاهش می یابد و در صورت افزایش زاویه تمایل، پرتابه به مرز کمانه کردن خواهد رسید. همچنین، در این پژوهش به کمک نرم افزار Ansys autodyn، شبیه سازی نفوذ یک پرتابه با سرعت 700متر بر ثانیه در اهداف دوگانه سرامیک- آلومینیوم به منظور مشخص کردن عمق نفوذ، بررسی و اثر کمانه کردن پرتابه انجام شده است. پرتابه، صلب فرض شده و از مدل ساختاری جانسون هالمکوئیست برای توصیف رفتار سرامیک، و مدل رفتار ماده جانسون کوک برای پرتابه و هدف استفاده شد. نفوذ پرتابه سرتخت به صفحات مایل سرامیکی سیلیکون کارباید و پشتیبانی شده با فلز آلومینیوم 3T-2024، شبیه سازی و مقادیر سرعت و جرم باقی مانده پرتابه در خروج از هدف ترکیبی مشخص شد. نتایج شبیه سازی انجام شده در این مطالعه با دقت و براساس شرایط فیزیکی مساله به دست آمد. با مقایسه نتایج، همخوانی مناسبی بین نتایج شبیه سازی عددی و یافته های تجربی مشاهده شد که نشان از اعتبار و دقت مفروضات شبیه سازی دارد.
    کلیدواژگان: سرامیک، نفوذ، زره سرامیک- آلومینیوم، پرتابه سرتخت، نرم افزار Ansys autodyn
  • محمدحسین قزل ایاغ، محمدعلی صمیمی، جمال زمانی* صفحات 1265-1274
    در این مقاله به بررسی یک شیر پنوماتیک سریع و سیستم اندازه گیری نوری ابداعی پرداخته شده که در لوله شوک بدون دیافراگم KNTU2 قرار گرفته است. این لوله شوک قادر است موج شوک مسطح در درایون خود را که نسبت طول به قطر آن 6/41 است، تولید کند. لوله شوک KNTU1 از نوع دیافراگمی بوده است که محدودیت هایی نظیر عدم قابلیت تکرار تولید موج شوک بدون بازکردن لوله، عدم قابلیت تنظیم نسبت فشار در یک بازه مشخص، عدم امکان خودکار کردن لوله شوک، دلیل طراحی لوله شوک های بدون دیافراگم است. در این مقاله یک مکانیزم ابداعی برای رسیدن به سرعت بالای شیر جایگزین دیافراگم، پیشنهاد شده که زمان بازشدن با توجه به محاسبات تئوری، 8میلی ثانیه و در تست های به عمل آمده با اختلاف قابل قبولی، 10میلی ثانیه است. قابلیت منحصربه فرد این شیر خودکار در مقایسه با شیرهای موجود، بازشدن آن از مرکز لوله به سمت گوشه ها مانند دیافراگم دوربین بوده که این بهترین حالت برای بازشدن شیر و یکنواختی موج حاصل است و بخشی از مدت زمان بازشدن شیر را جبران می نماید. همچنین هم راستایی درایور و درایون، از اغتشاش ناشی از تغییر مسیر یا چرخش گاز که در اغلب شیرها مشاهده می شود، جلوگیری می کند. این قابلیت ها به بهینه شدن لوله شوک کمک می کند. یکی دیگر از ابتکارات انجام گرفته در این مقاله، طراحی و ساخت یک سیستم نوری برای اندازه گیری سرعت و لحظه رسیدن موج شوک برای بررسی صفحه ای شدن آن با قابلیت جابه جایی در درایون است. این مقاله به مقایسه داده های تجربی و تئوری موج شوک تشکیل شده پرداخته است.
    کلیدواژگان: لوله شوک بدون دیافراگم، شیر بازشونده سریع، سیستم های اندازه گیری موج شوک
  • سعید فرساد، محمدعلی اردکانی، فواد فرحانی* صفحات 1275-1282
    در اندازه گیری جریان دوبعدی با جریان سنج سیم داغ، حساسیت سنسور به تغییر جهت جریان (حساسیت جهت یا پاسخ زاویه ای سنسور) از اهمیت خاصی برخوردار است. حساسیت جهت سنسور، رابطه بین بردار سرعت جریان و انتقال حرارت از سنسور است که در اندازه گیری دوبعدی توسط تابع و ضریب حساسیت یاو تعیین می شود. در برخی موارد، مقادیر ضریب حساسیت یاو K2 منفی بوده که دلایل مشخصی برای آن ارایه نشده است. در این مقاله دلایل پیدایش مقادیر منفی ضریب حساسیت یاو K2 سنسورهای بدون روکش جریان سنج سیم داغ در اندازه گیری دوبعدی به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. به این منظور، میدان سرعت جریان بین پایه های یک مدل پراب عمودی (SN) در سرعت ها و زوایای مختلف جریان بررسی شده است. نتایج نشان می دهند پایه های پراب در جریان اختلال هایی ایجاد می کنند که باعث کاهش سرعت و انحراف (چرخش) جریان در مجاورت پایه ها و سنسور می شود. در زوایای مختلف جریان (یاو) مقدار کاهش سرعت جریان تا 3% و مقدار انحراف زاویه یاو تا 3/6درجه متفاوت است. به نظر می رسد این پدیده بر میزان انتقال حرارت از سنسور و سرعت موثر به دست آمده از جریان سنج تاثیرگذار است و در نهایت منجر به ایجاد مقادیر منفی 2k می شود.
    کلیدواژگان: جریان سنج سیم داغ، اندازه گیری جریان دوبعدی، ضریب حساسیت یاو، مقادیر منفی، مدل پراب عمودی
  • امیرمحمد شامخی، امیرحسین شامخی* صفحات 1283-1295
    در این مقاله روشی بهبودیافته بلادرنگ و با دقت بالا در مدل سازی کنترل محور موتورهای احتراق داخلی، به نام نورو ام وی ام ارایه می شود. این مدل، ترکیبی از مدل های مقدار میانگین و شبکه های عصبی بوده و قادر است بر نواقص هر دو روش فایق آید. به بیان دیگر، با بهره گیری از مزایای هر دو روش این توسعه جعبه خاکستری دارای قابلیت اعتمادی بالاتر از یک شبکه عصبی جعبه سیاه صرف و همچنین دقتی بالاتر از روابط ریاضی (تقریبا) جعبه سفید مدل های مقدار میانگین خواهد بود. با بهبود این روش در مقاله حاضر مدل حاصله برای طراحی کنترلر مناسب خواهد بود. به واسطه استفاده از روش های پیشرفته تر طراحی (مانند ساختارهای گروهی، تقسیم بندی بهبودیافته و به خصوص ساده سازی وظیفه شبکه ها) شبکه های عصبی بادقت بالا و رگرسیون های شبه خطی حاصل می شود. چنانچه ملاحظه خواهد شد، مدل نهایی به دقت براساس داده های آزمایشگاهی- نرم افزاری صحه گذاری شده و قادر است خروجی های حالت ماندگار و گذرای موتور (مانند آلاینده های خروجی، فشار منیفولد، وقوع ضربه و دور موتور) را با دقت بالا و به صورت بلادرنگ پیش بینی کند. در پایان تاثیر ورودی های کنترلی موتور بر آلاینده ها و مصرف سوخت مورد مطالعه قرار می گیرد. موتور مورد بررسی در این پروهش، یک موتور بنزینی با پاشش راهگاهی است
    کلیدواژگان: موتورهای اشتعال جرقه ای، مدل سازی کنترل محور، مدل های مقدار میانگین، ساختار جعبه خاکستری، شبکه های عصبی مصنوعی
  • نعمت کرامت سیاوش، غلامحسن نجفی*، تیمور توکلی، برات قبادیان، اسمعیل محمودی صفحات 1297-1305
    در پژوهش حاضر عملکرد یک توربین بادی پوشش دار در مقایسه با توربین بادی معمول در تونل باد بررسی شده است. توربین های پوشش دار نوعی از توربین های بادی کوچک هستند که یک دیفیوزر در اطراف روتور قرار گرفته و باعث افزایش دبی جریان هوا از میان پره ها شده است و در نتیجه توان بیشتری را جذب می کنند. پره توربین از کامپوزیت رزین پلی استر با الیاف شیشه و به صورت توخالی ساخته شده است. پوشش مورد استفاده نیز به روش نورد نوارهای فولادی روی سطح شیب دار ساخته شده است تا بتواند شکل ظاهری قابل قبولی نیز داشته باشد. طبق طراحی BEM، توان توربین بدون پوشش با درنظرگرفتن 20% افت توان به علت اصطکاک، اینرسی و بازده ژنراتور، 300وات در سرعت باد 10متر بر ثانیه است که نتایج تونل باد، 165وات را در این سرعت نشان داد. ارزیابی سامانه در تونل باد نشان داد که توان تولیدی سامانه پوشش دار نسبت به توربین معمولی به طور متوسط 37% بیشتر است. بیشترین توان تولیدی توربین پوشش دار 286وات به دست آمد. سرعت روتور توربین پوشش دار به طور متوسط 61% بیشتر از توربین بدون پوشش بود که باعث بالارفتن نسبت سرعت نوک پره می شود.
    کلیدواژگان: توربین بادی، توربین بادی پوشش دار، ضریب تقویت کنندگی، حد بتز
  • محمد موسی زاده، کمال جهانی*، محمد عبدالهی صفحات 1307-1317
    هدف این مقاله شناسایی پارامترهای مدل پارامتریک اسپنسر برای یک دمپر مگنتورئولوژیک دوسرمتحرک با قطرهای مختلف پودر آهن-کربونیل معلق در سیال مگنتورئوژیک است. تاکنون در ادبیات فن، مطالعه ای روی شناسایی پارامترهای مدل اسپنسر برای ذرات کروی شکل آهن با قطرهای متفاوت در سیال مگنتورئولوژیک گزارش نشده است. بنابراین در این تحقیق ابتدا دو نوع سیال مگنتورئولوژیک با قطرهای مختلف پودر آهن- کربونیل در درصد حجمی یکسان متناسب با حجم دمپر ساخته می شود. سپس با به کارگیری یک دمپر مگنتورئولوژیکال دوسرمتحرک، آزمون های دینامیک با تحریک هارمونیک در جریان ها و فرکانس های مختلف انجام می شود. مدل پارامتری اسپنسر برای مدل سازی دمپر مورد بررسی و شناسایی پارامترها انتخاب می شود. ده پارامتر این مدل از طریق حلگر غیرخطی حداقل مربعات غیرخطی و استفاده از الگوریتم بهینه سازی درجه دوم متوالی برای جریان ها و فرکانس های مختلف در دو سیال مگنتورئولوژیک شناسایی می شوند. پارامترهایی از مدل که نسبت به افزایش جریان الکتریکی به صورت سیستماتیک و معنی دار تغییر می کنند، برای حالت های مختلف آزمون از طریق برازش منحنی به صورت چندجمله ای هایی از جریان استخراج می شوند. سپس با ترسیم منحنی های هیسترزیس تئوری و تجربی، در جریان ها، فرکانس ها و سیال های متفاوت سعی می شود که میزان توانایی مدل پارامتری اسپنسر در انطباق با منحنی های تجربی بررسی شود. مقایسه نتایج حاصل از مدل اسپنسر با پارامترهای شناسایی شده با منحنی های تجربی حاکی از آن است که این مدل در پیش بینی رابطه نیرو- سرعت انطباق مناسبی با منحنی های تجربی دارد، ولی برای نیرو- جابه جایی، در شناسایی اثر تاخیر نیرو و نقاط تیز منحنی ناموفق است.
    کلیدواژگان: سیال مگنتورئولوژیک دمپر مگنتورئولوژیکال دو سرمتحرک اندازه ذرات پودر آهن شناسایی پارامتر مدل پارامتری اسپنسر
|
  • H.R. Talesh Bahrami, H. Parhizkar*, S. Ghasemlooy Pages 1049-1059
    one of the key issues in the design of high-speed modern devices such as giant aircraft and high-speed trains. In this regard, it is to design these devices in such a way to have at least aerodynamic noise. The cylinder, as a bluff body, is widely used in the design of various devices, such as a landing gear. Therefore, the reduction of cylinder noise can be widely used. In the present study, numerical solution is used to present a method for reducing the noise generated by flow on the cylinder. This is done by flow suction from the grooves the cylinder. Acoustic numerical calculations were performed, using LightHill's acoustic analog approach in the form of wave equations of Ffowcs-Williams & Hawkings model. The numerical solution is performed in the three-dimensional unsteady form, using the large eddy simulation turbulence model. The characteristics of the grooves, such as their dimensions and distance the generated acoustic noise have been studied. The results show that the active control method presented in this paper is an effective and yet simple way to control noise. The cylinder used in the present study produces a noise of about 110 dB at a speed of 250 km/h. According to the results, it can be said that by optimally arranging the number of slots and creating a proper flow suction, its sound level can be reduced to about 60 dB.
    Keywords: Aeroacoustic Simulation_Fowcs-Williams & Hawkings Model_Large Eddy Simulation_Sound Pressure Level_Active Noise Control
  • E. Davarpanah, A.R. Teymourtash* Pages 1061-1073
    Applying numerical methods for predicting cake formation and development in cross-flow membrane filtration has been an area of research. The solutions, which are mainly based on the development of zero, one, or two-dimensional methods for estimating filtration parameters, have always suffered from an obvious need for some calibration steps. In this paper, an independent two-way solving method is presented to determine the time variation of the geometry of the cross-flow filtration cake, so that by simultaneously solving the flow through the lattice Boltzmann (LB), it is possible to solve the convection-diffusion equation, using another mesoscopic method (LB-CA) in a two way coupling manner between flow changes and cake growth. Applying LB-CA provides it for all kinds of internal and external forces effects on particles trajectories to be explicitly taken into account. The proposed model was validated against both of theory of Romero and Davis and some experimental results. Moreover, the model was used to determine external effects which are arisen from static imposition of a DC electric field, on cross-flow filtration outcomes. The calculated results exhibits considerable improvements in flux decline curve and removing of fouling in some areas along the membrane length, as DC voltage rises. Also, optimal conditions with considering the electric poles’ size as an optimization parameter shows that with considering the maximum improvement in the flux curve as the target parameter, the electric poles’ size has an optimal value.
    Keywords: Cross-flow Filtration, Cake Formation, Lattice Boltzmann, LB-CA, DC Electric Filed
  • M. Zahedzadeh, F. Ommi * Pages 1075-1084
    Fuel-air mixing is one of the challenging issues in supersonic velocities that is mostly used in scramjet engine combustors. Sufficient mixing between the supersonic airstream and the fuel jet is critical for designing of scramjet engines, and this is due to the very short residence timescale for the mixture in supersonic flows. Various studies and investigations have been conducted on enhancing the fuel-air mixture. One way to improve fuel-air mixture is to employ step before the injection point, so a low-speed recirculation zone is created before the injection point and causes to improve fuel-air mixture. Employing step causes to increase stagnation pressure loss and we should compromise between mixing efficiency and stagnation pressure loss. In this paper, the effects of step on Gaseous sonic transverse injection in supersonic crossflow are investigated numerically. Two-dimensional Reynolds Averaged Navier-Stokes equations and k-ω sst turbulence model and the perfect gas equation have been solved, using Fluent software. The results of the numerical solution are compared and validated with available experimental data. Numerical results showed good agreement with the experimental values. Then, the effects of varying step heights and distance of step from injection point on Mach disc height and stagnation pressure loss are considered numerically.
    Keywords: Scramjet, Transverse Injection, Pressure Ratio, Shock Wave, Numerical Simulation
  • GH. Abbasnejad, M. Tale, Masouleh* Pages 1085-1093
    Because of the fact that cable-driven parallel robot ​possess limited moment resisting/exerting capabilities and relatively small orientation workspaces, in this paper, a method for determination of optimal configuration of reconfigurable cable-driven parallel robots is presented to improve their performance. In such robots, actuators can move the cable attachment points on the base with respect to the motion of the end-effector in its trajectory. In the determined configuration, any external wrench on the end-effector can be balanced, using cable forces for all poses near to a pose of the robot. The largest wrench-closure circular zone centered at an arbitrary point of a trajectory for a given range of orientation around a reference orientation of the end-effector is computed. Taking the area of such zone into account and with the aim of enlarging them, the optimal configuration of the robot is determined. The optimal configuration is found by appropriately changing the position of the moving attachment points on the base of the robots. By applying this procedure on a number of points on a given trajectory iteratively, proper actuation schemes are obtained. In this paper, this method is utilized for reconfigurable planar cable-driven parallel robots and the quality of their actuation schemes is compared with the robots with fixed cable attachment points on
    Keywords: Parallel Robot, Cable-Driven, Planar, Trajectory, Wrench-Closure
  • N. Hajilary*, M. Rezakazemi Pages 1095-1101
    The combustion system used by the Hoffman furnaces for brick factories has a very low efficiency. In the current paper, the performance of the combustion system of Hoffman furnaces of Kolet Pottery Brick Co has improved, using computational fluid dynamics (CFD) by making changes to the Hoffman furnace torch, including the converging the torch head, inserting the spring in the pipe to create the swirl flow, shortening the nozzle length for the better mixing of the fuel and air, and more. The changes were simulated in each step with the FLUENT simulation software. Based on the theoretical results and simulation, optimized torch was made and a field test was carried out on it in a brick factory and the gases from their combustion were analyzed. As a result of these reforms, the combustion efficiency of the Hoffman furnaces has increased from 27% to 47 %, and consumption of fuel oil has decreased by a third. Also, the CO value of 16854 ppm in the old torch was reduced to 298 ppm in the optimized torch and the NO value ranged from 49 to 18 ppm as a result of optimizations.
    Keywords: Brick Factory, Hoffman Furnace, Burner, Energy Consumption, Swirl Flow
  • S.R. Kazemi Mazandarani, M. Farzaneh, Gord*, M.M. Shahmardan Pages 1103-1114
    Prior to entering to the throttling valve of the City Gate Stations (CGS), high-pressure natural gas flow in pipelines is transmitted through Water Bath Indirect Heaters (WBIH), which is increasing its temperature to compensate for the temperature drop caused by the Joule-Thomson effect and preventing the occurrence of the hydration phenomenon, gas freezing, and subsequent blockage of the gas flow path. Because of feeding of processed gas of the network on a large scale, optimizing the WBIHs has a lot of significance. In the present study, each WBIH is simulated by a type of thermodynamic machine, consisting of two distinct thermal systems. According to the problem geometry and governing equations, the thermodynamic analysis of these two systems results in the formulation of a relationship between their thermal efficiencies together and the definition of a parameter was defined as the Thermodynamic Similarity Coefficient (TSC). Then, the results showed that always, a constant logarithmic relationship exists between of the Number of Heat Transfer Units (NTU) values difference of the fire tube and heat coil of the WBIHs with their TSC as well as a constant power relationship between their NTU values ratio with this coefficient too. Finally, by solving the equation system obtained from these two relations, it was possible to determine the optimal values of NTU for the fire tube and heat coil as functions of TSC of the WBIH and to achieve the relationship between their optimum geometric dimensions together in the most ideal heat transfer state with a maximum relative error of about 13%.
    Keywords: Optimization, Simulation, Thermal Efficiency, Exergy Efficiency, Entropy Generation
  • H. Alisadeghi*, H. Safipour, H. Rezaiefard Pages 1115-1125
    An airfoil that is heaving and pitching simultaneously may extract energy from an oncoming flow, acting as a turbine. The extracting energy from a flow is possible if the effective parameter in performance of turbine is selected properly. In this study, the theoretical performance of an oscillating twin-wing wind generator is investigated through unsteady two-dimensional laminar-flow simulations, using the commercial computational fluid dynamics code FLUENT. Computations By examining various geometric, motor, and slippery parameters and investigating the effect of each of these parameters, we present a mapping of power-extraction efficiency in the frequency and pitching amplitude domain for a NACA 0015 airfoil at a Reynolds number of 41000. Results of a parametric study show that motion-related parameters such as heaving amplitude and frequency have a strong effect on airfoil performances, whereas geometry parameters turn out to play a secondary role. A power extraction efficiency of 49% is reached by twin-wing parallel configuration. This configuration improve the efficiency by around 7% as compared to the single foil configuration.
    Keywords: Oscillating Airfoil, Pitching Motion, Heaving Motion, Power Extraction Regime, Twin-Wing Wind Generator
  • V. Sadri, H. Soltani* Pages 1127-1134
    In this research, taking into account the pressure drop of the streams, a simple and useful method is presented for finding the proper path of hot and cold streams inside shell-tube heat exchangers in the synthesis of heat exchangers networks (HENs). Generally, the HENs synthesis by mathematical programming leads to the problems which are answered by Mixed Integer Non Linear Programming (MINLP) methods. Optimization of such formulations results convergence difficulties due to the existence of both continuous and integer variables. In this study, instead of solving simultaneously integer and continuous variables, the genetic algorithm was used to find optimal HEN structure (integer variables). To find optimal values for continuous variables of the network, by categorizing this type of variables into two groups and using Quasi Linear Programming (QLP) instead of the nonlinear programming model (NLP), the complexity of the NLP model solution is also greatly reduced. The optimal values of continuous and integer variables are obtained with respect to a common objective function that reaches the minimum annual cost of the HEN. The comparison of the proposed method with the references shows that this method has the ability to reduce the cost of pumping flows to about 0.76%.
    Keywords: Shell-Tube Heat Exchanger Network Synthesis, Pressure Drop, Genetic Algorithm, Quasi-Linear Programming (QLP), Optimized Streams Path within Exchangers
  • I. Rafati, A. Abouei Mehrizi* Pages 1135-1143
    Orthopedic implants are one of the most reliable methods for bone injuries treatment. An important issue, which must be considered in the design of orthopedic implants, is that the Young's modulus of implants should be near to the host bone to prevent complications such as stress shielding. Porous implants are considered as one of the new and effective methods for this issue and recent technologies such as metal 3D printing made it possible to manufacture different porous structures with various geometries, which could be used to reach the goal. Porous geometries are used to approaching the elastic modulus of implantation with a porous structure to the bone. Mechanical properties of Diamond porous structure have been investigated in this study and an equation for obtaining the modulus of elasticity is presented in terms of the geometric parameters of this structure. Based on the results, the error between finite element analysis and experimental data is between 3.64% and 18.51% and it has been shown that the Young's modulus obtained from finite element method is more in line with the existing experimental data than the analytical results; by the increase of relative density, the error would be decreased. Furthermore, in the relative density between 0.06 and 0.16, the Young's modulus of titanium Diamond structure would be the same as bone Young’s modulus, which is an effective feature in design of orthopedic implants.
    Keywords: Young's Modulus, Finite Element Method, Implant, Diamond Porous Structure
  • D. Mokhtari, M. Hojaji*, M. Afrand Pages 1145-1154
    In this study, the effect of a cylindrical protuberance on the thrust vector of a supersonic jet was investigated as a new method in thrust vector control. For this purpose, a convergent-divergent nozzle was designed and constructed. This nozzle is such that the Mach number is its nominal output in full expansion conditions 2. The wall of the nozzle is equipped with pressurized holes to measure pressure variations. Also, there is a duct wall in the nozzle wall to apply a protuberance inside the nozzle. Pressure sensors for pressure measurement and also the schlieren system are used to check the outlet flow field. The total pressure of the compartment is constant at all tests and is 5.7bar. The results of this study show that the depth of penetration of the protuberance in the flow field has a significant effect on the amount of deviation and even the direction of the deviation of the jet stream exited from the convergent-divergent nozzle. The maximum jet outlet flow from the nozzle is 5.7degrees, which occurred at a rate of H/D*=0/4. In addition, these results indicate that with the increase in bulge penetration within the nozzle, the nozzle axial thrust has slightly decreased.
    Keywords: Thrust vector, ControlC-D, nozzlesupersonic, flowprotuberanceexperimental, aerodynamics
  • V. Mohammad, Zadeh Eivaghi, M. Aliyari Shooredeli* Pages 1155-1165
    An alarm threshold plays an important role in an industrial fault detection system and directly contributes the False Alarm Rate (FAR) and Missed Alarm Rate (MAR). A crucial consideration for designing a threshold is estimating the Probability Density Function (PDF) of both normal and abnormal based on samples. The existence of measurement error in samples will be the contributors to an inaccurate estimation, following that, the alarm threshold will also be inaccurate. Therefore, grasping and recognizing measurement errors is highly important; in this paper, this problem will be investigated. For this purpose, firstly, a mathematical closed-form of statistical parameters will be estimated, and, then, based on error propagation rule, the computation error estimated parameters will be explored. It is assumed the high limit and low limit values of the measurement error are known or computable. Secondly, an approach is introduced to design a varying alarm threshold adapting to the current value of measurement based on . The proposed method is confirmed via a Monte Carlo simulation and it is finally applied to an industrial benchmark, Gas Turbine V94.2, experiencing fouling fault.
    Keywords: Optimal Adaptive Threshold, Delay Timer, Gas Turbine V94.2, Measurement Error, Monte Carlo Simulation
  • S. Jamshidifard, M. Shirvani*, N. Kasiri Bidhendi, S. Movahedirad Pages 1167-1176
    In this paper, black powder of the separation from air flow by a helical one-channel dust concentrator have been experimentally studied and the efficiency and pressure drop have been investigated by Computational fluid dynamics (CFD) simulations in different operating conditions. Experimental set-up is a helical one-channel including 29 branches for exporting diluted stream out. It also has two suction devices at the ends of channels in order to provide testing in high inlet flow. Black powder particles with certain particle size distribution have been tested, whose average particle size has been determined 0.327 µm by DLS and SEM images processing. CFD simulation of helical one-channel dust concentrator for air-black powder separation has been done with FLUENT software. The Realizable k-ε turbulent model, as an optimal turbulence model in terms of accuracy and speed in simulation, has been used. According to evaluation of the results, the experimental results have been compared and it showed 5.2% error. To investigate the effect of operating condition, the various air flow rate and solids mass fractions were investigated and the results showed that the simulation efficiency has increased more than 4.1% by increasing 58% of the inlet volumetric flow rate. The separation efficiency had no change by increasing the solid mass fraction from 7% up to 20%.
    Keywords: Helical Dust-concentrator, Simulation, Separation Efficiency, Pressure Drop
  • F. Hamedi, H. Moqtaderi* Pages 1177-1186
    Heat transfer phenomenon and location prediction as well as disc-type transformer windings have attracted many researches in recent years. The motivation is based on noticeable effects of these issues on transformers endurance, reliability, and functionality. This paper focuses on developing a sufficiently accurate CFD model to carry out studies and address some guidelines for disc-type transformer windings with zigzag cooling path with a reasonable resource . The discs composed from copper wires and paper insulators wrapped around them. Accounting for this inhomogeneity by zone distinction in CFD model results in many computational subdomains in very small size, which makes model development and mesh generation difficult and also computational costs, very high. In this paper, using definition functions, a method is introduced that for different material properties with no need to resolve solution subdomains. dependency of thermo-physical properties such as conductivity, , and density have been taken care of. Results show that using , model development, and also solution time noticeably reduced without any considerable in numerical results. Furthermore, using Ansys Workbench capabilities for , i.e. geometry reconstruction and mesh generation, effects of several parameters on transformer cooling condition have been investigated. Finally, some guidelines for such transformers design have been addressed.
    Keywords: Transformer, Hotspot Temperature, Zigzag Cooling Path
  • Sh. Heidari, Y. Bakhshan, J. Khorshidi Mal Ahmadi, A. Afsari* Pages 1187-1197
    One of the new approaches to produce nanoscale metals with ultera fine grains is applying severe plastic deformation on initial sample with coarse grains. In this method, by applying intense strain to the sample in several steps, the size of the grain decreases to a nanoscale, which results in the improvement of the mechanical and physical properties of the metals. One of the most important methods for this purpose is the constrained groove pressing (CGP) method. Due to the need for a small weight of space structures, sheets of aluminum alloys, aluminum7075-T6, and steel 4130 were selected. The mechanical behavior of the sheets was studied experimentally. The simulation of the interaction between the fluid and the structure was performed for a curved fin model with three different alloys and the deformation of the flying rocket was compared. The results show that the size of the aluminum7075-T6 block decreases from 60 microns to 270 nm with increasing the stages of the process, while the yield strength in the fourth pass increases compared to the annealed sample by 38%. The tensile strength increased by 34%, and the length elongation in the fourth passes reduced by 40%. The total deformation in the fin of the aluminum 7075-T6 improved to 99.9% with the CGP process. However, the amount of deformation in the steel 4130 fin compared to the CGPed aluminum7075-T6 is less than 0.1% of the total deformation.
    Keywords: Plastic Deformation, Constrained Groove Pressing, Simulation, Mechanical Behavior
  • V. Momeni, M.H. Alaei* Pages 1199-1208
    Metal injection molding (MIM) is a novel process classified in powder metallurgy. This process can produce complex metallic parts with high rate of production and consists of four stages, including mixing, injection, debinding, and sintering, where the properties of the final part highly depends on the parameters of each of these stages. In this study, the parameters of injection pressure, injection and mold temperature, holding pressure, holding time, injection speed, and cooling time on the density, strength, and hardness of the final MIM compact have been investigated. By the design of experiments and response surface methodology (RSM) method, 50 samples have been injected using different parameters. In order to measure the density, tensile strength, ad hardness of the samples, the debinding and sintering procedures have been done on the injected samples. The results show that the injection pressure, injection temperature, and mold temperature have the highest effect on the strength and density of the final part, respectively, and on the other hand, holding pressure, holding time, and cooling time have a negligible effect. Within the measured properties, density and strength are more affected by the injection parameters compared to hardness. Finally, the optimum injection parameters for samples made of 4605 low alloy steel include injection pressure of 133 bar, injection temperature of 158, mold temperature of 60, the holding pressure of 70 bar, holding time of 8 second, injection speed of 112 mm/min, and cooling cycle of 17 second.
    Keywords: Metal Injection Molding, Injection Parameters, Low Alloy Steel, Mechanical Properties
  • A.H. Babaei, R. Aghaei Togh*, M.H. Nobakhti, M.J. Montazeri Pages 1209-1220
    In the high-pressure gas-turbines, with hot-flowing gas through the stator channels with a high mass-flow rate, even slight variation in the blade geometry will have significant effects on the downstream flow-field. These minor changes can be compared to corrosion rates. The first occurrence of this corrosion is the non-uniformity of flow in the stator-rotor axial distance. This non-uniform flow, due to the complex pattern of vortices, prevents the complete transfer of fluid energy to the rotor and greatly reduces the turbine performance. In this research, a high-pressure turbine is considered to be at high risk of corrosion. The main goal is to predict these variations due to corrosion. Firstly, a 3D numerical analysis of the turbine initial model was conducted to accurately observe the flow field and the results were validated by the existing experimental results. Then, in order to investigate the effects of corrosion on the turbin performance, the blades geometrical changes were applied in stator blade profile and the flow distribution was analyzed. Results show that the highest corrosion risk is at the trailing-edge of the blades. Due to reduction in the stator inlet-outlet area ratio, the axial-velocity is reduced. But simultaneously, with increasing the stator channels outlet area, the mass-flow rate is increased by 7.31%. Therefore, the turbine undergoes to an off-design condition. The flow pattern will be more complicated in the rotor's entrance, and corrosion will develop rapidly due to temperature rise as the flow separates from the rotor blades.
    Keywords: High-Pressure Turbine, Stator Blade Corrosion, Three-Dimensional Analysis, Turbine Performance
  • B. Sanjari, M. Iranmanesh* Pages 1221-1227
    Industrial sector is always recognized as one of the largest energy consumers in each country. Besides the high energy consumption of industrial sector, a significant amount of energy is lost due to inefficient use and old machines. Combined heat and power (CHP) systems have always been considered as an efficient system to reduce energy consumption and increase productivity in the industry. The aim of this paper is techno-economic analysis of application of CHP systems in a few samples of different types of almost high energy consumer industries, considering the different approaches, on which the electrical capacity of the system is designed. In this study, a combination of various parameters such as different types of prime movers (gas turbine or reciprocating engine), different types of fuel (natural gas and diesel fuel), and guaranteed selling of generated electric power (GSGEP) in different industries are considered. Finally, after determining the capacity of the simultaneous production system for the selected factories, some important economic indicators like net present value (NPV), simple payback periods (SPB), and levelized cost of electricity (LCOE) were considered by two coupled software, MATLAB and Excel. The results showed that in all scenarios, the use of reciprocating engine as the prime mover and natural gas as its fuel is the best choice to satisfy the techno-economical goals.
    Keywords: CHP System, Fuel Type, Prime Mover, Techno-economic Analysis, Guaranteed Selling of Generated Electric Power
  • H. Ghafarirad*, S.M. Rezaei, M. Zareinejad Pages 1229-1239
    Piezoelectric bending actuators have been extensively utilized in recent years. Two major modeling methods, lumped and continuous, have been generally proposed in previous researches for these actuators. The lumped method can only express the transverse vibration of one specified point on the actuator. In addition, the effect of higher vibrational modes has been ignored. Hence, continuous dynamic models have been proposed to rectify the mentioned drawbacks. In this method, linear constitutive equations for low voltage applications are usually applied. But, the main challenge in continuous modeling of piezoelectric actuators is the hysteresis nonlinear phenomenon caused by excitation voltages. In this paper, piezoelectric nonlinear constitutive equations have been employed to carry out the continuous dynamic model for two general types of bending actuators i.e. Series and Parallel. In addition, zero dynamic analysis for nonlinear systems has been applied to clarify the effect of higher vibrational modes the actuator dynamic behavior based on the location of Experimental results show the maximum error 1.44 and 1.2% in the identification of first and second modes, respectively, and the maximum error 2.89% in the modeling of actuator nonlinear behavior by two modes. These results validate the efficiency of the proposed dynamic model to express the actuator nonlinear behavior, dynamic analysis, and its superiority over conventional models with one mode.
    Keywords: Piezoelectric Bending Actuator, Hysteretic Constitutive Equations, Dynamic Modeling, Analysis, Zero Dynamics
  • M.A. Badri, F. Sabetghadam* Pages 1241-1252
    In the present paper, a new penalization method is proposed for implementation of the rigid surfaces on the Navier-Stokes equations in the vorticity-stream function formulation. In this method, a rigid body is considered as a region in the fluid flow, where the time is stopped. Therefore, by stopping the fluid particles, this region plays the role of a rigid body. In this regard, a new transformation is introduced and applied to the governing equations and a set of modified equations are obtained. Then, in the modified equations, the time dilation of the solid region is approached to infinity, while the time dilation of the fluid region remains In the article, the physical and mathematical properties of modified equations are investigated and satisfaction of the no-slip and no-penetration conditions are justified. Then, a suitable numerical algorithm is presented for solving the modified equations. In the proposed algorithm, the modified equation is time integrated via the Crank–Nicolson method, and the spatial discretization with the second-order finite differencing on a uniform Cartesian grid. The method is applied to the fluid flow around a square obstacle placed in a channel, the sudden flow perpendicular to a thin flat plate, and the flow around a circular cylinder. The results show that the no-slip and no-penetration conditions are satisfied accurately, while the flow fields are also high level of accuracy.
    Keywords: Incompressible Viscous Vorticity-Stream Function Formulation, Time Dilation, Immersed Interface Method, Penalization Functions, Flow around Circular Cylinder
  • A. Moslemi Petrudi, Kh. Vahedi*, M.H. Kamyab, M.A. Moslemi Petrudi Pages 1253-1263
    Penetration into ceramic-aluminum targets is of prime importance for researchers in defense and non-defense industries. In this study, the effect of a blunt projectile having a specified speed and penetrating into a ceramic-aluminum target at angles of 0, 15, 30, and 45 degrees is investigated. In this research, 8 experiments were carried out at Ballistic Laboratory of Imam Hossein University and the design of the experiments was carried out in such a way that the facilities of the laboratory could be used. The results of the study showed that by increasing the angle of obliquity, is decreased substantially in ceramic-aluminum target, and when the angle of obliquity is increased beyond a certain limit, will ricochet. Also, in this study, numerical investigation was performed, using Autodyne software. In this numerical simulation, the impact of the blunt projectile at 700 m/s on ceramic-aluminum target was carried out to determine the penetration depth into the given target. The blunt projectile penetration was simulated with oblique carbide plates supplemented with aluminum 2024-T3 and the residual velocity and mass values of the projectile were determined at the exit of the combined target. The projectile was assumed to be rigid and the Johnson–Holmquist structural model was used to describe ceramic behavior and Johnson-Cook material model was used for projectile and target. The results of the experiments and numerical simulation were compared and there was a good agreement between these two modes of investigations, indicating the validity and accuracy of simulation assumptions.
    Keywords: Ceramics, Penetration, Armor Ceramic-Aluminum, Blunt Projectile, Autodyn Software
  • M.H. Ghezelayagh, M.A. Samimi, Jamal Zamani* Pages 1265-1274
    This paper investigates a kind of KNTU1 non-diaphragm shock tube equipped with an innovative design valve within a driven tube. The shock tube is capable of generating a flat shock wave in its driven tube with a length to diameter ratio of 41/6. The KNTU1 shock tube is -type and some limitations of this kind of shock tube such as the lack of without disassembling, the inability to adjust pressure ratio at a specified interval, and the inability to automate the shock tube caused a development on an automated shock tube. In this study, an innovative mechanism to achieve high-speed opening valve with an opening time of 8ms and 10ms is proposed. The unique feature of this automatic valve, compared with existing valves, is its opening from the center to the sides, such as the camera aperture. This is the best way to open the valve and smooth the wave and compensates for a part of the opening time of the valve. Also, the alignment of the driver and the drain prevents disturbances caused by the redirection or rotation of the gas seen in most valves. These help optimize the shock tube. Another initiative in this paper is the design and construction of an optical system to measure the speed and the moment of shock wave arrival to check the shape surface of the shock wave. This system has the ability to move in driven. This paper has been compiled to compare theoretical and experimental data of shock wave.
    Keywords: Non-Diaphragm shock tube, Rapid opening valve, Shock wave measurement systems
  • S. Farsad, M.A. Ardekani, Foad Farhani* Pages 1275-1282
    In two-dimensional measurements using hot wire anemometer, the sensitivity of the sensor to change the flow direction of direction or of of particular importance. flow velocity vector and heat transfer from the hot wire sensor is determined, using the Yaw sensitivity function and its coefficient. In some cases, negative values of Yaw sensitivity coefficient  are encountered, for which no specific reason has been presented. In this paper, reason of negative values of  for un-plated sensors of hot wire anemometer in two-dimensional measurements have been investigated experimentally. For this purpose, flow velocity field between the prongs of a model of a normal probe (SN) at different velocities and Yaw angles have been studied. Results show that the probe’s prongs produce flow disturbances, which cause a reduction in flow velocity and the deviation (rotation) of the flow adjacent to the prongs and the sensor. At different Yaw angles, the maximum reduction in flow velocity amounts to 3% and the deviation of flow direction has a maximum of 6.3°. It is supposed that this phenomenon affects the amount of heat transfer from the sensor and the effective velocity obtained by the hot wire anemometer, which eventually produces the reported negative  values.
    Keywords: Hot wire anemometer, Two-dimensional measurement, Yaw sensitivity coefficient, Negative values, SN probe model
  • A.M. Shamekhi, A.H. Shamekhi* Pages 1283-1295
    In this paper, an improved, real-time, highly accurate control-oriented style, named Neuro Mean Value Modeling, is presented for IC engine modeling. This model is a combination of neural networks and mean value model, and is able to overcome the shortcomings of both styles. In other words, taking advantage of both methods, this -box extension will be of more reliability than a mere black-box neural network, and also of more accuracy than roughly white-box mathematical relations of In this paper, the model is modified to become suitable for designing an engine controller. Thanks to the sophisticated methods applied (such as committee method, improved partitioning, and especially, simplifying neural networks’ tasks), neural networks of high accuracy with line-like regressions will be achieved. As will be seen, the model is precisely validated - and it is capable of accurately predicting the engine’s outputs (such as pollutant emissions, manifold pressure, knock probability, and engine speed) all in real time. In the end, the effect of engine control inputs on pollutant emissions and fuel consumption will be examined. The engine employed to establish the model is a ported fuel injection SI engine.
    Keywords: Spark-ignition Engines, Control-oriented Modeling, Mean Value Models, Grey-box structure, Artificial Neural Networks
  • N. Keramat Siavash, Gh.H. Najafi*, T. Tavakoli, B. Ghobadian, E. Mahmoodi Pages 1297-1305
    In this study, the performance of a wind turbine is compared with a bare one using wind tunnel results. wind turbines, which consist of a diffuser surrounding the rotor. The duct makes more air flow in rotor plain and as a result augments power production. The blade was fabricated, using armed by glass fiber. Duct is formed sheet metal rolling in slope to have an acceptable appearance. According to BEM design, predicted power the bare turbine is 300W in wind velocity 10 m/s considering due to bearing resistant, rotor inertia, and generator efficiency. Wind tunnel investigation revealed 165W for The evaluation of the system in the wind tunnel showed that the power augmentation of the system compared to the bare one was 37% higher on average. The maximum power augmentation of the turbine was 286W. The rotor 61% more than the bare turbine, which increased the speed of the tip of the blade.
    Keywords: Wind Turbine, Shrouded Wind Turbine, Power Augmentation Ratio, Betz Limit
  • M. Mousazadeh, K. Jahani*, M. Abdollahi Pages 1307-1317
    The aim of this paper is identifying the parameters of for a double-ended magnetorheological damper with different sizes of iron- powders suspended in magnetorheological fluid. There is not any published work in literature about identification of parameters of spherical iron particles with different particle diameters in magnetorheological fluids. Hence, in at first, two different magnetorheological fluids with different diameters of iron particle and same volume percentage are prepared. Then, using a double-ended magnetorheological damper, dynamic displacement tests with harmonic excitation in different frequencies and using different electric currents are conducted. The parametric Spencer model is selected for modeling the damper and identifying its parameters. 10 parameters of this model are identified, using nonlinear least square solver and implementing for damper, using two different magnetorheological fluids in different frequencies and different electric currents. The appropriate polynomials are extracted for parameters that have systematic trends with increasing electric current. experimental hysteresis curves in different electric currents, excitation frequencies and different fluids, it is to assess the capability of Spencer model in regenerating the experimental counterparts. The comparisons of the hysteresis curves obtained from with identified parameters by the experimentally achieved counterparts show that this model has adequate compatibility with experiments in predicting force-velocity hysteresis curves. However, the implemented model has not enough success in predicting the force-displacement hysteresis curves, especially in sharp ends of the curves and force delaying regions.
    Keywords: Magnetorheological Fluid, Magnetorheological Double-Ended Damper, Iron Particle Size, Parameter Identification, Spencer Parametric Model