فهرست مطالب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک - سال سی و یکم شماره 2 (بهار و تابستان 1399)

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال سی و یکم شماره 2 (بهار و تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/10/07
  • تعداد عناوین: 11
|
  • یوسف رضایی*، مهران تاج فر صفحات 1-18
    مطالعه تجربی به منظور بررسی فرآیند شکل گیری رژیم شکست کیسه ای جت مایع تزریق شده به درون جریان هوا انجام شد. جت مایع توسط یک نازل دایروی به قطر 2.83 میلی متر در جریان هوا تزریق شده است. از روش سایه نگاری جهت آشکارسازی جت مایع استفاده شده و همچنین از یک دوربین سرعت بالا جهت ضبط و ثبت فرآیند شکل گیری و شکست کیسه های تشکیل شده بر روی ستون جت مایع، بهره گرفته شده است. عدد وبر هوا بین 0.1 تا 40 و نسبت ممنتوم جت مایع به هوا بین 5 تا 30 تغییر داده شده است. در این مطالعه یک تحلیل تیوری با در نظر گرفتن وجود تعادل بین نیروهای وارده بر روی یک کیسه انجام شده است که درنهایت یک عدد معیار برای شکل گیری کیسه ها به دست آمده است. قطر حلقه و اندازه پوسته یا غشاء کیسه ها نیز در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که نسبت بی بعد قطر حلقه و اندازه پوسته کیسه ها عددی ثابت بوده و با تغییر عدد وبر هوا و نسبت ممنتوم تغییر نمی کند. همچنین نتایج حاکی از آن است که پوسته کیسه ها نسبت قطر حلقه خود رشد بیشتری به سمت جریان هوا می کنند
    کلیدواژگان: رژیم شکست کیسه ای، تزریق جت مایع، جریان هوا، جریان چند فازی
  • علی حسین زاده، خلیل فرهنگ دوست*، محمدرضا مرکی صفحات 19-32

    در این مقاله به بررسی اثر عمق شیار بر چقرمگی شکست (KIC) و ناحیه پلاستیک نوک ترک با استفاده از داده های آزمایش ضربه شارپی (CVN) استخراج شده از لوله های انتقال نفت و گاز فولادی از جنس API X65 با عمق شیارهای متفاوت انجام و انرژی شکست اندازه‏ گیری شد. هم‎چنین شبیه‏ سازی کامپیوتری آزمایش ضربه با مدل سه‎بعدی بر اساس قانون آسیب اصلاح شده گرسون در نرم‎افزار آباکوس انجام شد. برای به دست آوردن مقادیر KIC ، معادلات بر اساس تنش تسلیم و انرژی شکست های آزمایش ضربه شارپی (CVN) به دست آمده از فولاد موردنظر استفاده شد. داده های KIC و ناحیه پلاستیک نوک ترک برآورد شده با افزایش عمق شیار نمونه ضربه شارپی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: چقرمگی شکست، ناحیه پلاستیک نوک ترک، آزمایش ضربه شارپی، اثر عمق شیار، فولاد API X65
  • محمدامیر بیاتی نژاد*، آرش محمدی صفحات 33-52

    امروزه مشکلاتی مانند تولید آلاینده ها و کاهش منابع فسیلی از جمله مشکلات اصلی جهانی شده است. تعداد زیاد خودرو هایی که از سوخت های هیدروکربنی استفاده می کنند اصلی ترین عامل بروز این مشکلات است. استفاده از خودرو های الکتریکی یک راه حل مناسب محسوب می شود.یکی از مهم ترین مولفه ها برای باتری خودروهای الکتریکی محاسبه میزان سطح شارژ آن است. در این مقاله یک تک سلول باتری لیتیومی منشوری حین چرخه تخلیه به روش الکتروشیمیایی-حرارتی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی سه بعدی شبیه سازی شده است. ابتدا نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی ولتاژ و دما اعتبار سنجی شده است. سپس نتایج توزیع پتانسیل الکتریکی در جمع کننده جریان، سطح شارژ، غلظت یون لیتیوم در الکترود، توزیع دما و حرارت های تولیدشده در باتری آورده شده است.

    کلیدواژگان: باتری لیتیومی، سطح شارژ، غلظت یون لیتیوم
  • کوروش محمدی، حسن شکراللهی* صفحات 53-66
    در این مقاله روش هیدرودینامیک ذرات هموار متقارن (SSPH)، برای بررسی ارتعاشات آزاد گرافن دولایه با در نظر گرفتن اثر برشی بین لایه ها استفاده می شود. شرایط مرزی گیردار- آزاد و فاصله بین دو لایه بیرونی در حین تغییر شکل ثابت فرض می شود. معادلات حاکم با در نظر گرفتن تیوری تیر اویلر- برنولی برای هر لایه و در نظر گرفتن جابجایی داخل صفحه علاوه بر جابجایی عرضی، به دست می آید. با حل معادلات حاکم به روش SSPHفرکانس های اول و دوم محاسبه شده است. این نتایج با نتایج شبیه سازی دینامیک مولکولی و نتایج به دست آمده از حل عددی معادله حاکم به روش GDQ که از مراجع دیگر استخراج شده است، مقایسه شده است و دقت و درستی روش حل بدون مش SSPH نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: روش بدون مش، گرافن دو لایه، ارتعاشات آزاد، تیر ساندویچی، روش SSPH
  • مریم مسلسل، مهدی خدابنده* صفحات 67-90
    در این مقاله به بررسی ساختار دینامیکی کوادروتور گام متغیر و طراحی کنترل کننده مناسب بر اساس مدل سازی های ریاضی پرداخته شده است. کوادروتور گام ثابت به دلیل ساختار دینامیکی ساده تر نسبت به سایر مدل ها بیشتر مورد توجه تحقیقات علمی قرار گرفته است. این نوع از کوادروتور ها در عین سادگی نسبی، محدودیت هایی نظیر کاهش مداومت پروازی و انجام مانورهای مختلف پروازی را به همراه دارند. می توان با استفاده از ملخ های گام متغیر در یک کوادروتور، محدودیت های یاد شده را به طور نسبی کاهش داد. در این مقاله، ابتدا به بررسی ویژگی های ملخ های گام متغیر در مقایسه با ملخ های گام ثابت برای یک کوادروتور پرداخته شده است. در ادامه از روش خطی سازی فیدبک و خطی سازی فیدبک تطبیقی مستقیم جهت کنترل کوادروتور گام متغیر استفاده شده است.درنهایت نیز نتایج حاصل از طرح کنترلی پیشنهادی از طریق شبیه سازی با نرم افزار MATLAB بررسی شده است. جهت بررسی بهتر عملکرد کنترل کننده های طراحی شده، نتایج شبیه سازی با روش های PID و دینامیک معکوس غیرخطی (NID)  و مدلغزشی و مد لغزشی تطبیقی در شرایط تغییر جرم کوادروتور مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که اتخاذ این راهبرد تطبیقی اجازه می دهد تا کوادروتور جهت گیری های زمان متغیر و دستورات ارتفاع را به طور دقیق تری، در حضور اغتشاشات و یا نامعینی های پارامتری، در مقایسه با کنترل کننده های خطی سازی فیدبک غیر تطبیقی، دنبال کند و همچنین نشان می دهد که کنترل کننده های خطی سازی فیدبک تطبیقی و مد لغزشی تطبیقی به ترتیب در مقایسه با کنترل کننده های خطی سازی فیدبک، مد لغزشی، PID و NID ردیابی دقیق تر و با خطای کمتری دارند.
    کلیدواژگان: کوادروتور گام متغیر، مدل سازی، کنترل خطی سازی فیدبک، کنترل خطی سازی فیدبک تطبیقی مستقیم
  • محمد عالی پور، علی مختاریان*، حسین کریم پور صفحات 91-104
    ربات کروی به ربات های سیار کروی شکل مجهز به مکانیزم محرک داخلی که بر روی زمین بر اثر غلتیدن پوسته خارجی شان حرکت می کنند اطلاق می شود. در این تحقیق، ابتدا یک نمونه از ربات کروی پاندولی مدل سازی شده و سپس به تحلیل دینامیکی مدل ارایه شده در طی حرکت صفحه ای بر روی سطحی با شیب ثابت پرداخته شده است. استخراج معادلات حرکت ربات با استفاده از روش لاگرانژ به انجام رسیده است. سپس، طراحی یک کنترل کننده غیرخطی مبتنی بر روش های خطی سازی به کمک فیدبک انجام گرفته است. در ادامه، با در نظر گرفتن شرایط اولیه غیر منطبق بر مسیر مطلوب، نامعینی پارامتری و همچنین گشتاور اغتشاشی بر روی سیستم به شبیه سازی حرکت ربات پرداخته شده است. نتایج شبیه سازی بیانگر توانایی و عملکرد مطلوب کنترل کننده در تعقیب تابع زمانی انتخاب شده برای حرکت دورانی پوسته کروی بر روی سطح شیب دار تحت شرایط فیزیکی نامطلوب پیش بینی شده برای ربات است.
    کلیدواژگان: ربات کروی، معادلات دینامیکی، گشتاور اغتشاشی، نامعینی پارامتری، کنترل غیر خطی
  • توحید ادیبی*، سید اسماعیل رضوی، احسان عباسی تبریزی صفحات 105-125

    در این مطالعه، تاثیر یک استوانه یا مفتول کمکی در بالادست جریان سیال حول استوانه به قطر D در یک کانال دوبعدی به ابعاد D50 × D20 و در عدد رینولدز 100 بر الگوهای گرما-شاره استوانه در حالت های ساکن و نوسانی مفتول بررسی شده است. فاصله افقی مفتول از D5/1 تا D8، قطر آن از D1/0 تا D9/0 و همچنین فاصله عمودی مفتول از محور افقی از D1/0 تا D9/0 متغیر است. معادلات حاکم در این مطالعه، معادلات پایستاری با فرض جریان دوبعدی، ناپایا، تراکم ناپذیر، آرام و لزج می باشند. شرط مرزی عدم لغزش در دیواره استوانه ها و شرط دما ثابت در استوانه اصلی و شرط عایق دیواره برای مفتول برقرار است. معادلات حاکم به روش پسرو و با نرم افزار کامسول حل شده اند. نتایج نشان می دهند که وجود مفتول یا استوانه کمکی در بالادست جریان در حالت ساکن باعث کاهش ضریب پسا و عدد نوسلت استوانه اصلی می شود ولی نوسان عرضی آن با قطر D3/0، فاصله D3 و دامنه D25/0، باعث افزایش این مقادیر نسبت به حالت ساکن می گردند که این افزایش در حالت قفل شدگی یعنی 1=F بیش ترین مقدار است.

    کلیدواژگان: استوانه دایره ای، جریان ارام، مفتول کنترل گر، انتقال حرارت
  • مجید جباری*، بیژن احمدی صفحات 127-139

    کاهش توان مصرفی وسایل الکترونیکی و نیاز به استفاده از منابع انرژی قابل حمل موجب شده توجه پژوهشگران به برداشت انرژی از ارتعاشات محیط جلب شود. ازاین رو پیش بینی خروجی الکتریکی تیرهای پیزوالکتریک و مدل سازی آنها اهمیت ویژه ای پیدا کرده است. در راستای این تلاش ها، در این پژوهش روش سختی دینامیکی برای تیر یکسر درگیر با مقطع یکنواخت به همراه جرم متمرکز توسعه داده می شود ونتایج آن با نتایج حاصل از روش آنالیز مودال تحلیلی مقایسه می گردد که حل آنالیز مودال با پنج مود بسیار به حل به روش سختی دینامیکی نزدیک است.همچنین ماتریس سختی دینامیکی برای تیر دوبخشی توسعه داده می شود و به وسیله ماتریس به دست آمده تاثیر محل قرارگیری جرم متمرکز بر خروجی الکتریکی و رفتار سیستم بررسی می گردد. بر این اساس جابجایی جرم متمرکز از پایه به سمت نوک تیر موجب کاهش فرکانس طبیعی اول می شود، درصورتی که تاثیر این جابجایی بر فرکانس طبیعی دوم به صورت تناوبی است.

    کلیدواژگان: سختی دینامیکی، تیر پیزوالکتریک، برداشت انرژی، ارتعاشات
  • فرناز حسینی*، امیرهمایون مقدادی، محسن دوازده امامی، ابراهیم محسنی هماگرانی، نسیم نجاری صفحات 141-155

    فرآیندهای اولیه ای که در تاسیسات بهره برداری ایستگاه تقلیل فشار بر روی گاز طبیعی، صورت می گیرد کلیه آلودگی های آن اعم از رطوبت یا ذرات جامد را حذف نمی کند. در چنین شرایطی خوردگی در خطوط لوله، مسدود شدن تجهیزات ابزار دقیق و تخریب شیرها و رگلاتورها تشدید خواهد شد، بنابراین لازم است در ایستگاه های توزیع و تقلیل فشار برای جلوگیری از افت فشار گاز و آسیب دیدگی تجهیزات خط لوله، فرآیندهایی جهت جدا کردن ذرات جامد و قطرات مایع از گاز طبیعی صورت گیرد. این گزارش نخست به تعریف فرسایش جریان گاز طبیعی، پرداخته و سپس با توضیحات مختصری با استفاده از روش  (Discrete Phase Method) DPMو جریان دوفازی اویلری - لاگرانژی یا به اختصار فازگسسته با شبیه سازی با استفاده از نرم افزار انسیس فلوینت2019R1 به بررسی و آنالیز فرسایش جریان گاز- جامد در زانویی  با در نظر گرفتن جوش اتصال این زانو می پردازد. این گزارش، معادلات جریان فاز گسسته و پیوسته را بیان می کند. در این راستا، برای در نظر گرفتن اثرات اغتشاشی از مدل انرژی- تلفات آشفتگی (Realizable k-ԑ) ، برای مدل کردن رفتار ذرات در مجاورت دیوار و همچنین پراکندگی ذرات ناشی از آشفتگی در فاز سیال با استفاده از مدل ردیابی اتفاقی مدل شده است. در مورد شرایط مرزی برخورد ذرات جامد با دیواره و مراحل حل عددی معادلات در روش فاز گسسته توضیحاتی بیان می شود و اثر حاضر خوردگی فرسایشی را بررسی  می کند. نتایج نشان می دهد که حتی در جریان های آرام با عدد رینولدز پایین نیز، سیال گاز- جامد ناهمگن بوده و افزایش قطر ذرات جامد موجب افزایش ناهمگنی جریان گاز- جامد و درنهایت بروز خوردگی سایشی بیشتر در محل ناهمواری جوش می گردد.

    کلیدواژگان: گاز- جامد، فاز گسسته، اویلری- لاگرانژی، خوردگی فرسایشی
  • آرش محمدی*، مصطفی ورمزیار، محسن سلیمانی صفحات 157-175
    تحقیقات گذشته نشان داده که بکارگیری نانو ذره در احتراق باعث کاهش آلاینده های حاصل از احتراق می شود. در مطالعه حاضر بررسی عددی افزودن نانو ذرات اکسید آلومینیوم به سوخت دیزل، بر عملکرد و میزان آلاینده های تولیدی یک موتور اشتعال تراکمی پاشش مستقیم، انجام شده است. شبیه سازی فرآیند های پاشش، تشکیل مخلوط و احتراق موتور توسط نرم افزار AVL_Fire انجام شده است. در این مطالعه، به منظور محاسبه عددی میزان کیفیت اختلاط سوخت و هوا از یک پارامتر اصلاح شده با نام شاخص همگنی استفاده شده است. به این ترتیب علاوه بر بررسی کیفیت اختلاط سوخت و هوا، روند فرآیند احتراق تراکمی نیز مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد. طبق نتایج بدست آمده در این پژوهش، با افزودن نانو ذرات آلومینا به سوخت، میزان مصرف سوخت ویژه کاهش می یابد و همچنین میانگین آلاینده های خروجی موتور از جمله آلاینده اکسیدهای نیتروژن و دوده کاهش می یابد. این نتایج نشان می دهد که افزودن نانوذرات آلومینا به سوخت، باعث افزایش شاخص همگنی ترکیب سوخت و هوا درون محفظه احتراق می شود.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی، نانوذرات اکسید آلومینیوم، شاخص همگنی، آلایندگی
  • احسان اردکانی، علیرضا تیمورتاش، محمدعلی اردکانی* صفحات 177-187

    تحقیقات گذشته نشان داده که افزودن نانوذره آلومینا به سوخت باعث کاهش آلاینده های حاصل از احتراق می شود. در مطالعه حاضر بررسی عددی افزودن نانو ذرات آلومینا به سوخت دیزل و اثر آن بر عملکرد و آلاینده های خروجی یک موتور اشتعال تراکمی پاشش مستقیم، انجام شده است. شبیه سازی فرآیندهای پاشش، تشکیل مخلوط و احتراق موتور توسط نرم افزار AVL_Fire انجام شده است. در این مطالعه، به منظور محاسبه عددی میزان کیفیت اختلاط سوخت و هوا از یک پارامتر اصلاح شده با نام شاخص همگنی استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده در این پژوهش، با افزودن نانو ذرات آلومینا به سوخت، میزان بیشینه فشار و دمای داخل سیلندر به ترتیب 2/5 و 7/6 درصد و آلاینده های آلاینده اکسیدهای نیتروژن و دوده به ترتیب 24 و 37 درصد کاهش می یابد. همچنین مقدار آلاینده مونوکسید کربن 19 درصد افزایش پیدا کرده است. درنهایت نتایج نشان داد که افزودن نانوذرات آلومینا به سوخت، باعث افزایش 52 درصدی شاخص همگنی می شود.

    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی، نانوذرات اکسید آلومینا، شاخص همگنی، آلایندگی
|
  • Yosef Rezaei *, Mehran Tadjfar Pages 1-18
    An experiment was conducted to investigate the bag breakup process of round liquid jet injected into an airstream. The liquid jet was visualized using shadowgraph technique and also a high-speed camera was used to observe the formation and breakup of bags in a water jet injected from a 2.83 mm diameter nozzle with air Weber number in the range of 0.1 to 40 and the liquid-to-air momentum ratio from 5 to 30. An analysis of the force balance on bags was conducted and a criterion for bag formation is obtained. In this study, the diameter of the bag ring and the size of the membrane of the bag are calculated. Present results indicate that the normalized ring diameter and the membrane size are constant. Results also show that the membrane of a bag grows more than its ring towards the airstream direction.
    Keywords: Bag Breakup Regime, Liquid Jet Injection, Airstream, Multiphase flow
  • Ali Hosseinzadeh, Khlil Farhangdoost *, Mohammadreza Maraki Pages 19-32

    In this paper, the effect of notch depth on the fracture toughness (KIC) and the plastic region of the crack tip material using the Charpy V-Notch test (CVN) data extracted from API X65 with different notch depth were conducted and the fracture energy was measured. Also, computer simulation of the experiment with a three-dimensional model was performed based on Gurson's modified damage law in Abaqus software. To obtain KIC values, equations based on the yield stress (σYS) and the failure energy of the Charpy V-Notch test (CVN) obtained from the steel was used. The estimated KIC data and plastic region of the crack tip, decreased with increasing notch depth.

    Keywords: fracture toughness, Crack tip plastic region, charpy impact test, notch depth effect, API X65 steel
  • MohammadAmir Bayati Nezhad *, Arash Mohammadi Pages 33-52

    Nowadays, pollution and reduction in fossil resources are major problems for world.The large number of cars which use hydrocarbons fuels is the main factor of this problem. Using of electric vehicles is a suitable solution. One of the most important parameters to calculate for electric vehicles battery is its state of charge. In this paper, a single prismatic cell of lithium ion battery in discharge cycle with electrochemical-thermal has been simulated with 3D CFD. First, numerical results are validated with experimental results of voltage and temperature. Then, the results of the electrical potential distribution in the current collector, state of charge, the lithium ion concentration in electrode, the temperature distribution and generated heat in battery are presented.

    Keywords: Lithium Ion Battery, State of Charge, Lithium Ion Concentration
  • Kourosh Mohammadi, Hasan Shokrollahi * Pages 53-66
    In this paper, the symmetric smoothed particle hydrodynamics (SSPH) as a meshless method is explained in detail. Free vibration analysis of bilayer graphenes with interlayer shear effect is modeled. The bilayer graphene is modeled as a sandwich beam with free-clamp end condition. To obtain the governing equations, each graphene layer is modeled based on the Euler-Bernoulli theory and in-plane displacements are also considered in addition to the transverse displacement. It is also assumed that the graphene layers do not have relative displacement during vibration. The results obtained by the sandwich beam model solved by SSPH method, include the first two natural frequencies of the bilayer graphenes. These results are validated by the molecular dynamic and compared with the GDQM results reported in the literature.
    Keywords: Meshless method, Bilayer Graphene, Free Vibration, Sandwich Beam Model, SSPH Method
  • Maryam Mosalsal, Mahdi Khodabandeh * Pages 67-90
    In this paper, the dynamic structure of variable pitch quadrotor and the design of a suitable controller based on mathematical modeling have been studied. The fixed pitch quadrotor because of having a simpler dynamic structure than other models has been the focus of scientific studies. This kind of quadrotors, despite their relative simplicity, creates limitations such as shortening the flight time and various maneuvers. In this paper, at first, the characteristics of variable pitch propeller are studied and compared with the fixed pitch propeller for a quadrotor. In continue, a Feedback Linearization Controllerand a Direct Adaptive Feedback Linearization Controller are used to control the Variable-Pitch quadrotor. Ultimately, the results of the proposed control are investigated via MATLAB software simulation. To better evaluate the performance of the designed controllers, the simulation results are compared with PID and Nonlinear Inverse Dynamics (NID) and Sliding Mode and Adaptive Sliding Mode controllers in the mass change condition of the quadrotor.The simulation results show that this adaptive strategy allows the quadrotor to follow variable time attitude and altitude commands more accurately, in the presence of disturbances or parameter uncertainties, compared to non-adaptive feedback linearization controllers. And also it shows that adaptive feedback linearization and adaptive sliding mode controllers have more accurate tracking with less error compared to feedback linearization, sliding mode, PID and NID controllers, respectively.
    Keywords: Variable Pitch Quadrotor, Modeling, Feedback Linearization Control, Direct Adaptive Feedback Linearization Control
  • Mohammad Aalipour, Ali Mokhtarian *, Hossein Karimpour Pages 91-104
    Spherical robots are the mobile robots with spherical shape equipped to internal drive mechanism that move on the ground due to their external shell rolling. In this research, after modeling of a pendulum type of the spherical robots, dynamic analysis of their model during planar motion on an inclined surface is performed. The motion equations of spherical robot are derived using Lagrange method. Also, a nonlinear controller based on feedback linearization methods is designed. In the following, considering non-confirm initial conditions on trajectory, parametric uncertainty and also disturbance torque on robot, the motion of robot is simulated. The results indicate that the designed controller has proper and resistant performance in tracking selected trajectory for sphere shell rotation during moving on specified inclined surface.
    Keywords: Spherical Robot, Dynamic Equations, Disturbance Torque, Parametric Uncertainty, Non-linear Control
  • Tohid Adibi *, Syad Esmail Razavi, Ehsan Abbasi Tabrizi Pages 105-125

    In this paper, the effects of tripwire in upstream of flow over a circular cylinder in a 2D channel and Re=100 has been investigated. The dimensions of the channel are 20D×50D. The distance between cylinder and wire is considered from 1.5D to 6D, and the relative size of wire is considered from 0.1D to 0.9D. The governing equations are continuity, momentum, and energy for 2D, incompressible, unsteady and vicious conditions. The no-slip condition for both cylinder wall, constant temperature for cylinder, and adiabatic wall for wire have been considered in this paper. The followed equations have been solved by the back-ward differentiate method and the CFD software - COMSOL MULTYPHISIC. The results show that the higher diameter of the wire and horizontal and vertical distances of the wire causes a higher decrease in values of cylinder’s drag and heat transfer. At all, It is found that existing of wire in upstream, decreases the drag and heat transfer of the cylinder but oscillating wire with the amplitude of 0.25D and relative distance and diameters of 3D and.3D causes increasing in discussed parameters relative to the stationary state of them.

    Keywords: Circular Cylinder, controller wire, Laminar flow, Heat transfer
  • Majid Jabbari *, Bijan Ahmadi Pages 127-139

    The reduction of electronic devices’s input power and the requirement to portable energy sources have attracted many researchers. Hence, the estimation of electrical output and modeling of piezoelectric beams have became so important. Along this efforts, dynamic stiffness method for a uniform cantilever beam with a tip mass is developed in this research and the result of this method is compared with result of analytical modal analysis method that the differences between dynamic stiffness method and analystical modal analysis method with five mode is very small. Also the dynamic stiffness matrix is developed for a two segmented beam with a tip mass. The effects of the tip mass relocating on electrical outputs and system is explored that the relocating of the tip mass from the base to the tip causes the reduction in first natural frequency of system, although the effects of this relocating on second natural frequency is alternative. Moreover, a place is proposed for the tip mass to harvest the maximum energy.

    Keywords: Dynamic Stiffness, Piezoelectric Beam, Energy Harvesting, Vibrations
  • Farnaz Hosseini *, AmirHomayoon Meghdadi, Mohsen Davazdah Emami, Ebrahim Mohseni, Nasim Najari Pages 141-155

    The initial processes that take place in the operating facilities of the pressure reduction station on natural gas do not remove all its pollutants, whether moisture or solid particles. Under such conditions, corrosion in pipelines, blockage of instrumentation equipment, and destruction of valves and regulators will be intensified, so it is necessary at distribution and pressure reduction stations to prevent gas pressure drop and damage to pipeline equipment, processes to separate solid particles. And liquefied droplets of natural gas. This report first defines natural gas flow erosion and then briefly describes the flow erosion using the Discrete Phase Method DPM and the Eulerian-Lagrangian biphasic flow, or the discrete phase abbreviated simulation using Ansys Fluent 2019R1 software. The gas-solid in the elbow deals with the welding of this elbow joint. This report describes the discrete and continuous phase flow equations. In this regard, to consider the perturbation effects of the energy-perturbation loss model (Realizable k- ), to model the behavior of particles in the vicinity of the wall and also the scattering of particles due to perturbation in the fluid phase is modeled using random tracing model. . The boundary conditions of solid particles colliding with the wall and the steps of numerical solution of the equations in the discrete phase method are explained and the present effect investigates the erosive corrosion. The results show that even in slow currents with low Reynolds number, the gas-solid fluid is heterogeneous, and increasing the diameter of the solid particles increases the heterogeneity of the gas-solid flow and ultimately causes more abrasion corrosion at the weld roughness.

    Keywords: Gas-Solid, Discrete phase, Eulerian-Lagrangian, Erosion corrosion
  • Arash Mohammadi *, Mostafa Varmazyar, Mohsen Soleimani Pages 157-175
    of combustion .In this research was conducted to study the addition of aluminum oxide nanoparticles to fuel on performance and emissions of a CI engine done. Simulation of engine combustion carried out by AVL-Fire.  In this study, in order to calculate the quantity of quality the mixing of fuel and air a modified parameter called the homogeneity factor, was used. Thus, in addition to check the quality of fuel and air mixing, the compression ignition process is also studied. According to the results obtained in this study, by adding Nano-particles of alumina to fuel, specific fuel consumption reduces. Also, the average engine exhaust emissions such as NOx and soot are reduced. These results indicate that the addition of alumina nanoparticles to fuel causes increasing the homogeneity factor of mixing of fuel and air inside the combustion chamber.
  • Ehsan Ardekani, Alireza Teymourtash, MohammadAli Ardekani * Pages 177-187

    Study of vortex shedding and flow downstream of a square bluff body can be used to a vortex flowmeter. In this paper, flow velocity, turbulence intensity and vortex shedding from a 15 mm square bluff body have been investigated experimentally using hot-wire anemometer. Results show that flow angle has little effect on flow velocity distribution and turbulence intensity. However, variations of Strouhal  number (St) with respect to the flow angle is large, so that Strouhal number at flow angle of 12° has the maximum value of 0.176 and at angle of 43°, it has the minimum value of 0.129. If the probe is placed in the region x/a=2.5 and 2.2≤y/a≤6, the velocity will be equal to the free stream velocity and the vortices will be measureable.

    Keywords: Vortex Shedding, Square bluff body, Hot-wire anemometer, Vortex flowmeter