فهرست مطالب

مهندسی مکانیک شریف - سال سی و دوم شماره 2 (پاییز و زمستان 1395)

مجله مهندسی مکانیک شریف
سال سی و دوم شماره 2 (پاییز و زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/11/10
  • تعداد عناوین: 14
|
  • مقاله پژوهشی
  • سعید همایون بورا، مرتضی دردل*، محمدهادی پاشایی صفحات 3-11

    به مدل سازی و بررسی فلاتر (اهتزاز) و رفتارهای غیرخطی در لوله ی حامل سیال در حالت سه بعدی پرداخته خواهد شد. معادلات حاکم بر سیستم، با فرض یک میدان جابه جایی مناسب به صورت غیرخطی و با استفاده از اصل لاگرانژ استخراج شده است. این امر نیاز به مدل سازی پیچیده را، با توجه به مطالب ذکر شده در مطالعات پیشین، از بین می برد. با توجه به حرکت سه بعدی لوله، جابه جایی ها به صورت دو خمش و یک حرکت درون صفحه یی مدل سازی شده اند. معادلات دیفرانسیل مشتقات جزئی حاکم با استفاده از روش رایلی ریتز به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل، و با استفاده از پارامترهای مناسب بی بعدسازی شده است. سپس معادلات غیرخطی به روش عددی حل شده و رفتارهای ارتعاشی آن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده، و مقایسه ی آن با نتایج ارائه شده در منابع، حاکی از دقت روش مدل سازی ارائه شده با توجه به میدان جابه جایی مفروض است.

    کلیدواژگان: مدل سازی لوله، فلاتر (اهتزاز)، لوله ی حامل سیال، تحلیل سه بعدی، ارتعاشات غیرخطی
  • مهدی طالعی*، صمد جعفرمدار، شهرام خلیل آریا، مهدی منصوری صفحات 13-19

    در کار حاضر از یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی \پانویس{c o m p u t a t i o n a l f l u i d d y n a m i c (C F D)} به منظور تجزیه و تحلیل عملکرد موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن)H C C I(\پانویس{h o m o g e n e o u s c h a r g e c o m p r e s s i o n i g n i t i o n (H C C I)} استفاده شده است.
    در راستای اعتباربخشی این مدل، از نتایج تجربی حاصل از موتور نمونه ی D u t e z با سوخت متان و تزریق سوخت ثانویه ی دیزل به داخل سیلندر در $270^0{\r m{C A D}}$ استفاده شده است. بررسی ها نشان می دهد که تطبیق قابل قبولی بین مدل و نتایج تجربی وجود دارد. نتایج تحقیقات حاکی از آن است که با افزایش میزان گازهای برگشتی به داخل سیلندر، فشار و متوسط دمای داخل سیلندر کاهش می یابد. با افزایش E G R \پانویس{e x h a u s t g a s r e c i r c u l a t i o n (E G R)} نیز میزان تولید ${\r m{N O_x}}$ کاهش می یابد. همچنین با افزایش درصد E G R میزان دوده ی تولیدشده افزایش می یابد که این عملکرد ناشی از تولید احتراق ناقص است. افزایش E G R موجب کاهش میزان تولید C O$_2$ شده و در همین راستا با افزایش درصد E G R میزان C O افزایش می یابد. در ادامه تغییرات دما، ${\r m{N O_x}}$ تولیدی، و اکسیژن شرکت کننده در واکنش های داخل سیلندر نیز مورد بررسی قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: اشتعال تراکمی سوخت همگن، e g r، فشار سیلندر، تاخیر در اشتعال
  • سمیه داودآبادی فراهانی*، علیرضا نجفی، فرشاد کوثری صفحات 21-27

    در این مطالعه کاربرد روش هدایت حرارتی معکوس با استفاده از دماهای اندازه گیری شده از مدل های آزمایشگاهی، به منظور تخمین پارامترهای مطلوب انتقال حرارت بررسی شده است. برای تحقق این مهم دو آزمایش کلاسیک انتقال حرارت طراحی شده که دماهای اندازه گیری شده در این دو آزمایش به عنوان ورودی الگوریتم انتقال حرارت معکوس کاربرد دارد؛ در آزمایش اول شار حرارتی و در آزمایش دوم ضریب انتقال حرارت جابه جایی، مجهولات مسئله است. نتایج نشان می دهد روش معکوس با دقت خوبی شار حرارتی و ضریب انتقال حرارت جابه جایی را برآورد کرده است. الگوریتم حل هدایت حرارتی معکوس در شرایط واقعی که امکان اندازه گیری دما در سطوح مورد نظر جسم غیرممکن است، دقت قابل قبولی دارد و ابزاری قدرتمند در بررسی های تجربی است.

    کلیدواژگان: انتقال هدایت حرارتی معکوس، روش حل دنباله یی، تخمین شار حرراتی، تخمین ضریب انتقال حرارت جابه جایی
  • افشین بناءزاده، محمدسعید سیف، محمد جواد خدایی* صفحات 29-39

    هدف نوشتار حاضر، شناسایی مدل دینامیک خطی حرکت در صفحه ی افق یک وسیله ی زیرسطحی بدون سرنشین به وسیله ی برازش توابع تبدیل آن است. شناسایی، تحلیل و تصحیح طراحی چنین وسایلی به دلیل غیرخطی بودن دینامیک حاکم بر آن ها بسیار پرچالش است. در این نوشتار برای نخستین بار به منظور حذف اغتشاشات و عدم قطعیت ها از شناسایی حوزه ی فرکانس و الگوریتم های ریاضی قوی در آن استفاده شده است. در اینجا پس از مدل سازی و شبیه سازی حرکت دینامیکی، ورودی جاروی فرکانسی در شبیه ساز غیرخطی به کنترل کننده ی سکان اعمال شده و با استفاده از تحلیل حوزه ی فرکانس توابع تبدیل زوایه ی سمت و نرخ چرخش نسبت به این ورودی محاسبه شده است. نتایج حاصله نشان گر مطابقت بسیار خوب این مدل معادل خطی با مدل تحلیلی غیرخطی، و عملکرد خوب آن در حضور نویز به لطف استفاده ی مناسب از توابع طیفی و تکنیک پنجره بندی است.

    کلیدواژگان: شناسایی حوزه ی فرکانس، زیرسطحی بدون سرنشین، مدل معادل خطی، نرم افزار سایفر (C I F E R)
  • مهران مصدری*، محسن جهان میری، محمدرضا سلطانی، محمد گرجی، ارشیا تبریزیان صفحات 41-52

    در این مطالعه، پروفیل سرعت لایه مرزی ناپایا روی سطح یک ایرفول فوق بحرانی تحت نوسان پیچشی اندازه گیری و تحلیل شده است. اندازه گیری با استفاده از یک لایه مرزی حاوی لوله های نازک فشار کل مستقر در فاصله ی ربع وتر ایرفویل از لبه ی حمله و روی سطح بالایی آن صورت گرفته است. در حالت استاتیک تاثیر زاویه ی حمله از 3− تا 14 درجه و سرعت جریان آزاد از 40 تا 70 متربرثانیه بررسی شده است؛ و در حالت دینامیکی در جریان آزاد با سرعت 50 متربرثانیه، تاثیر دامنه ی نوسان در محدوده ی $\p m3$ تا $\p m10$ درجه، بسامد کاهش یافته در محدوده ی 0٫007 تا 0٫0313 و زاویه ی اولیه ی ایرفویل)زاویه ی متوسط(در محدوده ی 3− تا 6 درجه درطول یک دوره نوسان، مطالعه شده است. در بررسی نتایج دینامیکی از روش تحلیل فرکانسی برای یافتن بسامد غالب و میزان دامنه ی آن استفاده شده است؛ همچنین تغییر رفتار پروفیل لایه مرزی در طول چرخه ی نوسان مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان گر حلقه ی هیسترزیس برای ضخامت لایه مرزی است، که با افزایش بسامد نوسان حلقه های هیسترزیس بازتر شده اند و همچنین با افزایش زاویه ی حمله ی لحظه یی در حرکت بالارونده از ضخامت لایه مرزی کاسته شده است.

    کلیدواژگان: ایرفویل فوق بحرانی، حرکت پیچشی نوسانی، لایه مرزی ناپایا
  • هادی نوبهاری*، حبیب قنبرپور اصل، سیدفرهاد ابطحی صفحات 53-62

    هدف نوشتار حاضر جبران خطای سرعت و موقعیتی است که در ابتدای عملکرد حساسه ی ستاره نگر در یک سیستم ناوبری تلفیقی اینرسی/سماوی وجود دارد. این دو سیستم ناوبری به وسیله ی فیلتر کالمن درجه دوم تلفیق شده اند. به منظور حل دقیق معادلات ناوبری، از
    الگوریتم انتگرال گیری دیجیتال استفاده شده است. به علاوه، به منظور کاهش بار محاسباتی، در تمامی مراحل ناوبری و تلفیق از کواترنیون ها استفاده شده است. با استفاده از معادلات غیرخطی و به کارگیری هموارسازی و پسروی، وضعیت اولیه و بایاس شتاب سنج ها با دقت زیاد تخمین زده شده است. افزون بر این، در حین پسروی و هموارسازی، وضعیت وسیله در لحظات پیشین به دقت تخمین زده می شود. در ادامه، با انجام یک ناوبری موازی جدید، که براساس وضعیت برآورد شده ی لحظات پیشین و جبران سازی بایاس شتاب سنج ها صورت می گیرد، خطاهای سرعت و موقعیت جبران می شود. در انتها با انجام شبیه سازی برای یک ماهواره بر، روش ناوبری ارائه شده بررسی شده است.

    کلیدواژگان: ناوبری اینرسی، ناوبری سماوی، ناوبری تلفیقی، فیلتر کالمن مرتبه دوم، هموارسازی، پسروی
  • هادی نوبهاری *، حامد محمدکریمی صفحات 63-71

    در این مطالعه دقت سیستم های ناوبری مورد استفاده در فرود خودکار پرنده های بدون سرنشین، که از تلفیق حس گرهای اینرسی با سیستم های مخابراتی بهره می برند، تشریح شده است. ناوبری این پرنده ها در دو فاز «پایانه یی» و «غیرپایانه یی» بررسی شده است. شرایط انتهایی فاز غیرپایانه یی، به عنوان شرایط اولیه ی فاز پایانه یی منظور می شود؛ بنابراین ابتدا دقت یک سیستم ناوبری تلفیقی، که با الگوریتم تطابق سرعت کار می کند، در فاز فرود پهپاد تحلیل شده و ارتباط بین «دقت حس گرهای اینرسی»، «پارامترهای پروازی» و «دقت سیستم ناوبری» در قالب روابط بسته استخراج شده است. سپس، شرایط اولیه مستخرج از فاز غیرپایانه یی و همچنین اثر پارامترهای پروازی منتج از مانور فرود پهپاد، بر خطای سیستم ناوبری در فاز پایانه یی، مدل سازی شده است؛ تقریب های لازم بر مدل دینامیکی انجام شده و روابط تحلیلی که دقت سیستم ناوبری در فاز پایانه یی را بیان می کند، استخراج شده است. به منظور اعتبارسنجی روابط تحلیلی استخراج شده، فرود پرنده ی 200S h a d o w- که برای فرود خودکار از سیستم کمک ناوبری T A L S استفاده می کند، شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی با روابط تحلیلی به دست آمده، همخوانی بسیار بالایی دارد.

    کلیدواژگان: فرود خودکار، پرنده ی بدون سرنشین، ناوبری اینرسی، ناوبری تلفیقی، الگوریتم تطابق سرعت
  • هاشم اعظمی، محمد فدایی* صفحات 73-83

    یکی از مشخصه های سازه های کرکره یی که در مقایسه با سازه های مشابه «نسبت استحکام به وزن بالایی» دارند استحکام کمانشی آنهاست و از این جهت در صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته اند. در مطالعه ی حاضر، کمانش سازه های کرکره یی استوانه یی با الگوی
    هندسی ذوزنقه تحت بار محوری با شرایط مرزی تکیه گاه ساده ساده مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات تعادل سازه با استفاده از نظریه ی مرتبه اول برشی استخراج شده است. خواص مکانیکی استوانه ی کرکره یی به کمک استوانه ی مدور اورتوتروپیک معادل آن به
    دست آمده است. به منظور صحه گذاری نتایج تحلیلی، از یک مدل اجزاء محدود استفاده شده و نیز تاثیر پارامترهای مختلف شامل تعداد کرکره، ضخامت استوانه، طول استوانه، شعاع استوانه، زاویه ی کرکره و ضریب شکل بر رفتار کمانشی استوانه کرکره یی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاضر، دقت و کارایی طراحی اینگونه سازه ها را برای مهندسان بالاتر خواهد برد.

    کلیدواژگان: استوانه ی کرکره یی، استحکام کمانشی، مدل اجزاء محدود، کرکره ی ذوزنقه یی
  • محمد صدیقی*، پیمان منشی، جلال جودکی صفحات 85-89

    در این نوشتار اثرات فرایند نورد در کانال های همسان زاویه دار (E C A R) بر خواص مکانیکی و عمر خستگی ورق های حاصل از این فرایند بررسی شده است. بدین منظور ابتدا ورق های آلومینیومی 5083A l- تولید شده طی این فرایند تحت آزمون های مکانیکی مختلف نظیر کشش، سختی و خستگی کششی قرار گرفتند. بررسی های خستگی براساس روش کرنش پایه با دامنه ی کرنش ثابت، فرکانس 0٫5 هرتز و نسبت کرنش 0٫75 انجام شده است. تمامی آزمون ها در محیط استاندارد آزمایشگاهی انجام شده، و نتایج حاصله حاکی از افزایش استحکام کششی نمونه با سه بار عبور از قالب تا حدود 2 برابر نمونه ی آنیل شده ی اولیه است؛ این افزایش استحکام کششی با کاهش ازدیاد طول نمونه همراه بوده است. سختی ورق ها نیز به طور پیوسته با افزایش تعداد عبورها بیشتر می شود. نتایج آزمون خستگی نشان می دهد که عمر خستگی در محدوده ی زیر $10^5$ چرخه با افزایش تعداد عبورها مرتبا کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: نورد در کانال های همسان زاویه دار، استحکام کششی، عمر خستگی، خواص مکانیکی
  • یعقوب دادگراصل، رسول صفدریان، حسن مسلمی نایینی*، ولی الله پناهی زاده رحیم لو صفحات 91-97

    در این نوشتار عوامل موثر بر گشتاور شکل دهی شامل هندسه ی غلتک، ضخامت ورق، تنش تسلیم ورق، عرض ورق و زاویه ی شکل دهی و نیز توان مورد نیاز در فرایند شکل دهی غلتکی سرد بررسی می شود. با توجه به ثابت بودن عرض کف پروفیل، افزایش عرض ورق سبب افزایش عرض بال مقطع می شود. این فرایند با نرم افزار اجزاء محدود A b a q u s برای دو نوع هندسه با غلتک بالایی تخت و زاویه دار شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی ها نشان داد که افزایش استحکام تسلیم، زاویه ی شکل دهی و ضخامت ورق، به افزایش گشتاور وارد شده به غلتک ها می انجامد و درنتیجه توان شکل دهی افزایش می یابد. افزایش عرض ورق باعث کاهش گشتاور مورد نیاز برای شکل دهی می شود. نتایج نشان می دهد که مقدار گشتاور اعمالی به غلتک ها و درنتیجه توان مورد نیاز شکل دهی برای ایستگاه شکل دهی با غلتک های بالایی تخت در تمام حالت های مورد بررسی کم تر است. بررسی تاثیر ضخامت و عرض ورق در آزمایش های تجربی، موید شبیه سازی های اجزای محدود است.

    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی سرد، گشتاور شکل دهی، هندسه ی غلتک، کرنش طولی، شبیه سازی اجزای محدود
  • سعید شیخی، مهرداد تقی زاده منظری* صفحات 99-108

    مدل سازی ترکیبی یکی از پرکاربردترین روش ها برای شبیه سازی مخازن نفتی و فرایندهای ازدیاد برداشت است. در شبیه سازهای ترکیبی برای محاسبه ی ترکیب اجزاء در فازهای مختلف معمولا از معادله ی حالت استفاده می شود که البته باعث صرف زمان محاسباتی زیادی می شود. در این نوشتار برای کاهش تعداد معادلات حالت مورد نیاز، فضای ترکیب به کمک پارامترهای خطوط رابط بیان می شود و خواص ترمودینامیکی سیستم به کمک این پارامترها به دست می آید. برای این کار تعداد کمی خطوط رابط اصلی مورد نیاز است که در طول حل به دست می آید. فضا با استفاده از این خطوط رابط اصلی و مثلث بندی دلونی گسسته سازی می شود و با میان یابی خطی در این فضای گسسته شده خواص ترمودینامیکی به دست می آید. این روش در یک شبیه ساز فشار ضمنی درجه ی اشباع صریح پیاده سازی شده است. در پایان چند مسئله ی جابه جایی امتزاج پذیر و امتزاج ناپذیر نفت در یک مخزن یک بعدی شبیه سازی شده است.

    کلیدواژگان: شبیه سازی ترکیبی، معادلات حالت، پارامتری کردن فضای ترکیب، خطوط رابط، مثلث بندی دلونی
  • یادداشت فنی
  • صابر قدیری، سعید جمشیدی*، شهریار کمری صفحات 109-115

    در این نوشتار، روشی برای محاسبه ی پارامترهای ناحیه ی آسیب دیده ی اطراف چاه تولیدی با استفاده از داده های فشاری حاصل از آزمون کاهش فشار ارائه شده است. برای این منظور ابتدا تاثیر ویژگی های ناهمگنی تراوایی بر داده های فشاری حاصل از آزمون کاهش فشار شبیه سازی شده و با استفاده از روش های عددی، در یک مخزن مبتنی بر مدل مخزن ترکیبی بررسی شده است. سپس با در نظر گرفتن مدل مخزن ترکیبی برای توضیح مخزن اصلی و محیط آسیب دیده ی اطراف چاه و با استفاده از نتایج حاصل از بررسی اثر خواص ناهمگنی تراوایی بر داده های فشاری و روابط حاصل از معادلات جریان سیال در مخزن، به محاسبه ی تراوایی ناحیه ی آسیب دیده و شعاع این ناحیه پرداخته شده است. در انتها نیز روش ارائه شده با استفاده از یک مخزن مصنوعی شبیه سازی شده و نیز یک مخزن واقعی صحت سنجی شده است.

    کلیدواژگان: ناحیه ی آسیب دیده، شعاع گسترش، تراوایی، آزمون کاهش فشار، داده های فشاری گذرا
  • سیروس کوهیان افضل، محمد امینی، سیدامیرحسین زمزمیان* صفحات 117-123

    با توجه به متناوب بودن تابش انرژی خورشیدی، وجود سیستمی برای ذخیره ی انرژی ضروری به نظر می رسد. ذخیره ی انرژی به صورت نهان در یک آبگرمکن خورشیدی، در مواد تغییر فاز دهنده انجام می گیرد. این مواد اغلب درون یک ظرف کپسوله شده و به صورت غیر مستقیم درون مخزن آب قرار می گیرند. شکل، جنس و اندازه ی این ظرف در عملکرد سیستم ذخیره تاثیر خواهد داشت. در این نوشتار تاثیر قطر کپسول بر عملکرد سیستم ذخیره ی حرارت به صورت تجربی بررسی شده است. بدین منظور پارافین به عنوان ماده ی تغییر فاز دهنده در لوله هایی از جنس آلومینیوم با قطرهای 12، 10 و 6 میلی متر کپسوله شده و مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج حاصله حاکی از آن است که میزان ذخیره ی انرژی نسبت به حالت بدون مواد تغییر فاز دهنده، با کپسول آلومینیومی به قطرهای 12، 10 و 6 میلی متر، به ترتیب 11٫2\٪، 15٫3\٪ و 4٫4\٪ افزایش داشته است.

    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، آبگرمکن خورشیدی، ذخیره ی انرژی حرارتی، مواد تغییر فاز دهنده، کپسوله کردن
  • بهرنگ سجادی *، رضا دلیلی، محمدعلی اخوان بهابادی صفحات 125-132

    این مطالعه با هدف بررسی سیستم جریان مبرد متغیر از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک، و نیز بررسی تاثیر متغیرهای طراحی و نوع مبرد بر کارایی آن انجام شده است. نتایج نشان دهنده ی تاثیر قابل توجه نوع مبرد بر کارکرد سیستم است. همچنین در بین اجزاء سیستم، بیشترین سهم تلفات اگزرژی به کمپرسور و کندانسور اختصاص می یابد، در حالی که این سهم در مبدل حرارتی مادون سرد و شیر انبساط کمینه است. با توجه به اهمیت مبدل حرارتی مادون سرد در عملکرد چرخه، تاثیر وجود مبدل حرارتی بر عملکرد سیستم نیز مورد بررسی قرار گرفته است. مطابق نتایج به دست آمده تاثیر مبدل حرارتی به نوع مبرد وابسته است، به نحوی که مبردهای a134R- و c407R- عملکرد سیستم را بهبود می بخشند، در حالی که مبردهای 22R- و a410R- از کارایی آن می کاهند. نتایج به دست آمده به شناخت بهتر سیستم های جریان مبرد متغیر و طراحی سیستم هایی با کارایی بالاتر کمک می کند.

    کلیدواژگان: سیستم جریان مبرد متغیر، مدل سازی ترمودینامیکی، تحلیل اگزرژی، کارایی اگزرژی، تلفات اگزرژی
|
  • S. HOMAYONI BORA, M. DARDEL *, M. H. PASHAEI Pages 3-11

    In this work, the modeling and utter and nonlinear dynamical behaviors of uid-conveying pipes in three dimensions are undertaken. All equations of motion are derived assuming an appropriate displacement in nonlinear form using Lagrange principle to circumvent the complex modeling approach given in mentioned references. In previous works on modeling three-dimensional motion of pipe, a complex approach based on inextensibility of pipe was used for derivation of equation of motion. This assumption resulted in nonlinear complex equation of motion and boundary condition. But, here, a simple method is used to obtain equation of motion. Due to three-dimensional motions of pipe, double bending and in-plane displacement eld are assumed. Governing partial di erential equations are discretized by Rayleigh- Ritz's method, and dimensionless form of equation is derived with de ning appropriate parameters. The nonlinear equations are solved numerically and its vibration behavior is examined. Due to uid ow, detrimental utter phenomenon occurs, which make system unstable. Di erent types of bifurcations are observed, and the e ect of varying parameters on utter is accurately examined. Discussion of how utter occurs and di erent modes of utter are presented. Finally, the e ect of design parameters on the system instability and its type is presented. With varying ow velocity, di erent types of nonlinear vibrations are occurred. These behaviors include simple limit cycle oscillations, period doubling, intermittency, and chaos. Also, in some ow velocities, locking motion in a special plane is occurred. The e ects of di erent parameters on these nonlinear behaviors are examined. Some new results are presented, which are not previously reported. Obtained results and their comparison with appropriate references show the accuracy of modeling according to the assumed eld displacement. Obtained results show the ecacy of the proposed modeling in capturing all nonlinear behavior phenomenon reported in literature. It is simple to extend the proposed modeling for di erent boundary conditions.

    Keywords: Modeling pipe, utter, uid conveyingpipe, 3d analysis, nonlinear vibration
  • M. TALEI *, S. JAFARMADAR, SH. KHALILARYA, M. MANSURY Pages 13-19

    Environmental pollution and energy constraints have made engineers research a new method of ignition in the internal combustion engines. Also, the automotive industries are searching to replace SI and CI engines due to the strict regulations of international organizations actives in the eld of environment. (HCCI) is a suitable method for combustion in SI and CI engines. The HCCI engine uses a premixed air/fuel mixture that is pressed with high compression ratio. In the research, a CFD model has been used for the analysis of HCCI engine. In order to validate the model, we used the experimental results obtained from Dutez engines with Methane fuel and a secondary fuel injection diesel in 270oCAD position. Investigation showed that concordance between the model and experimental results is acceptable. Maximum cylinder pressure decreases with the increase of EGR. With an increase in EGR percentage, the rate of carbon black increases which it results from the incomplete combustion. Therefore, performance of EGR is acceptable within a certain range. Also, an increase of EGR reduces cylinder temperatures. Incomplete combustion causes a part of the air/fuel mixtures to leave the cylinder without participating in the combustion process. As a result, those parts of the air/fuel mixtures leave the cylinder without producing thermal energy. Increase of EGR rate reduces the amount of heat release due to incomplete combustion, but heat release increases even despite non-combustion. This performance is due to the increase of temperature which, in turn, causes the increase of cylinder density. As a result, heat release is produced even despite non-combustion. It is noteworthy that maximum heat releases occur under non-EGR condition. Change in the heat release rate regarding di erent EGR rates shows that the combustion occurs in di erent positions. The increase of EGR greatly reduces NOX emissions. So, EGR system can provide adequate e ect on reducing NOX emissions.

    Keywords: Homogeneous charge compression ignitionengine, egr, cylinder pressure, ignition delay
  • S. DAVOUDABADIfarahani *, A. NAJAFI, F. KOWSARY Pages 21-27

    In this paper, we investigate the inverse heat conduction method by a set of data extracted from experimental applications has been studied. Two heat transfer classic problems are designed for this purpose and the measured data are utilized as an input to the inverse heat conduction algorithm. In the rst experiment, a stainless steel plate (AISI-304 with length, width, and thickness of 250, 70, and 5 millimeters, respectively) is in proximity to a heater from one surface. Other faces are completely insulated, and the temperature from the bottom insulated surface has been measured with type K thermocouples, which is used to estimate the heater heat ux. There has been low pass Butterworth lter applied to the collected data before the usage in inverse algorithm. These kinds of problems with measurement at the inactive surface are common in inverse heat conduction elds due to the measurement and construction complexities. Second experiment is a bit more sophisticated and designed in order to nd the free convection heat transfer coecient of air adjacent to stainless steel plate. It consists of the previous heater and steel plate, in addition to wood, ber glass, and elastomer insulation layers. The temperatures inside the steel and wood plates are measured, in addition to the ambient air and the last insulation layer temperatures. The calculation is started from the bottom surface and the heat ux lost into environment is calculated, then heat transfer in each layer is estimated one by one until we reach the steel plate on the top, adjacent to air. Sequential function estimation method, due to its online and fast solution, has been used as an inverse heat conduction technique to solve the problems. The results show that inverse heat conduction algorithm has an acceptable accuracy in situations, in which temperature measurement on active surface comes with dif- culties such as high temperatures, harsh environment, construction problems, etc.

    Keywords: inverse heat conduction, sequential method, heat ux estimation, convection heat transfer coecientestimation
  • A. BANAZADEH, M. SEIF, M. KHODAEI * Pages 29-39

    The current study aims to identify the equivalent linear dynamics of an autonomous underwater vehicle in the horizontal plane to be able to design an appropriate linear controller. Autonomous underwater vehicles are increasingly being used to provide researchers with a simple, low-cost, and rapid response capability to collect pertinent environmental data. They are fairly stable platforms with little roll and pitch. Nevertheless, dynamic coupling and non-linearities make it a challenging task to perform identi cation process, stability analysis, and control design. Here, for the rst time, the frequency response analysis and the CIFER software, which utilizes strong mathematical algorithms, are employed to solve this problem. Advanced features such as the Chirp-z transform and composite window optimization are also used to extract high-quality frequency responses and best t equivalent transfer functions. After formulating the problem, a frequency sweep input is designed and applied to the rudder controller in the nonlinear simulation and transfer functions for the heading angle and the rate of turn are derived. In addition, these transfer functions are obtained by perturbed equations of motion to be compared with the transfer functions from CIFER. To evaluate the accuracy of the identi ed models, time domain responses from a zig-zag test are compared with the responses predicated by the identi ed model and the linearized model. The results show that this model is in good agreement with the analytical linear model and performs signi cantly better in presence of noise, thanks to the precise spectral functions and windowing technique. The robustness of the proposed method and transfer functions are also assessed by evaluation of the coherence function and altering the window size, frequency bandwidth, and input commands. The results also show that in a speci c frequency range, nonlinear terms are negligible, and the turn rate could be easily predicted by the time derivative of the heading angle.

    Keywords: Frequency domain identi cation, autonomousunderwater vehicle, equivalent linear model, CIFERsoftware
  • M. MASDARI *, M. JAHANMIRI, M. SOLTANI, M. GORJI, A. TABRIZIAN Pages 41-52

    Boundary layer profle on the upper surface of a supercritical airfoil in pitching motion has been experimentally investigated. Measurements were performed using a boundary layer having total pressure slim tubes positioned at 25% of the chord from the leading edge on the upper surface. In the static mode, the e ect of the angle of attack ranging from -3 to 14 degrees and for freestream velocities of 40 m/s to 70 m/s were investigated, where for the dynamic case e ects of oscillation amplitude varied between 3 and 10 degrees, reduced frequencies from 0.007 to 0.0313, and mean angles of attack between -3 and 6 degrees, on the boundary layer pro le were studied for one oscillation cycle. Time series of each pressure signals acquired from the pressure sensors were processed after ltering and corrections. To study the amplitude of the dominated frequency in the velocity pro le, Fast Fourier Transformation on the pressure signals acquired from each rake was used. The results indicate hysteresis loops for boundary layer thickness during upstroke and downstroke states and extension of width of hysteresis loops at higher reduced frequency. In addition, boundary layer thickness is decreased as the angle of attack is increased in the upstroke portion of the motion.

    Keywords: Unsteady boundary layer, pitching motion, supercritical airfoil
  • H. Nobahari *, H. Ghanbarpour Asl, S.F. Farhad Abtahi Pages 53-62

    In this paper, the purpose is to compensate the errors of velocityandposition,existingatthestartingtimeofstar sensor work in an integrated inertial/celestial navigation system. In an inertial navigation system, there exists attitude error at launch moment. Moreover, while integrating gyros and accelerometers outputs, errors grow in estimation of attitude, velocity, and position on vehicle. On the other hand, because of earth's atmosphere e ects, celestial navigation cannot be implemented for a while after launch moment. Then, pure inertial navigation is carried out at this interval. Consequently, large errors of velocity and position exist at starting time of integration. The estimation and integration are carried out using unscented Kalman lter through which current attitude and the gyros xed bias can be estimated accurately. To precise integration, nonlinear navigation equations have been used and propagated implementing an accurate discretization method. Moreover, in all sequences of navigation and estimation, quaternions have beenusedtodealwithattitude. Thiswillreducecomputation costs and immunize integrated system from singularity. Since quaternions have their own vector space, some considerations are applied to estimation procedure which includes sigma point's calculation, propagation, and calculating mean and covariance. On the other hand, velocity and position errors are not observable in anintegratedinertial/celestialnavigationsystem. Then, in this paper, using nonlinear navigation equations and implementing back-propagation and smoothing, initial attitude and accelerometers xed bias are estimated accurately. In addition, the vehicles attitude is acquired at prior time steps while back-propagating. By carrying out a new parallel navigation based on vehicles attitude at prior moments and taking out gyros and accelerometers xed biases, velocity and position errors are com pensated. To demonstrate the validity and performance of the proposed method, navigation of a LEO launch vehicle has been simulated. Results admit great compensations in velocity and position errors.

    Keywords: Strapdown inertial navigation system, celestial navigation system, unscented kalman lter, smoothing, back-propagation
  • H. NOBAHARI *, H. MOHAMMADKARIMI Pages 63-71

    In this paper, the accuracy of integrated inertial-radar navigation systems used for autonomous landing of unmanned air vehicles is studied. These navigation systems use the inertial instruments as the main navigation and the radar data as the navigation aids. The radar system provides the position and velocity measurements with respect to the runway coordinate system. Navigation of aircrafts is classi ed to \terminal" and \non-terminal" phases. The terminal phase involves the parts of ight which are related to arrival and departure from a runway. The requirements of the navigation system in the terminal phase are more complicated than the non-terminal phase. The nal condition of the nonterminal phase will be set as the initial condition of the terminal phase. Thus, the designer of the navigation system should consider the interaction of these two phases. In this study, the accuracy of an integrated navigation system with velocity matching algorithm is analyzed during the landing phase of a xed wing aircraft. The relation between accuracy of inertial instruments, ight parameters, and accuracy of integrated navigation are extracted in the form of di erential equations. The initial conditions of these equations are calculated from the terminal phase parameters. The mentioned di erential equations can not be solved analytically. Thus, based on the nominal behavior of an aircraft in the landing phase, some reasonable assumptions are made and the equations are solved in a closed form. The analytical solutions are used to express the accuracy of the integrated navigation in the terminal phase. The designer of the navigation system of an aircraft can use the analytical results obtained in this study to select the accuracy of the aircraft inertial instruments. In order to verify the analytical results, landing phase of a famous unmanned air vehicle, Shadow-200, which uses a system named \TALS" as the navigation aids, is simulated numerically. It is shown that the analytical results are well matched with the numerical ones.

    Keywords: Autolanding, unmanned air vehicle, inertialnavigation, integrated navigation, velocity matchingalgorithm
  • H. AZAMI, M. FADAEE * Pages 73-83

    Increasing the buckling strength-to-weight ratio is of particular importance in aerospace, mechanical, nuclear, and civil engineering. Corrugated structures with trapezoidal geometric pattern have higher amount of the buckling strength-to-weight ratio with respect to other similar structures; hence, these generations of structures are widely used in several industries. Static stability of corrugated cylindrical structures with trapezoidal geometric pattern was investigated here under axial loading for simply supported boundary condition. Using rst-order shear deformation theory of Mindlin, equilibrium equations of the problem were derived. Mechanical proper ties of corrugated cylindrical structure were achieved by the mechanical properties of equivalent orthotropic circular cylinder. Then, critical buckling load was obtained for both simple circular and corrugated cylinders. The present analytical results are validated by the nite element models. These validations report very good agreement between the present results and those obtained by the nite element analysis. E ect of di erent parameters including number of corrugations, cylinder thickness, cylinder length, cylinder radius, corrugation angle, and shape factor was investigated numerically on buckling behavior of corrugated cylindrical structure. The results of nite element reveal that buckling mode shapes can be divided into two types as local and global buckling modes. Graphical shapes of local and global modes are presented to make the better physical sense. In this article, the present analytical method can solve the global buckling problem of a corrugated cylinder. According to the comparison between present modeling results and those obtained by nite element analysis, increasing the corrugation angle and cylinder radius and decreasing the number of corrugations, the cylinder thickness, the cylinder length, and shape factor led to an increase in the buckling load of corrugated cylinder with respect to circular cylinder on the condition that local buckling had not been occurred. The present results and procedure can help engineers and designers to achieve a best performance for their structures, especially related to aerospace structures.

    Keywords: Corrugated cylinder, buckling strength, nite element model, trapezoidal corrugation
  • M. SEDIGHI, P. MONSHI, J. JOUDAKI * Pages 85-89

    Equal Channel Angular Rolling (ECAR) is a continuous severe plastic deformation process. In this process, severe shear strains are applied to the sheet. This strain increases the yield or ultimate strength of sheet without signi cant change in sheet dimension. In this article, the e ect of ECAR process on mechanical properties and fatigue life of manufactured sheets will be studied. Four Al-5083 samples have been prepared and annealed for obtaining stress-free samples. Three samples have been rolled by ECAR process with 1, 2, and 3 pass of rolling, respectively. Mechanical tests including tensile test, hardness, and axial fatigue tests have been carried out on prepared samples. Fatigue tests have been implemented according to strain-based approach with constant strain ratio and 0.5 Hz frequency of loading. Strain ratio (ratio of minimum strain to maximum strain in each cycle) is selected which equals 0.75. All of the tests have been carried out in a controlled laboratory condition. Fatigue life of samples is de ned as the total of cycles before complete rupture of samples. Results show that the ultimate tensile strength (UTS) of samples increases with increasing the pass of rolling. Also, the maximum elongation of samples decreases. Maximum elongation was 17% in annealed sample, while it decreases to 10% in sample with three pass of rolling. The hardness of samples has been measured by Vickers micro harness test. The hardness of samples increases at higher pass of rolling. Fatigue test results show that fatigue life of Al-5083 samples decreases in manufactured sheets of equal channel angular rolling process.

    Keywords: Equal channel angular rolling, tensilestrength, fatigue life, mechanical properties
  • Y. Dadgar Asl, R. Safdarian, H.M. Naeini *, V. Panahizadeh Pages 91-97

    Cold roll forming is one of the most complex forming processes in which quality of products is highly dependent on the process parameters. Estimation of forming torque and power in the cold roll forming process is one of the most important parameters. E ective parameters on the forming torque and forming power are investigated in the present study. These parameters are rolls geometry, sheet thickness, sheet width, strength of sheet, andformingangle. So, theformingprocessissimulated in the nite element software Abaqus for both
    at and angled geometry of the top roll. Simulation results show that with yield strength, sheet thickness, and increase of roll angle, forming torque and power will increase. Also, the rolls force increase and the forming torque decrease with sheet width increasing. The results of this study show that the forming torque and power for the top roll with
    at geometry is lesser than the top roll with angled top roll. Due to easier process of manufacturing of
    at rolls, this type of rolls geometry can be used for channel sections. The e ect of thickness and width of sheet is investigated experimentally on the forming torque and power. Numerical results are veri ed by experimental results of the present study. Results show that forming torque and power increase with yield strength, then forming angle and sheet thickness increase as well. Therefore, engineers can consider the e ects of these parameters on the forming torque, forming power, and selecting proper type of motors. Edge longitudinal strain of numerical simulations of the present study is veri ed by numerical results of Lindgeren, 2007 [8]. This comparison shows that numerical results of the present study is near to the results of Lindgeren, 2007. Results show that edge longitudinal strain decreases with the increase of yield strength. These results also show that the increase of edge longitudinal with the increase of roll forming angle.

    Keywords: Cold roll forming, forming torque, roll geometry, longitudinal strain, fem simulation
  • S. SHEIKHI, M. TAGHIZADEH MANZARI * Pages 99-108

    In recent decades, there have been great e orts to simulate ow in hydrocarbon reservoirs and oil recovery processes. Compositional model is one of the most advanced models for this purpose. In this model, nonlinear mass conservation equations for multicomponent ow have to be solved along with thermodynamic equilibrium constraints. In most compositional simulators, an equation of state is used to determine phase behavior of hydrocarbon mixtures. In this article, an ecient two-phase compositional model for both immiscible and miscible uid ows in porous media is presented. In this model, the mass conservation equations are discretized using a cell-centered control volume method. The solution algorithm employs the so-called Implicit Pressure Explicit Saturation (IMPES) method. To determine the thermodynamic state of the mixture, the equation of state must be solved at each time step for each computational cell. These computations consume considerable time in a compositional simulation. Compositional space is parameterized with tie-line variables, and this parameterized space is used to reduce the number of times the equation of state must be solved. To parameterize compositional space, a few supporting tie-lines are needed, which were obtained adaptively during simulation process. The tie-line space is discretized using these supporting tie-lines and a Delaunay triangulation procedure. In the rest of discretized tie-line space, thermodynamic properties are calculated using linear interpolation. It is important to note that the equation of state is solved only at the supporting points used to discretize the tie-line space. Since tie-lines do not exist in the super-critical region, the space is represented based on overall compositions and equation of state. In this work, the used method keeps continuity of tie-line variables and overall compositions with respect to the change of the mixture state from sub-critical to super-critical space, and vice versa. The performance of the proposed approach is assessed using a number of homogeneous one-dimensional multicomponent problems. Numerical results show200e that the proposed method has acceptable accuracy and signi cantly reduces the total number of ash calculations needed in a compositional simulator.

    Keywords: Compositional simulation, equation of state, compositional space parameterization, tie-line, delaunay triangulation
  • S. GHADIRI, S. JAMSHIDI *, S. KAMARI Pages 109-115

    Estimation of properties of near-wellbore damaged zone made by drilling, completion, injection, and other operations is a challenging issue in reservoir engineering. Researchers have proposed di erent methods to predict reduction in damaged zone permeability; however, few studies have focused on the prediction of the damaged zone radius and its permeability. In this study, a simple and practical method is proposed to predict the damaged zone properties, i.e., radius and permeability, based on pressure drawdown test data. In this approach, pressure derivative curves for a homogenous reservoir as a base case and a reservoir with spatial permeability variation based on Composite Reservoir model are compared. Eventually, the pressure data points were used for comparison from a drawdown test in a synthetic reservoir model. This spatial permeability variation represents a permeability anomaly. Permeability anomaly makes pressure derivative curve deviate from base curve for corresponding homogenous reservoirs. The parameters of permeability anomaly such as size, orientation, and location have di erent e ects on pressure derivative curve. In reservoir with simple permeability heterogeneity that has a single permeability anomaly, originating location and end location of an anomaly can be predicted by pressure derivative curve. In this study, damaged area radius of a damaged homogeneous reservoir, causing a single anomaly in permeability, is calculated by means of pressure derivative curve, known correlations, and the result from pressure wave propagation concept in reservoir. Short-term pressure data is used to measure the damaged permeability. The method has been validated in a synthetic cylindrical reservoir generated by numerical simulation, as well as in an actual reservoir. For the actual reservoir example, validation is made by comparing the results with Skin Factor model. The proposed method is suggestive of its ability to predict the damaged radius and permeability very well.

    Keywords: Damaged zone, permeability anomaly, damaged radius, location, composite reservoir
  • C. Koohian, M. Aminy, S.A.H. Zamzamian * Pages 117-123

    Regarding the variability nature of the solar ray in a day, application of a thermal storage system seems necessary to accompany the solar system. Latent heat energy storage in a solar water heater can occur in a phase-change material. These materials are generally encapsulated in a container and positioned in the water container. Shape, material type, and size of the encapsulating container have direct e ect on the eciency of the storage system. In this paper, e ort has been made to investigate experimentally the encapsulation diameter e ect on the storage system eciency. Industrial paran with 5- 7% fat was used as a phase-change material. They were encapsulated in aluminum tubes of 6, 10, and 12 mm diameter. The thicknesses of the capsules in all diameters are 1mm. For each tube size, a set of tests was carried out. For each test, 88 capsules with 280 mm height containing the paran were used. As a result, for capsules with 6, 10, and 12mm diameter, 281.6gr, 1126.4gr, and 1760gr of paran were used, respectively. The results show that the rate of energy storage using aluminum tubes of 6, 10, and 12 mm with phase-change material in comparison to when using no phase-change material, improved energy storage eciency by 4.4, 15.3, and 11.2%, respectively. With regard to the fact that by reduction of capsule diameter, the rate of surface area to the volume increases; hence, heat transferring surface area increases. Therefore, it is expected that by reducing the capsule diameter, density of energy storage will increase. Consequently, by reducing the capsule diameter, total paran mass will decrease. Hence, by considering these two factors, maximum rate of energy storage occurs when the capsule diameter is 10mm.

    Keywords: Solar energy, solar water heater, thermalenergy storage, phase change materials, encapsulation
  • B. SAJADI *, R. DALILI, M.A. AKHAVAN BEHABADI Pages 125-132

    A signi cant part of the total annual energy consumption is used in buildings. The most part of the energy consumption in buildings is due to the HVAC systems. As a result, the eciency of air conditioning systems plays an important role in energy saving. In the recent years, variable refrigerant ow (VRF) systems have become popular, especially for commercial buildings, due to their high eciency and their ability in simultaneous heating and cooling. In this research, VRF systems are investigated from the second law of thermodynamic point of view; the e ect of design parameters and the refrigerant type on the system performance is studied. At rst, the thermodynamic cycle of VRF systems is modeled. Comparison of the numerical results with the available experimental data shows that the developed model can predict the system behavior with reasonable good accuracy. Based on the results, the coecient of performance (COP), the exergy destruction, and the exergy eciency of the VRF system are evaluated to investigate the system e ectiveness. The results indicate that the compressor and the condenser are responsible for the most exergy destruction in the system, while the exergy destruction in the sub-cooling heat exchanger and the expansion valve is the least. In addition, the refrigerant type is an important parameter which may a ect the system performance. Considering the importance of the sub-cooling heat exchanger, the e ect of the heat exchanger on system performance has also been investigated. It has been found that the e ect of the subcooling heat exchanger depends on the refrigerant type. In the systems using R-134a and R-407c, the heat exchanger improves the system e ectiveness; if R-22 and R-410a are used as a refrigerant, the system performance decreases. The results of this paper are useful in getting a better understanding of the VRF systems and in designing more ecient ones.

    Keywords: Variable refrigerant ow (vrf), thermodynamicmodeling, exergy analyses, exergy eciency, exergydestruction