فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و سوم شماره 5 (امرداد 1400)

  • Special Issue
  • تاریخ انتشار: 1400/05/22
  • تعداد عناوین: 20
|
  • روژین شکری، مهران تاج فر، امین جابری* صفحه 1

    در این پژوهش مشخصه های جریان جت های مایع مستطیلی تزریق شده به جریان گازی عرضی فروصوت به صورت تجربی بررسی شده است. از چهار انژکتور با نسبت منظری های 1، 2، 3 و 4 برای بررسی جت های مستطیلی استفاده شده است. فیزیک لحظه ای جریان با استفاده از عکس برداری سرعت بالا ثبت شده و پارامترهای مختلف جریان به کمک کدهای پردازش تصویر محاسبه شده اند. با توجه به تصاویر آشکارسازی جریان، رژیم های ستونی، کمانی، کیسه ای و ترکیبی (کیسه ای و برشی) مشاهده شده اند. همچنین، تاثیر نسبت مومنتوم و نسبت منظری بر مشخصه های جت مایع مستطیلی از جمله مسیر، پهنا و تشکیل کیسه بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که علاوه بر نسبت مومنتوم، عدد وبر جت نیز تاثیر بسزایی بر روی مسیر جت و پهنای جت دارد. از طرفی مشاهده شد که نسبت منظری تاثیر اندکی بر روی مسیر جت دارد. بر همین اساس، مدلی ریاضی برای تخمین مسیر جت مستطیلی ارایه شد که در آن اعداد وبر جت و گاز، و همچنین ضریب منظری به عنوان متغیرهای مدل در نظر گرفته شده اند. با توجه به نتایج به دست آمده برای پهنای جت، مشخص شد که پدیده تغییر محور به طور مستقیم موجب افزایش پهنای جت می شود.

    کلیدواژگان: جت مستطیلی، مسیر جت مایع، پهنای جت مایع، تزریق جت مایع به جریان گازی
  • مهدی اژدری مقدم*، الهام نخعی زینلی صفحه 2

    یکی از خطرهایی که هنگام عبور سیلاب های شدید سرریزها را تهدید می کند، وقوع پدیده خلاء زایی (کاویتاسیون) است. هوادهی جریان با استفاده از هواده ها، از موثرترین روش ها برای جلوگیری از وقوع این پدیده است. در این تحقیق، جهت شبیه سازی جریان عبوری از روی هواده تندآب سرریز به روش CFD، نرم افزار Flow-3D مورد استفاده قرار گرفت. جهت صحت سنجی نتایج مدل عددی که ملاک آن غلظت هوا در پایین دست هواده است، از داده های آزمایشگاهی هیگر و فیشر (2010) استفاده شده است که نتایج نشان دهنده ی تطابق مناسبی با داده های آزمایشگاهی است. سپس به بررسی تاثیر پارامترهای هندسی از جمله ارتفاع و زاویه ی رمپ، ارتفاع پله و شیب تندآب بر روند تغییرات غلظت هوا، خصوصیات جریان مانند سرعت و فشار جهت تعیین شاخص کاویتاسیون به منظور تعیین فاصله ی مناسب بین دو هواده، پرداخته شده است. تغییرات غلظت متوسط هوا بصورت لایه ای در عمق جریان و کاهش غلظت هوا بصورت تابع نمایی است. مقدار شاخص کاویتاسیون در طول 11 متر پس از هواده روی تندآب سرریز، از مقدار بحرانی بیشتر است و خطر وقوع کاویتاسیون مشاهده نمی شود. با توجه به مقدار غلظت های محاسبه شده می توان به طور کلی نتیجه گرفت که با کاهش غلظت هوا در بستر تندآب تا مقادیر 0001/0، 001/0، 01/0 و 1/0 به ترتیب برای تندآب هایی با شیب 10، 12، 30 و 50 درجه، احتیاجی به هوادهی بیشتر نیست.

    کلیدواژگان: هواده، جریان دوفازی، دینامیک سیالات محاسباتی، سرریز شوت، کاویتاسیون
  • اسلام عزت نشان*، حامد واثق نیا صفحه 3

    مطالعه کاویتاسیون، به دلیل وقوع آن در سامانه های سیالاتی مانند پمپ ها، نازل ها و افشانه ها از اهمیت زیادی برخوردار است. در مطالعه حاضر، روش شبکه بولتزمن چندفازی برای شبیه سازی عددی جریان های کاویتاسیونی توسعه داده شده است. برهم کنش و جدایش فازهای مایع و بخار با اعمال روش اختلاف دقیق صورت گرفته و جهت دستیابی به پایداری عددی با حداقل جریان های غیر فیزیکی و انطباق ترمودینامیکی بهتر نتایج عددی، از معادله های حالت مناسب استفاده شده است. در این راستا، معادلات حالت مکعبی Shan-Chen (SC) و Carnahan—Starling (CS) و معادله حالت غیرمکعبی Peng-Robinson (PR) اعمال شده اند. دقت و کارآیی الگوریتم حاضر با حل وقوع کاویتاسیون همگن و غیرهمگن مطالعه شده و نتایج بدست آمده با نتایج دیگران مقایسه شده است. الگوریتم توسعه یافته برای بررسی وقوع و رشد حباب های کاویتاسیونی و دینامیک آن به کار گرفته شده و با استفاده از هر یک از معادلات حالت، تاثیر آب دوستی و آب گریزی سطوح دیواره بر پایداری عددی و نحوه برهم کنش بین جامد و سیال و اثرگذاری آن در چگونگی وقوع پدیده کاویتاسیون و دینامیک ناحیه کاویتاسیونی در گلوگاه یک نازل همگرا-واگرا مورد مطالعه قرارگرفته است. ارزیابی نتایج حاصل از الگوریتم حاضر با نتایج موجود در منابع و مراجع نشان می دهد که روش شبکه بولتزمن چندفازی با استفاده از یک معادله حالت مناسب، قابلیت و توانمندی بسیار خوبی برای شبیه سازی جریان های کاویتاسیونی در هندسه-های کاربردی را دارا بوده و دینامیک پیچیده حباب های کاویتاسیونی را به خوبی تسخیر می کند.

    کلیدواژگان: وقوع پدیده کاویتاسیون، روش شبکه بولتزمن چندفازی، معادلات حالت، روش اختلاف دقیق
  • جلیل مظلوم*، علیرضا شمسی صفحه 4

    در این مقاله، به تحلیل عددی یک میکروپمپ جهت استفاده در کاربردهای میکروسیالاتی اشاره شده است. هر کدام از قسمت های میکروپمپ شامل میکروشیرها و محفظه ی پمپاژ، با استفاده از روش تحلیل برهم کنش سیال- جامد در فضای سه بعدی مورد بررسی قرار گرفته اند و نتایج عملکرد آن ها بصورت مستقل استخراج شده است. از این نتایج برای حل معادله فشار پمپاژ میکروپمپ استفاده شده تا به کمک آن نرخ جریان میکروپمپ در حوزه زمان بدست آید. سپس، اثرات تغییر دامنه تحریک، فرکانس تحریک و فشار معکوس بر روی نرخ جریان میکروپمپ در حوزه زمان مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی ها نشان می دهد، زمانیکه فرکانس تحریک برابر 1 هرتز است، به ازای فشار تحریک 1000، 1500 و 2000 پاسکال، نرخ جریان میکروپمپ به ترتیب برابر با 30، 48 و 65 میلی متر مکعب بر دقیقه میباشد که مقداری رایج در میکروپمپ های میکروسیالاتی و آزمایشگاه روی تراشه می باشد. همچنین زمانی که دامنه تحریک برابر 1000 پاسکال است، فارغ از فرکانس تحریک، میکروپمپ حداکثر می توان بر فشار معکوس حدود 950 پاسکال غلبه کند.

    کلیدواژگان: ریزسیالات، میکروپمپ، میکروشیر، روش اجزاء محدود، برهم کنش سیال - جامد
  • فرشاد مرادی کشکولی، مجید سلطانی*، محمدحسین حامدی صفحه 5

    امروزه با توجه به افزایش مرگ و میر ناشی از تومورهای سرطانی، توجه محققین بسیاری به یافتن روش ها و ابزارهایی جهت تشخیص و درمان صحیح تومور معطوف شده است. در میان این روش ها، استفاده از مدل های ریاضی و شبیه سازی های عددی در کنار مطالعات بالینی می تواند به درک صحیح مکانیزم دارورسانی به تومور کمک کرده، کارآیی درمان دارویی را ارتقا داده و اثر پارامترهای فیزیولوژیکی مختلف را بر رفتار تومورها نشان دهد. هدف اصلی این پژوهش استفاده از یک مدل چندمقیاسی مبتنی بر مدل سازی ریاضی و نیز دینامیک سیالات محاسباتی برای بررسی رسانش دارو به تومور و پیش بینی اثر درمان است. مدل فیزیولوژیکی واقعی تر شده ی تومور نسبت به مدل های پیشین با به دست آوردن هندسه شبکه مویرگی از یک تصویر و نیز درنظر گرفتن ناحیه نکروز و جذب سلولی مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه، مدل سازی جریان سیال و رسانش دارو در فضای میان بافتی انجام می گیرد. نسبت سلول های کشته شده توموری بعد از درمان بافت سرطانی با دوکسوروبیسین در حدود 03/69 درصد به دست آمده است. نتایج نشان می دهند که مقدار غلظت در ناحیه نکروز بسیار پایین بوده و تنها مقدار کمی دارو به واسطه دیفیوژن به درون ناحیه نکروز نفوذ می کند. یافته های مطالعه ی حاضر می تواند به درک بهتر مکانیزم دارورسانی به تومورهای جامد برای غلبه بر موانع میکرو محیطی تومور با هدف اثر بخشی بهتر درمان کمک کند.

    کلیدواژگان: رسانش دارو، تومورهای جامد، شبکه مویرگی، ناحیه نکروز، شیمی درمانی
  • امیر ترابی*، صالح اکبرزاده، بهنام اعظمی صفحه 6

    پدیده سایش و اصطکاک و راه کارهای کاهش آنها بسیار مورد توجه بوده است. یکی از این روش ها الگودهی سطح است که با استفاده از لیزر با سرعت بیشتر و دقت بالا قابل انجام است. در این پژوهش ابتدا مدل عددی برای بررسی رفتار اصطکاکی و شکل گیری لایه روانکار به صورت گذرا با وجود حفره روی سطح توسعه داده شده است. سپس اثر ایجاد بافت لیزری بر روی دیسکی از جنس فولاد ST37 در شرایط تماس خطی در رژیم روان کاری مخلوط به صورت تجربی بررسی شده است. در این پژوهش دو پارامتر ورودی سرعت خطی و بار عمودی متغیر بودند. با تغییر این پارامترها ضریب اصطکاک برحسب مسافت پس از طی مسافت 100متر اندازه گیری شده است. با بررسی های صورت گرفته مشخص گردید که با افزایش سرعت و کاهش نیروی اعمالی میزان اصطکاک کاهش پیدا می کند. با مقایسه نتایج بین دیسک های الگودهی شده و صیقلی مشخص شد که میزان ضریب اصطکاک بین 12 تا 23 درصد در بررسی تجربی کاهش یافته است درحالی که در تخمین عددی امکان داشتن کاهشی بین 25 تا 40 درصد نیز پیش بینی میشود. در سرعتهای بالا تخمینهای مدل عددی و نتایج بدست آمده از آزمایش بسیار بهم نزدیک شده اند.

    کلیدواژگان: روانکاری، بافت سطح، اصطکاک، الاستوهیدرودینامیک، لیزر
  • حسن خالقی*، اعلی صدوقی صفحه 7

    در این مقاله به بررسی و مقایسه اثر پاشش اسپری تبخیری دو هیدروکربن رایج اکسیژن دار، به ترتیب اتانول از دسته الکل و استون،از دسته کتون در محیط گازی پرداخته شده است.به منظور حصول این هدف،فاز گازی با رویکرد اولری و قطرات فاز مایع به صورت لاگرانژی شبیه سازی شده اندواندرکنش بین دوفاز به صورت دوطرفه در نظر گرفته شده است.با توجه به نتایج حاصل شده،در مدت زمان مناسب پس از پاشش اسپری،درصد کلی تبخیر استون به مراتب بیشتر از اتانول است،اما در مدت زمانهای اولیه پاشش اسپری،هردوماده نرخ کلی تبخیر مشابهی داشته اند.همچنین هردوماده،ازمنظر طول نفوذ اسپری در محیط گازی،تقریبا پیشروی یکسانی داشته اندودارای خصوصیات رفتاری یکسانی هستند.همچنین به واسطه سرعت پاشش تقریبا یکسان، اثرات نزدیک به هم و یکسانی بر روی میدان های سرعت فاز گازی از خود برجای گذاشته اند. مقایسه میدان دمای فاز گازی برای پاشش اتانول و استون پس از گذشت زمان 1.5 پس از نشان می دهد که دمای محیط گازی پس از پاشش اتانول، به واسطه دمای تبخیر و همچنین گرمای نهان تبخیر بالاتر اتانول، به مراتب کمتر از دمای محیط پس از پاشش استون است. این امر به این دلیل است که اکثر جرم تبخیر شده از قطرات در دمای ثابت و برابر دمای تبخیر آن ها رخ می دهد و همچنین این که گرمای مورد نیاز تبخیر از محیط گازی تامین میشود.

    کلیدواژگان: شبیه سازی اسپری، تبخیر، چندفازی، اولر-لاگرانژ، الکل ها
  • محسن کاظمی، امیرحسین فردی، محمدجواد مغربی* صفحه 8

    تحقیقات در مورد استفاده از مواد هوشمند در بال هواپیماها برای افزایش عملکرد آنها و به دنبال آن استفاده از مواد هوشمند در ایرفویل توربین های باد سال هاست که آغاز شده است و نتایج این پژوهش ها نیز مطلوب بوده است. در این پژوهش، از دینامیک سیالات محاسباتی و معادلات URANS برای توربین بادی داریوس مجهز به ایرفویل تغییر شکل پذیر به منظور تعیین مقطع بهینه پره استفاده شده است، 250 ایرفویل توسط نقاط کنترل تصادفی تولید، درنرم افزار گمبیت، به طور غیرسازمان یافته و به صورت شبکه لغزان شبکه بندی شدند، سپس در انسیس به صورت دو بعدی با استفاده از مدل آشفتگی k-ω SST و الگوریتم PISOشبیه سازی شدند، نقاط کنترل و ضریب توان برای آموزش شبکه عصبی مورد استفاده قرار گرفتند و از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی ضریب توان بهره گرفته شد. در این پژوهش از ایرفویل ناکا0015 به عنوان ایرفویل مبنا استفاده شده است، بهینه سازی برای دوحالت مختلف انجام شد. برای حالت اول(تعیین مقطع بهینه توربین در یک دور) میزان ضریب توان توربین بادی داریوس با مقطع بهینه واحد به میزان 42% افزایش یافت که مقطع پره (ایرفویل) نیز ترسیم شد. برای حالت دوم (تعیین مقطع بهینه در هریک از چهار ناحیه چرخش روتور) نیز بهینه ترین مقاطع (ایرفویل) بدست آمدند، افزایش 60% ضریب توان توربین نتیجه ی بهینه سازی برای حالت دوم بود

    کلیدواژگان: ضریب توان، دینامیک سیالات محاسباتی، توربین بادی داریوس، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیک
  • محمد مهدی فخاری، سید علی میربزرگی* صفحه 9

    در مقاله حاضر، یک جریان آرام فشار- محرک درون ریزمجرایی متشکل از دو صفحه موازی تخت با دیواره های ناصاف شبیه سازی شده است. ناصافی های دیواره ها دارای پروفیل سینوسی به ارتفاع نسبی 15/00≤h/H≤ می باشد. هدف اصلی مقاله، تعیین مرز تمایز زبری سطح و موانع دیواری است. معادلات حاکم جریان با استفاده از روش عددی حجم محدود در یک شبکه غیریکنواخت با تعامد حداکثر خطوط شبکه در مجاورت مرزهای ناصاف و در دستگاه مختصات عمومی دو بعدی حل شده اند. در اولین گام، ناصافی های سطح یک دیواره، به دو دسته "زبری سطح" و "موانع دیواری" تقسیم بندی شده است. سپس مرز تمایز زبری سطح از موانع دیواری با به کارگیری دو معیار کیفی و کمی تعیین شده است. بر اساس معیار کیفی، هنگامی که ناصافی های سطح از نوع زبری سطح است، توزیع فشار در خط مرکزی همانند ریزمجرای کاملا صاف، خطی است. اما هنگامی که ناصافی های سطح از نوع موانع دیواری است، توزیع فشار در خط مرکزی نوسانی است. در معیار کمی، متوسط نیروهای قایم و برشی در مجاورت سطح ناصاف محاسبه و برای مقادیر مختلف ناصافی نسبی با هم مقایسه می شوند. بر اساس نتایج، در جریان آرام درون ریزمجراهای تخت ناصاف، اولا مزر تمایز زبری سطح و موانع دیواری برابر مقدار 042/0 می باشد که مستقل از ∆p است. دوما زبری سطح بر دینامیک جریان موثر است و موجب افزایش ضریب اصطکاک و کاهش دبی جریان می شود.

    کلیدواژگان: جریان آرام فشار- محرک، ریزمجرا بین دو صفحه موازی، ناصافی سطح دیواره، زبری سطح، موانع دیواری
  • امیر مهدوی، محسن نظری* صفحه 10

    در دارورسانی هدفمند، کاربرد میکروقطرات حساس به دما به عنوان حامل‏های دارویی، اخیرا مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. در یک رویکرد، استفاده از میکروقطرات نیپام به عنوان حامل‏های دارویی حساس به دما، می‏تواند در درمان موضعی زخم‏های سوختگی مزمن و دیابتی موثر واقع شود. در این مطالعه، ابتدا ساخت یک میکروکانال جریان متمرکز شونده به روش فوتولیتوگرافی صورت پذیرفته است. سپس محلول پلیمری نیپام با درصدهای مختلف ساخته و به عنوان فاز قطره در میکروکانال استفاده شد. نتایج نشان داد که نیپام 10 درصد در واکنش پلیمریزاسیون موفق بوده و استفاده از نیپام با درصد کمتر، منجربه تولید پلیمرهای مرغوب و قابل استفاده نمی‏شود. بدین ترتیب محلول‏های نیپام 10 درصد و روغن سیلیکون به ترتیب به عنوان جریان‏های فاز میانی و فاز پیوسته مورد استفاده قرار گرفتند و میکروقطرات نیپام از طریق جریان دوفازی ایجاد شده در میکروکانال تولید شدند. اثر نسبت دبی دو جریان بر قطر قطره‏های تولیدی با استفاده از میکروسکوپ دیجیتال مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج مطالعه نشان داد که با تغییر نسبت دبی فاز منقطع به پیوسته از 0.14 به 0.84، قطر قطره‏های تولیدی از 360 به 515 میکرون افزایش می‏‏یابد. بدین ترتیب میکروقطرات تولید شده در این روش می‏توانند به عنوان حامل‏های دارویی حساس به دما در درمان زخم‏های مزمن پوستی مورد استفاده قرار گیرند.

    کلیدواژگان: میکروکانال جریان متمرکز شونده، میکروقطرات حساس به دما، نیپام، دارورسانی هدفمند
  • سید بهزاد حقی، غلامرضا صالحی، مسعود ترابی آزاد*، علی لهراسبی نیچکوهی صفحه 11

    در قسمت اول این تحقیق مبدل گاز طبیعی غیر کاتالیستی به روش عددی مورد تحلیل قرار می گیرد. معادلات حاکم شامل معادله بقای جرم، بقای اجزا، بقای اندازه حرکت و بقای انرژی است. برای مدل کردن توربولانس از رهیافت RANS استفاده می شود. مکانیزم GRI - 1.2 که شامل 177 واکنش شیمیایی بنیادی است، برای محاسبه نرخ واکنش موجود در فرآیندهای اکسیداسیون گاز طبیعی بکار برده می شود. برای مدل کردن احتراق از مدل اتلافات ادی EDC بهره گرفته می شود. نتایج فاز اول تحقیق نشان می دهد که افزایش فشار تبدیلCH4 به هیدروژن را افزایش می دهد اما از فشار 3 MPa به بالا مقدار تولید هیدروژن تقریبا ثابت می ماند. همچنین اگر نسبت اکسیژن به گاز طبیعی تا 0.66 افزایش یابد، دما افزایش یافته و غلظت CH4 در گاز سنتز خروجی کاهش می یابد. در قسمت دوم تحقیق، یک مدل عددی سه بعدی ناهمگن پایا برای مطالعه فرایند رفورمینگ بخار گاز متان، مورد بررسی قرار گرفته شده است. نتایج این قسمت از تحقیق نشان می دهد که با افزایش دمای ورودی لوله های گرم کننده، نسبت CH4/H2O به حدود 0.25 و تعداد لوله های تامین کننده گرما رفورمینگ متان افزایش می یابد. همچنین با مقایسه نتایج این شبیه سازی و تحقیقات تجربی موجود در این زمینه، می توان از نتایج این مطالعه برای توسعه مبدلهای صنعتی تولید کننده گاز هیدروژن استفاده کرد.

    کلیدواژگان: مبدل گاز طبیعی، تولید هیدروژن، روش عددی، اکسیداسیون جزئی غیر کاتالیستی، محیط متخلخل
  • بهرام احمدیان، بهمن وحیدی* صفحه 12

    مژک های اولیه اندامک هایی هستند که از سطح سلول به سمت فضای خارج سلولی بیرون زده اند و نقش گیرنده تحریک مکانیکی را در سلول به عهده دارند. به-واسطه کانال های یونی وابسته به کشش در پایه خود به عنوان عامل القای تمایز استیوژنیک به سلول بنیادی شناخته می شوند. مژک تحت تاثیر جریان سیال عبوری از سطح سلول دچار تغییر شکل می شود که این تغییر شکل باعث باز شدن کانال های یونی وابسته به کشش می گردد. در این پژوهش مژک به صورت الاستیک خطی مدل شده و پاسخ آن به جریان سیال بررسی شده است. جنبه نوآورانه این پژوهش، اعمال جریان نوسانی سیال بر مژک و ارزیابی پاسخ آن به این جریان سیال است در این پژوهش از روش برهم کنش سیال و سازه برای بررسی پاسخ مژک به جریان سیال استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که در حالت نوسانی بیشنه کرنش در پایه مژک، که کانال های وابسته به کشش تحمل می کنند بیشتر از جریان پایا است. بر همین اساس، کانال های یونی وابسته به کشش، کرنش بیشتری را تجربه خواهد کرد. به صورت کلی نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد در صورت استفاده از جریان سیال نوسانی تحریک مکانیکی توسط مژک بهتر حس شده و پیش بینی می شود در صورت اعمال جریان سیال نوسانی بر سلول بنیادی تمایز استیوژنیک در آن تسهیل یافته تر صورت گیرد.

    کلیدواژگان: جریان نوسانی سیال، مژک اولیه، حسگر تحریک مکانیکی، مکانیک سلول، برهم کنش سیال-سازه
  • معین فرمهینی فراهانی، نیما حسنوند*، مهدی بید آبادی صفحه 13

    امروزه مطالعه ی احتراق ذرات فلزی به واسطه کاربردهایی از قبیل تولید اکسید ذرات، چگالی انرژی بالا و در نتیجه افزایش دمای حاصل از احتراق،کاربردهای پزشکی و... مورد توجه است. در این پژوهش، به بررسی و ارایه مدل تحلیلی احتراق غیرپیش آمیخته ابر ذرات تیتانیوم در هندسه جریان متقابل، با رویکرد چندناحیه ای پرداخته شده است. جریان سوخت از یک سو و جریان اکسیدکننده از سوی دیگر به شکل متقابل جریان یافتند و به منظور مدلسازی تحلیلی احتراق، سه ناحیه متمایز در نظر گرفته شد. معادلات حاکم بر مسئله شامل بقای جرم اجزا و بقای انرژی بیان شد و با استفاده از شرایط مرزی و انطباقی مناسب، حل معادلات در هر ناحیه به کمک نرم افزارهای متلب و متمتیکا ارایه شد. سپس توزیع دما و کسر جرمی سوخت، اکسیدکننده و محصولات سوختی در فاز مایع برحسب مکان رسم شد و تاثیر برخی متغیرها مانند عدد لوییس، اندازه قطر ذرات و غلظت جرمی ذرات بر شعله مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده گردید که در غلظت 300 گرم بر مترمکعب با افزایش عدد لوییس سوخت از 0.6 تا 1.4 میزان دمای شعله از 3600 کلوین تا 3050 کلوین کاهش یافت و همچنین مکان شعله به سمت نازل اکسیدکننده منتقل شد و علت این موضوع کاهش نفوذ جرم توجیه شد.همچنین با افزایش قطر ذرات سوخت از 2تا200 میکرون،دما شعله از 3600 کلوین به 3400 کلوین تغییر یافت.

    کلیدواژگان: احتراق ذرات تیتانیوم، احتراق غیر پیش آمیخته، هندسه جریان متقابل، عدد لوئیس، مدل تحلیلی
  • علی صداقت، علی حکاکی فرد* صفحه 14

    پمپ های حرارتی منبع زمینی به دلیل ضریب عملکرد بالا موردتوجه بسیاری قرارگرفته اند. در این سیستم ها از زمین به عنوان منبع گرم/سرد برای پمپ های حرارتی استفاده می شود و انتقال حرارت بین منبع زمین و پمپ حرارتی به وسیله مبدل حرارتی زمینی صورت می گیرد. در این پژوهش عملکرد بلندمدت و هزینه اولیه این سیستم ها با سیستم های متداول منبع هوایی در منطقه ای گرمسیر مقایسه شده است. برای بررسی عملکرد سیستم منبع زمینی، با استفاده از نرم افزار فلوینت به مدل سازی عددی مبدل حرارتی زمینی افقی خطی زمینی به صورت ساعتی و برای دوره ای پنج ساله در بندرعباس پرداخته شده است. همچنین برای بررسی بهتر، طول، فاصله، عمق و قطر های مختلفی برای لوله های مبدل حرارتی در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد که ضریب عملکرد پنج ساله و راندمان پنج ساله اگزرژی سیستم منبع زمینی به ترتیب 19/9 الی 24/30 درصد و 5/95 الی 6/55 درصد نسبت به سیستم منبع هوایی بیش تر است. بااین حال، به ازای تامین هر کیلووات بیشینه بار ساختمان در سال، هزینه اولیه سیستم منبع زمینی 1/2 الی 2/5 میلیون تومان بیشتر از سیستم منبع هوایی است. همچنین بر اساس نتایج با کاهش طول مبدل حرارتی، هزینه اولیه کاهش و عملکرد سیستم افزایش می یابد، فاصله بین لوله ها بیشترین تاثیر را در سطح زمین موردنیاز دارد، عمق بیش ترین تاثیر را در هزینه اولیه و ضریب عملکرد سیستم دارد و قطر لوله تاثیری بر عملکرد سیستم ندارد.

    کلیدواژگان: پمپ حرارتی منبع هوایی، پمپ حرارتی منبع زمینی، مبدل حرارتی افقی خطی، پارامتر های هندسی، عملکرد سالانه
  • محمد صفرزاده، قاسم حیدری نژاد، هادی پاسدار شهری* صفحه 15

    زمانی که آتش درون اتاق به حالتی بحرانی می رسد، با خروج از اتاق می تواند برای طبقات بالاتر خطراتی ایجاد کند. در این مقاله حالت‏های آتش با تهویه ‏ی بیشتر و کمتر از حالت بحرانی موردبحث قرار می‏گیرد و میدان دما، سرعت و گونه‏ های مضر در این حالت ها بحث می‏شود. یک ساختمان دو طبقه با استفاده از روش شبیه‏ سازی گردابه‏ های بزرگ و الگوریتم پیمپل در نرم‏افزار اپن.فوم برای سه نرخ آزادسازی حرارت 500، 1000 و 5000 کیلووات شبیه‏ سازی و نحوه ‏ی انتشار آتش و دود به طبقه‏ ی بالا بررسی می‏شود. به منظور تحلیل دقیق گونه‏ های سمی، از مدل احتراقی اف.جی.ام در شبیه ‏سازی استفاده می‏شود و نتایج این مدل احترافی با نتایج تجربی مقایسه می‏گردد، که نتایج این مدل احتراقی کمتر از 15 درصد اختلاف با نتایج تجربی دارد. با افزایش آزادسازی حرارت درون اتاق آتش، طبقه‏ی بالا بیشتر در معرض خطرات آتش‏سوزی قرار می‏گیرد؛ به گونه ای که اگر میزان آزادسازی حرارت 5000 کیلووات باشد، دما در طبقه‏ی دوم به 390 کلوین و گونه‏ ی سمی مونواکسید کربن به 25 پی.پی.ام می‏رسد. در حالتی که میزان دبی سوخت از 1000 کیلووات پایین تر باشد، طبقه‏ ی بالا در معرض خطر خاصی قرار نمی‏گیرد. در حالت کلی میزان نفوذ منواکسید کربن به طبقه‏ ی دوم کمتر از حد مجاز سمی بودن برای انسان (25-50 پی.پی.ام) است و طبقه‏ ی دوم ازنظر گاز مونواکسید کربن در معرض خطر خاصی قرار نمی‏گیرد.

    کلیدواژگان: آتش در ساختمان، شبیه ‏سازی گردابه‏های بزرگ، تهویه‏ی طبیعی، مدل احتراقی اف.جی.ام
  • مریم سلاجقه، مهران عامری* صفحه 16

    یکی از راه های تامین آب در صورت عدم وجود منابع کافی آب، شیرین سازی آب های شور و لب شور است. فرایند انجماد هم یکی از روش-هایی است که برای تولید آب شیرین استفاده می شود. هدف از این مطالعه بررسی نمک زدایی انجمادی به همراه سیستم تبرید است. جهت سرمایش مورد نیاز در سیستم نمک زدایی انجمادی پژوهش حاضر از سیستم تبرید دی اکسیدکربن استفاده شده است و اواپراتور و کندانسور سیستم تبرید به ترتیب به عنوان کریستالایزر و ذوب کننده سیستم آب شیرین کن انجمادی قرار گرفته اند. در این پژوهش، آنالیز ترمودینامیکی سیستم با استفاده از نرم افزار EES انجام شده است. همچنین اثر پارامتر های مهم از جمله غلظت نمک در آب شور ورودی، دمای آب شور ورودی، دما و خلوص آب شیرین تولیدی و نسبت یخ تشکیل شده بر ضریب عملکرد سیستم تبرید و مصرف انرژی سیستم آب شیرین کن انجمادی بررسی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش غلظت نمک در آب شور تغذیه و دمای آب شور تغذیه، مصرف انرژی سیستم افزایش می یابد، همچنین افزایش نسبت یخ تشکیل شده باعث افزایش انرژی مصرفی می شود. با توجه به پایین بودن دمای کندانسور و عملکرد سیستم تبرید در شرایط فروبحرانی، سیستم ترکیبی پژوهش حاضر از لحاظ مصرف انرژی مقرون به صرفه است.

    کلیدواژگان: آب شیرین کن انجماد غیر مستقیم، کریستالایزر، نرخ بازیابی، نسبت یخ تشکیل شده، مصرف انرژی ویژه
  • وحید فهمیده، فرامرز سرحدی*، مهدی هدایتی زاده، فاطمه صبح نمایان صفحه 17

    هدف پژوهش حاضر بررسی عملکرد حرارتی سیستم خشک کن خورشیدی گلخانه ای مجهز به سلول های فتوولتاییک و ماده تغییرفازدهنده می باشد. معادلات حاکم بر مسئله توسط نوشتن تعادل انرژی برای اجزا مختلف سیستم شامل مدول فتوولتاییک، هوای محفظه گلخانه ای، محصول، صفحه جاذب و ماده تغییرفازدهنده به دست آمده است. از یک مدل تجربی برای محاسبه توان الکتریکی مدول فتوولتاییک استفاده شده است. به منظور محاسبه پارامتر های حرارتی و الکتریکی سیستم شامل دمای سلول خورشیدی، دمای هوای محفظه گلخانه ای، دمای محصول، دمای ماده تغییرفازدهنده، دمای صفحه جاذب و توان الکتریکی، معادلات حاکم بر عملکرد سیستم توسط روش های عددی حل شده است. همچنین رابطه ای برای بازده کلی انرژی سیستم معرفی شده است. نتایج مدل سازی تحقیق حاضر در توافق خوبی با داده های تجربی گذشتگان می باشد. نتایج به دست آمده برای یک روز نمونه شهر زاهدان نشان می دهد که ماده تغییرفازدهنده با ذخیره حرارت اتلافی سیستم در طول روز و با پس دادن آن در طول شب امکان ادامه فرایند خشک کردن محصول در شب هنگام به خوبی فراهم می آورد به نحوی که میزان تبخیر کلی در حدود 38.76% افزایش می یابد. حداکثر بازده انرژی سیستم در حدود 15% است.

    کلیدواژگان: خشک کن خورشیدی گلخانه ای، سلول فتوولتائیک، ماده تغییرفازدهنده، بازده انرژی
  • علی اکبر عباسیان آرانی*، جواد امینی فروشانی، محمد گندمکار صفحه 18

    در این تحقیق تابع تخمین تابش خورشیدی بر اساس جرم هوا و آمار روزهای آفتابی و ابری جهت استفاده در مدل سازی عددی استخرهای خورشیدی معرفی شده است. استخرهای خورشیدی یکی از روش های جذب تابش خورشیدی و ذخیره سازی آن به صورت حرارت با دوره-های ذخیره طولانی مدت می باشند. این تحقیق با کد شبیه سازی یک بعدی، نسبت به تحلیل عملکرد حرارتی استخرهای خورشیدی گرادیان نمک اقدام می نماید. در مدل سازی عددی با حذف فرضیات معمول، شرایط محیطی به صورت واقعی تر لحاظ شده اند. این شرایط دمای محیط متغیر برحسب روز و ساعت، تابعیت خواص محلول آب و نمک از دما و غلظت، متغیر شدت تابش بر حسب زاویه فراز خورشید و تاثیر سایه دیوارها در استخر بوده است. تحلیل گذرا انجام شده و شرایط روز و شب لحاظ شده اند. نوآوری روش مورد استفاده، مربوط به تخمین شدت تابش خورشیدی با استفاده از مفهوم جرم هوا و مقدار ابری بودن آسمان بوده است. رابطه ای نوین جهت محاسبه فاکتور پوشش ابر ارایه نموده، که از آمار روزهای ابری و نیمه ابری محل وقوع استخر استخراج گردیده و شدت تابش با میزان اندازه گیری شده تجربی مقایسه شده است. از رابطه پیشنهاد شده می توان به تخمین شدت تابش برای محل هایی که آمار و یا ابزار و تجهیزات برای ثبت شدت تابش وجود ندارد اشاره کرد. شدت تابش بدست آمده در مدل سازی عددی استخر خورشیدی مورد تحقیق با نتایج تجربی موجود تطابق خوبی دارد.

    کلیدواژگان: استخر خورشیدی، شبیه سازی عددی، تخمین شدت تابش، سیستم ذخیره انرژی، انرژی خورشیدی
  • مسعود خسروداد، حمیدرضا گشایشی، علیرضا علیزاده جاجرم*، حسین محسنی فدردی، کاظم بشیرنژاد صفحه 19

    لوله حرارتی نوسانی، فناوری نوینی است که با وجود ساختاری ساده، نرخ انتقال گرمای بسیار بالایی دارد. به دلیل وجود جوشش و چگالش در حین کارکرد، لوله حرارتی نوسانی قابلیت انتقال گرما با اختلاف دمای کم، بدون نیاز به توان خارجی، انتقال گرمای بالا و حجم کوچک را دارا است. هدایت حرارتی معادل لوله حرارتی نوسانی می تواند تا چند صد برابر بهترین رساناها مانند مس برسد. در این پژوهش به بررسی آزمایشگاهی اثر نانوسیال کربوکسیل نانو لوله های کربنی چند جداره با سیال پایه آب با کسر حجمی 0/1 درصد با اواپراتوری شیاردار در لوله حرارتی نوسانی سه بعدی با ساختاری جدید پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که با استفاده از این نانوسیال، مقاومت حرارتی حدود 13% کاهش می یابد. همچنین در نسبت پرشدگی 60% در مقایسه با 50% اختلاف دمای کندانسور و اواپراتور 8 درجه سانتیگراد کاهش یافته و مقاومت حرارتی نیز 6/4%، کمتر شده است. شیاردار کردن اواپراتور باعث اختلاط و آشفتگی جریان درون لوله و افزایش انتقال حرارت شده است. نتایج نشان داد با افزایش بار حرارتی ورودی، مقاومت حرارتی کاهش می یابد. همچنین با کاهش اختلاف دمای اواپراتور و کندانسور مقاومت حرارتی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: لوله حرارتی نوسانی سه بعدی، نانوسیال، کربوکسیل نانولوله کربنی چندجداره، شیاردار
  • حمیدرضا عسکری فرد جهرمی، افراسیاب رئیسی*، بهزاد قاسمی، افشین احمدی ندوشن صفحه 20

    در این مقاله، جریان دوبعدی انتقال حرارت جابجایی توام سیال بینگهام در بین دو استوانه هم مرکز بدون استفاده از روش تنظیم کننده مورد مطالعه عددی قرارگرفته است. دمای دیوار داخلی، که با سرعت ثابت در حال دوران است، از دمای دیوار ساکن بیرونی بیشتر است. مسئله بر اساس روش حجم محدود و با استفاده از الگوریتم غیرتکراری پیزو حل شده است. بدین منظور یکی از حل کننده های نرم افزار اپنفوم برای حل دقیق جریان بینگهام توسعه داده شد. ابتدا حل کننده توسعه یافته اعتبار سنجی شد. سپس با ثابت در نظر گرفتن پارامترهای نسبت منظری ، عدد رینولدز ، عدد پرانتل و عدد گراشف ، اثر تغییرات عدد بینگهام در محدوده بر رفتارهای هیدرودینامیکی و حرارتی مسئله همچون شکل و اندازه نواحی تسلیم نشده، خطوط جریان، توزیع سرعت، عدد ناسلت موضعی و میانگین، ضریب گشتاور و توزیع تنش مماسی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که با افزایش عدد بینگهام نواحی تسلیم نشده توسعه می یابد و میزان انتقال حرارت و عدد ناسلت کاهش و ضریب گشتاور افزایش می یابد. همچنین بازه تغییرات عدد ناسلت موضعی و تنش مماسی بر روی دیوار داخلی با افزایش عدد بینگهام کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: مطالعه عددی، انتقال حرارت، جابجایی توام، سیال بینگهام، دو استوانه هم مرکز
|
  • Rojin Shokri, Mehran Tadjfar, Amin Jaberi * Page 1

    Rectangular liquid jets injected into gaseous crossflow were experimentally investigated. In this study, water was used as the working fluid. Four rectangular injectors with aspect ratios of 1, 2, 3 and 4 were manufactured to study the physics of the jet flow. Diffused backlight shadowgraphy along with high speed photography was employed to capture the instantaneous physics of the liquid jet flow. Based on the flow visualizations, different breakup regimes including column breakup, arcade breakup, bag and multiple breakup were identified. Trajectory and width of the liquid jets were measured using an in-house image processing program. Effects of momentum ratio, aspect ratio and gas velocity on trajectory and width were investigated. The results showed that the momentum ratio most effective on the jet trajectory and aspect ratio was of least importance. A mathematical model was suggested to estimate the trajectory of liquid jets. In this model, jet Weber number, gas Weber number and aspect ratio were introduced as the variables. Furthermore, it was revealed that aspect ratio directly influences the jet width since it changes the axis-switching characteristics of the liquid jet.

    Keywords: Rectangular jet, liquid jet trajectory, liquid jet width, liquid jet into gaseous crossflow
  • Mahdi Azhdary Moghaddam *, Elham Nakhaei Zeinali Page 2

    One of the dangers that threatens spillways when excessive flooding pass is cavitation. Flow aeration using aeration systems has been used as one of the most effective methods to prevent the occurrence of this phenomenon. In this research, Flow-3D software was used to simulate flow through the spillway aerator of chute in CFD-method. To validate the results of a numerical model, Hager and Pfister (2010) laboratory data are used and the results indicate that they are in good agreement with the laboratory data. Then, the effect of geometric parameters such as height and angle of ramp, offset height and chute slope on the changes in air concentration, flow characteristics such as velocity and pressure to determine the cavitation index in order to determine distance between two aerators was explained. The average air concentration is as layer changes in the depth of flow and the reduction of air concentration is as exponential function. The value of the cavitation index is greater than the critical value during 11 meters after aerator in the chute spillway and there is no risk of cavitation occurrence. Considering the calculated concentrations, it can generally be concluded that by decreasing the air concentration in the chute bed to the values of 0.0001, 0.001, 0.01 and 0.1, chutes with slopes of 10, 12, 30 and 50 degrees do not require more aeration, respectively.

    Keywords: Aerator, Two phase flow, computational fluid dynamics, Chute spillway, Cavitation
  • Eslam Ezzatneshan *, Hamed Vaseghnia Page 3

    The study of cavitation inception is crucial in several hydraulic machines, e.g. pumps, nozzles and sprays. In the present study, a multiphase lattice Boltzmann method (LBM) is implemented for simulation of the cavitation bubbles dynamics and characteristics of cavitating flows. The effect of employing various equations of state (EoS) is investigated on the computing of interaction forces and the phase separation between the liquid and its vapor in the cavitating flows. Herein, the cubic EoSs of Shan-Chen (SC) and Carnahan-Starling (CS) and the non-cubic EoS of Peng-Robinson (PR) are applied. The exact difference method is imposed to improve the numerical stability for simulation of two-phase flow systems. The accuracy and efficiency of the present method are examined by comparison of the results obtained for the homogeneous and heterogeneous cavitation with those of reported in the literature. Then, the implemented multiphase LBM is used for studying the inception and growth of the cavitation bubbles in the throat of a venturi. The effect of hydrophobicity and hydrophobicity of the nozzle wall on the cavitation dynamics is investigated and a detail discussion is made for the results from the numerical and physical point of view. Evaluation of the present results shows that the multiphase LBM with incorporating an appropriate equation of state has excellent capability for prediction of the bubble dynamics and cavitating flow characteristics in applied geometries.

    Keywords: Cavitation inception, Multiphase lattice Boltzmann method, Equations of state, Exact difference method
  • Jalil Mazloum *, Alireza Shamsi Page 4

    In this paper, we mentioned to a numerical analysis method for simulation of a micropump for microfluidic applications. Each sections of the micropump, including microvalves and pumping chamber, were studied using three-dimensional fluid-structure interaction analysis and their operational characteristic equations were extracted independently. These extracted equations were used to solve time-domain pressure equation and to obtain the flow rate of micropump. Afterwards, we were able to study different effects of actuation pressure and actuation frequency on micropump’s flow rate with and without the presence of outlet backpressure. The results show that when actuation frequency is 1 Hz and actuation pressures is equal to 1000, 1500, 2000 Pa, pumping flow rate reaches to 30, 48 and 65 mm3/min, respectively. Also, this micropump can overcome maximum backpressure of approximately 950 Pa when it was actuated using pressure of 1000 Pa, regardless of its actuation frequency. These simulated results reasonably agreed to the microfluidic and lab-on-a-chip applications. a a a a a a a a aa a a a aa a a a aa a a a a

    Keywords: Microfluidics, Micropump, Microvalve, finite element method, Fluid-Structure Interaction
  • Farshad Moradi Kashkooli, Majid Soltani *, MohammadHosein Hamedi Page 5

    Due to the high mortality rates associated with cancerous tumors, many researchers are focused on finding methods and tools for early detection and effective treatment. Among these, mathematical models and numerical simulations along with clinical studies can help provide better understanding of drug delivery mechanisms, enhance the efficacy of therapy, and demonstrate the effect of various physiological parameters on tumor behavior. The main objective of this study is to use a multiscale model based on mathematical modeling and computational fluid dynamics to evaluate drug delivery to a solid tumor and to predict treatment efficacy. A more-realistic physiological model of the tumor compared to the previous models is examined by obtaining the capillary-network’s geometry from an image, as well as by considering the necrotic area and cellular uptake. Fluid flow modeling and drug delivery simulation are then performed for the interstitium. The fraction of killed cells is obtained approximately 69.03% after the cancerous tissue is treated with doxorubicin. Results also demonstrate that the drug concentration in the necrotic area is very low; only a small amount of the drug penetrates into the necrotic area by diffusion. The findings of this study may help researchers better understand the mechanism of drug delivery to solid tumors, —a necessary step in overcoming the micro-environmental barriers of tumors that impede treatment efficacy.

    Keywords: Drug delivery, Solid tumors, Capillary network, Necrotic zone, Chemotherapy
  • Amir Torabi *, Saleh Akbarzadeh, Behnam Azami Page 6

    The phenomenon of abrasion and friction in mechanical mechanism and the ways to reduce them have been highly regarded. One of these methods is surface texturing, which can be accomplished using a laser with high speed and accuracy. In this study, a precise numerical model is developed to investigate the frictional behavior of the dimple transient film formation effect. Then the effect of laser made textures on a ST37 steel disc is studied experimentally in linear contact situation in the mixed lubrication regime. In this study, the friction coefficient is measured after 100m distance for different input important parameters of velocity and vertical load. Results have shown that friction coefficient decreases with increasing speed and decreasing applied force. Comparison of the results between the textured and smooth discs showed that the friction coefficient decreased by 12 to 23% in the experimental study, while numerical estimates of the possibility of a decrease of between 25 and 40% were also predicted. At high velocities, the numerical model estimates and the results of the experiment are very close.

    Keywords: Lubrication, Textured surface, Friction, Elastohydrodynamic, Laser
  • Hassan Khaleghi *, Ala Sadooghi Page 7

    In this paper, the effect of evaporating sprays of Ethanol and Acetone injected into a cylindrical gaseous environment is numerically investigated. To make this investigation the Eulerian gas phase equations together with the Lagrangian liquid phase equations are solved assuming a two-way coupling between the two phases. According to the results, after a certain time from the start of injection, the overall percentage of total evaporation of acetone becomes significantly higher than ethanol, but at the early spraying time, both alcohols had similar overall evaporation rates. Also, in terms of spray tip penetration, they have almost the same amount of progress and more or less the same behaviour. Also due to the almost identical injection flow rate of the droplets, the effects on the velocity fields in the gas phase have been almost similar. The important point to compare is the gas phase temperature field for both sprays after 1.5 ms of injection. Due to the fact that most of the evaporation occurs when the particles reach boiling temperature and the fact that all the heat required for evaporation is taken from the gas phase, the ambient temperature becomes much lower in ethanol spray because ethanol’s boiling temperature and latent heat are both much higher than acetone.

    Keywords: Spray modeling, Evaporation, Multiphase flow, Eulerian-Lagrangian, Alcohol
  • Mohsen Kazemi, Amirhossein Fardi, MohammadJavad Maghrebi * Page 8

    With the advent of smart materials in recent years, the aviation industry and airfoils have undergone many changes. Research into the use of smart materials in aircraft wings to increase their performance and then the use of smart materials in wind turbine airfoils has begun. In this study, computational fluid dynamics and URANS equations for a three-bladed Darrieus wind turbine equipped with a morphing airfoil was used to determine the optimum blade cross-section. 250 airfoils were generated by random control points, in Gambit software, they were unstructured and generated as a sliding mesh then they were simulated in 2D Ansys using the k-ω SST turbulence model and PISO algorithm. Control points and power coefficient were used for Artificial Neural Network (ANN)training and the Genetic Algorithm(GA) was used to optimize the power coefficient. In this study, the base airfoil is NACA0015. The results of that have been very effective. For the first case (Determine the optimal cross-section of the turbine at a full round) the power coefficient of Darrieus wind turbine with the optimal cross-section increased by 42%, and the blade section(airfoil) was also drawn. For the second case(Determine the optimal cross-section in each of the four zones of the rotor), the most efficient sections(airfoils) in four-zone were obtained, increasing the turbine power coefficient by 60% was the result of this optimization.

    Keywords: power coefficient, computational fluid dynamic, Darrieus wind turbine, ANN, GA
  • MohammadMahdi Fakhari, Seyed Ali Mirbozorgi * Page 9

    In the present study, a laminar pressure-driven flow within a microchannel consisting of two parallel flat plates with rugged walls has been simulated. Walls ruggednesses have sinusoidal profiles with relative heights of 0≤h/H≤0.15. The main purpose is the determination of differentiation boundary of surface roughness and wall blocks. The flow governing equations in a system of two-dimensional general coordinates are solved using finite-volume numerical method in a non-uniform grid with maximum orthogonality of grid lines adjacent to rugged boundaries. In the first step, the surface ruggednesses of wall are divided into two categories: “surface roughness” and “wall blocks”. Then, the differentiation boundary of surface roughness from wall blocks is determined by applying two qualitative and quantitative criteria. According to the qualitative criterion, when the surface ruggedness is surface roughness, the pressure distribution at the centerline remains as linear as a perfectly smooth microchannel. But when the surface ruggednesses are wall blocks, however, the pressure distribution at the centerline is oscillating. Also, on the quantitative criterion, the average shear and normal forces just adjacent to the rugged surfaces are calculated and compared for different relative ruggednesses. According to the results, in the laminar flow within the rugged planar microchannels, firstly, ├ h/H┤|_cr is 0.042 which is independent of Δp. Secondly, the surface roughness affect the flow dynamics and increase the friction factor and decrease the flow.

    Keywords: laminar pressure-driven flow, microchannel between two parallel plates, wall surface ruggedness, Surface roughness, wall blocks
  • Amir Mahdavi, Mohsen Nazari * Page 10

    In targeted drug delivery, the use of temperature-sensitive microparticles as drug carriers has been the subject of many researchers recently. In one approach, the use of NIPAM microparticles as temperature-sensitive drug carriers can be effective in the topical treatment of chronic, diabetic or burned wounds. In this study, we first fabricated a flow focusing microchannel by photolithography. Then NIPAM solution was made with different percentages and used as the drop phase in the microchannel. The results showed that the use of 10% of NIPAM was successful in the polymerization reaction and the use of NIPAM with a lower percentage didn't show any result in the production of high quality and usable polymers. Thus the NIPAM solutions and silicone oil were used as discrete and continuous phases, respectively, and the NIPAM microparticles were produced through the two-phase flow generated in the microchannel. The effect of flow ratio on the diameter of droplets produced was evaluated using a digital microscope. The results of the study showed that by changing the ratio of discrete phase to continuous phase from 0.14 to 0.84, the droplet diameter increased from 360 to 515 microns. Thus, the microparticles produced in this method can be used as temperature-sensitive drug carriers in the treatment of chronic wounds.

    Keywords: flow focusing device, Thermoresponsive microparticles, NIPAM, Targeted drug delivery, Photolithography
  • Seyed Behzad Haghi, Gholamreza Salehi, Masoud Torabi Azad *, Ali Lohrasbi Nichkouhi Page 11

    In the first part of this research, non-catalytic natural gas converter is analyzed numerically. The GRI-1.2 mechanism, which includes 177 basic chemical reactions, is used to calculate the reaction rate in natural gas oxidation processes. The EDC waste loss model is used to model combustion. Due to the fact that the calculations have been done for a very large natural gas converter, a symmetric axial model is used to reduce the computational costs. The results of the first phase of the study show that increasing the pressure increases the conversion of CH4 to hydrogen, but from a pressure of 3 MPa and above, the amount of hydrogen production remains almost constant. In addition, with increasing the ratio of water vapor to natural gas, the maximum flame temperature in the converter decreases and the molar fraction of H2 / CO in the output increases. In the second part of the research, a stable three-dimensional heterogeneous numerical model for studying the methane vapor vapor reforming process is investigated. The results show that by increasing the inlet temperature of heating pipes, the CH4 / H2O ratio increases to about 0.25 and the number of methane heat supply pipes increases. Also, by comparing the results of this simulation and the existing experimental research in this field, the results of this study can be used for the development of industrial.

    Keywords: Natural gas converter, Hydrogen Production, numerical method, non-catalyst partial oxidation, Porous medium
  • Bahram Ahmadian, Bahman Vahidi * Page 12

    Primary Cilia is appendage that extrudes from cell surface into the extracellular matrix .These organelles play a sensor role for mechanical stimulation in the cell and due to stretch ion channels in its base, play critical role in induce osteogenic differentiation of stem cells. Primary cilia deflected under fluid flow passing through the surface of the cell, which deflection causes tensile ion channels to be opened. In this study, cilia is assumed as linear elastic. The innovative aspect of this research is exerting of oscillatory fluid flow to the primary cilia and evaluating the response of cilia to the fluid flow. The results show that under conditions of exerting the oscillatory fluid flow, maximum strain occur in the base of the cilia which is experienced by tensile ion channels, is 0.5 and in the condition of steady flow is 0.3, Accordingly, mechanical stimuli are sensed by the tensile ionic channels during oscillatory flow higher than steady flow. osteogenic differentiation of stem cells, in addition, the result showed that by using the oscillatory fluid flow the mechanical stimulation better senses by cilia and It is anticipated that exerting oscillatory fluid flow facilitate osteogenic differentiation of stem cell.

    Keywords: Oscillatory fluid flow, Primary cilia, Mechanotransduction, Cell mechanics, Fluid-Structure Interaction
  • Moein Farmahini Farahani, Nima Hasanvand *, Mahdi Bidabadi Page 13

    Today,the study of combustion of metal particles is considered due to applications such as particle oxide production, high energy density and thus increasing the temperature resulting from combustion, medical applications,etc.In this study,the analytical model of titanium dust cloud combustion in counter-flow geometry with a multi-zone approach is examined and presented.Fuel flows on the one hand and oxidizing currents on the other flowed as counter-flow,and in order to analytical modeling,three distinct areas were considered.The equations governing,including the mass fractional survival of the components and the survival of the energy, were expressed and,using appropriate boundary and adaptive conditions,the solution of the equations in each zone was presented using Matlab and Mathematica softwares.Then the temperature distribution and mass fraction of fuel, oxidizer and fuel products in the liquid phase were plotted according to location and the effect of some variables such as Lewis number,particle diameter and mass particle concentration on the flame was investigated. It was observed that with increasing Lewis fuel number from 0.6 to 1.4 at 300 g/m3, the flame temperature decreased from 3600 Kelvin to 3050 Kelvin and also the flame location was transferred to the oxidizer nozzle and the reason for this was the reduction of mass penetration. Also with increasing particle diameter of fuel from 2μm to 200μm, temperature of the flame was shifted from 3600 K to 3400 K.

    Keywords: Combustion of titanium particles, non-premixed combustion, counter-flow geometry, Lewis number, Analytical model
  • Ali Sedaghat, Ali Hakkaki Fard * Page 14

    Ground source heat pumps (GSHPs) have received much attention due to their high coefficient of performance (COP). In these systems, the ground is used as a sink/source for heat pumps and the heat transfers between the ground and the heat pump is performed by the ground heat exchanger (GHE). In this study, the long-term performance and initial cost of these systems have been compared with conventional air-source systems in a hot region. To evaluate the performance of the GSHP, using fluent software, numerical modeling of a linear horizontal GHE was carried out in Bandar-Abbas. Also, the effect of various system operating parameters, i.e., length, distance, buried depth, and diameter of GHE pipes have been studied. According to results, the five-year COP and exergy efficiency of GSHP systems is 19.9% to 24.30% and 5.95% to 6.55%, respectively, more than that of the air-source system. However, 1.2 to 2.5 million Tomans is needed as the installation cost for each kW of maximum building load per year. Also, it is demonstrated that by reducing the length of the GHE, the initial cost is reduced, and the performance increases, the pipe spacing is the most important factor in the required ground surface, the depth has the most impact on the initial cost and the performance, and the pipe diameter does not affect the system performance.

    Keywords: Air source heat pump, Ground source heat pump, linear horizontal heat exchanger, geometric parameter, annual performance
  • Mohamad Safarzadeh, Ghassem Heidarinejad, Hadi Pasdarshahri * Page 15

    When the fire in the room reaches a critical state, the leaving hot gases can create hazards for the upper floors. In this paper, different fire cases with more and less natural ventilation than the critical state are discussed, and the temperature, velocity, and toxic species are discussed. A two-floor building is simulated using a large eddy simulation and PIMPLE algorithm at different fuel flow rates and how the fire spreads upstairs is examined. Fuel flow rates are considered at three heat release rates of 500, 1000 and 5000 kW. In order to accurately analyze toxic species, the FGM combustion model is used and the results are compared with the experimental results. The relative error are less than 15%. With increasing fuel heat release rates, the upper floor is more exposed to fire hazards such that if the heat release rates is 500 kW, the temperature in the second floor reaches 390 Kelvin and the carbon monoxide species reaches 25 ppm. But if the heat release rates is below 1000 kW, the upper floor will not be at particular risk. Generally, the level of diffusion of carbon monoxide into the second floor is lower than the toxicity level for humans (25-50 ppm) and the second floor is not particularly endangered for carbon monoxide gases.

    Keywords: Compartment fire, Large Eddy Simulation, Natural Ventilation, FGM combustion model
  • Maryam Salajeghe, Mehran Ameri * Page 16

    The world is currently facing the prospect of a severe global shortage of fresh water. Desalination of seawater can provide an almost inexhaustible source of freshwater if it can be made affordable. Freezing is a well-known technique for water desalination. The carbon dioxide refrigeration system is used for cooling required in the freezing desalination system and the evaporator and condenser of the refrigeration system are respectively crystallized and melted in the freezing desalination system. In this paper the basic principles of freeze concentration processes are presented and a model of a freeze desalination that coupled with CO2 refrigeration has been developed based on the theories of heat and mass transfer. To examine the performance of the system, a parametric study is performed to investigate the effect of different parameters such as FD feed temperature, feed concentration, distillate temperature, distillate concentration and FD recovery ratio on COP and energy consumption have been explored. It can be concluded that increasing the feed concentration and feed temperature is accompanied with the reduction of COP and a raise in SEC. Increasing the ice fraction also increases the SEC system. Freezing desalination System in the present study is comparable in energy consumption to reverse osmosis desalination system.

    Keywords: Indirect freeze desalination, Ice crystallization, recovery rate, Ice fraction, SEC
  • Vahid Fahmideh, Faramarz Sarhaddi *, Mahdi Hedayatizadeh, Fatemeh Sobhnamayan Page 17

    The purpose of the present study is to investigate the performance evaluation of a greenhouse solar dryer equipped with photovoltaic cells and phase change material. The governing equations of problem is obtaind by writing the energy balance for the various component of the system including photovoltaic module, greenhouse chamber air, crop, absorber plate and phase change material. An empirical model is used to calculate the electrical power of photovoltaic module. In order to calculate the thermal and electrical parameters of the system including photovoltaic cells temperature, the temperature of greenhouse chamber air, crop temperature, phase change material temperature, absorber plate temperature and electrical power, the governing equations on the system performance is solved by numerical methods. Also, a relation for the overall energy efficiency of the system is introduced. The modeling results of the present study is in good agreement with the experimental data of the previous literature. The results obtained for the sample day of Zahedan show that the phase change material by storing the system loss heat during the day and releasing it at night enables the crop drying process to continue well into the night, so that the overall evaporation rate increases by about 38.76%. The maximum energy efficiency of the system is about 15%.

    Keywords: Greenhouse solar dryer, Photovoltaic cell, Phase change material, Energy Efficiency
  • AliAkbar Abbasian Arani *, Javad Amini Froshani, Mohammad Gandomkar Page 18

    This paper introduces solar radiation estimation function based on air mass and the statistics information about sunny and cloudy days for use in numerical modeling of solar ponds. Solar ponds are one of the methods of absorbing solar radiation and storage it with long storage periods. By using one-dimensional simulation, the performance of salt gradient solar pond is investigated. By removing the usual assumptions, it is attempted to take into account the effects of environmental conditions more realistically. These conditions included the variability of ambient temperature by day and hour, the solubility of salt depend on temperature and concentration, the variability of radiation intensity with respect to the angle of elevation of the sun, and the effect of wall shading on the pond. The analysis is transient and the day and night conditions are included. The innovation was to estimate the intensity of solar radiation using the concept of air mass and the amount of cloudy sky. A relation for the calculation of cloud cover factor, which was extracted using the statistics of cloudy and semi-cloudy days and was compared with empirically amount. The ability of this relationship is to estimate the radiation intensity for locations where statistics or tools and equipment for recording radiation intensity are missing. Presented results show that the radiation intensity is in good agreement with the existing experimental data.

    Keywords: Solar pond, numerical simulation, Solar intensity prediction, Storage energy system, Solar Energy
  • Masoud Khosrodad, Hamidreza Goshayeshi, Alireza Alizadeh Jajarm *, Hossein Mohseni Fadardi, Kazem Bashirnezhad Page 19

    The oscillating heat pipe is a new technology that, despite its simple structure, has a very high heat transfer rate. Due to boiling and condensation during operation, the oscillating heat pipe is capable of transferring heat at low temperature without the need for external power, high heat transfer and small volume. The thermal conductivity equivalent to an oscillating heat pipe can reach several hundred times the best conductors such as copper. The present study investigated thermal performance of Nano fluid carboxylic multi walled carbon nano tubes (MWCNTs-COOH) with 0.1 wt% based on water with corrugated evaporator in newly designed three dimensional oscillating heat pipe. The results show that using this Nano fluid, the thermal resistance has been reduced up to 13%. Also, in filling ratio of 60% compared to 50% , temperature difference between evaporator and condenser has been reduced 8 degree centigrade and the thermal resistance has been reduced up to 6.4%. Corrugating the evaporator leads to mixing and turbulence in the pipe and increases heat transfer. The results showed that thermal resistance decreased with increasing thermal load. It also reduces thermal resistance by reducing the temperature difference between the evaporator and the condenser.

    Keywords: 3D Oscillating heat pipe, Nano fluid, MWCNTs-COOH, Corrugated
  • HamidRaza Askarifard Jahromi, Afrasiab Raisi *, Behzad Ghasemi, Afshin Ahmadi Nodoushan Page 20

    In this paper, mixed convection of Bingham fluid between two coaxial cylinders has been studied numerically without using any regularization method. The temperature of the inner rotating circle is higher than the temperature of the outer stationary circle. The finite volume method and non-iterative PISO algorithm have been employed to solve the problem. One of OpenFOAM solver, icoFoam, has been modified for solving the exact Bingham model. After validating the modified solver, it has been used to solve the problem for the following ranges of conditions: Reynolds number, Re=10, Prandtl number, Pr=10, Grashof number, Gr=500, Bingham number, 0≤Bn≤1000, and aspect ratio (AR) of 0.1. The effects of the Bingham number on flow and heat transfer characteristics such as the shape and size of the unyielded regions, streamline contours, the local and mean Nusselt number, and the torque coefficient have been investigated. The mean Nusselt number and the torque coefficient decreases and increases, respectively, when the Bingham number increases. The variation range of the local Nusselt number and dimensionless tangential stress on the inner wall decrease with Bn.

    Keywords: Numerical study, heat transfer, mixed convection, Bingham fluid, Two coaxial cylinders