فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و پنجم شماره 11 (بهمن 1402)

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و پنجم شماره 11 (بهمن 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حمید تجدد، قاسم حیدری نژاد*، محمد صفرزاده صفحات 1277-1297

    در این مطالعه عددی اثر سیستم اطفای حریق آبی در کنترل و خاموشی حریق در ساختمان چندطبقه با استفاده نرم افزار اف دی اس انجام شد. هندسه شامل یک ساختمان پنج طبقه با مجموع 25 واحد که اتاق آتش با سوخت هپتان، در واحد سوم در مرکز اتاق طبقه همکف قرار دارد. در هر اتاق پارامترهای دما و گونه هایی نظیر مونوکسید کربن و دی اکسید کربن اندازه گیری و نتایج از شروع احتراق تا 100 ثانیه برای دو حالت با و بدون اسپرینکلر بررسی شد. با صحت سنجی مشخص شد که نتایج عددی این مطالعه با نتایج تجربی 8 درصد خطای نسبی دارد. همچنین، در حالت بدون اسپرینکلر طی زمان 30 ثانیه شرایط دمایی در اتاق سوم طبقه اول به دمای 700 درجه سانتی گراد رسید؛ اما در حالت با اسپرینکلر، خاموشی در اتاق آتش کمتر از 20 ثانیه اتفاق افتاد. چنین رفتاری نیز برای گونه های سمی مونوکسید کربن و دی اکسید کربن  اتفاق می افتد؛ به نحوی که در حالت بدون اسپرینکلر در تمامی طبقات بالای اتاق آتش در مخاطره قرار می گیرند. ازاین رو در یک جمع‏بندی، با مدنظر قرار دادن مقادیر کمینه، بیشینه و متوسط دما و سایر گونه ها، می‏توان به اهمیت اسپرینکلر در خاموشی آتش در اتاق آتش و کنترل گازهای سمی و داغ در سایر اتاق‏ ها پی برد.

    کلیدواژگان: حریق در ساختمان، نرم افزار اف دی اس، اطفای حریق اسپرینکلر، گازهای سمی و داغ، کنترل آتش
  • محمدرضا شاه نظری*، حمید چنارانی، آریان احمدپور صفحات 1299-1317

    آلودگی و انتشار ریزگردها در محیط شهری باعث ایجاد طیف گسترده ای از بیماری ها می شود. آلودگی ناشی از ریزگردها با منشاهای مختلف در طیف وسیعی از جو پخش می شود. درک ما از مکانیسم توزیع ریزگردها و اختلال آن در مناطق شهری بسیار مهم است زیرا به ما در کاهش اثرات این نوع آلودگی کمک می کند. با توجه به آشفته بودن جریان باد در داخل شهر، از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ برای مدل سازی این تلاطم استفاده شده است که در مهندسی باد محاسباتی کاربرد فراوانی دارد. در این تحقیق به بررسی ریزگردها در محیط شهری پرداخته شده است. برای این منظور تاثیر زاویه جهت باد و محیط شهری و همچنین ارتفاع ساختمان ها بر توزیع سرعت و پراکندگی ریزگردها با زمان در دو فضای محاسباتی مجزا بررسی شده است. با مقایسه نتایج بین زاویه 0 درجه و 10 درجه می توان دریافت که افزایش زاویه باعث تشدید بی نظمی جریان و در نتیجه پخش شدن و ماندن بیشتر ذرات ریز در محیط شهری می شود. با توجه به نتایج، مشاهده شد که روش شبیه سازی گردابه های بزرگ روشی مناسب برای شبیه سازی جریان باد و غلظت ریزگردها در اطراف ساختمان ها است.

    کلیدواژگان: ریزگردها، محیط شهری، آشفتگی، شبیه سازی گردابه های بزرگ، دینامیک سیالات محاسباتی
  • امین کانونی*، محمد رضا کهن صفحات 1319-1331

    یکی از روش های ارتقاء راندمان استحصال آب در جمع کننده های مه، افزایش تعداد لایه در انواع جمع کننده ها است. در پژوهش حاضر با تحلیل روابط نظری موجود و انجام آزمایش تجربی، اثر تعداد لایه بر راندمان جمع کننده های مرسوم (راشل و آلومینیوم) بررسی شد. در بخش آزمایشگاهی بعد از راه اندازی سیستم تولید و استحصال مه، جریان خروجی از دستگاه رطوبت ساز به صفحه جمع کننده برخورد و پس از استحصال مه و اندازه گیری مقادیر آب جمع شده، راندمان جمع کننده های با تعداد 1، 2، 5 و 7 لایه، برآورد و مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج بررسی روابط نظری حاکم بر استحصال آب از مه نشان داد که با افزایش ضریب تخلخل جمع کننده، راندمان آیرودینامیکی ابتدا افزایش و پس از ضریب تخلخل حدود 50 تا 60 درصد، مقدار آن کاهش می یابد. همچنین، با افزایش تعداد لایه های مش راشل و آلومینیوم از 1 تا 12 لایه، راندمان آیرودینامیکی به ترتیب 12 و 7 درصد کاهش و راندمان نهفتگی آن ها به ترتیب 61 و 73 درصد افزایش یافت. بیشترین راندمان نظری مش راشل و مش آلومینیوم به ترتیب در حالت 4 و 7 لایه به دست آمد. طبق نتایج آزمایش تجربی نیز، بیشترین راندمان جمع آوری آب مش راشل در حالت 5 لایه برابر با 3/55 درصد و برای مش آلومینیوم در حالت 6 لایه برابر با 1/58 درصد به دست آمد. در صورتی که مبنای انتخاب تعداد لایه ها، هزینه های اجرای سیستم استحصال باشد تعداد بهینه لایه در مش راشل و آلومینیوم به ترتیب 2 و 4 لایه خواهد بود.

    کلیدواژگان: جمع کننده، راندمان، لایه، مش آلومینیوم، مش راشل
  • اکبر اقبالی، محمدرضا کرفی*، محمدحسین صادقی صفحات 1333-1352
    در این تحقیق فرآیندهای الکترولیز آب شور و الکترولیز الکترومغناطیسی آب شور در هندسه متقارن محوری و به صورت های پایا و وابسته به فرکانس شبیه سازی شده است. معادلات پیوستگی و نویر استوکس برای جریان سیال، معادله نرنست پلانک برای انتقال شار جرمی ذرات و معادلات ماکسول برای امواج الکترومغناطیس در نظر گرفته شده اند. اعمال امواج الکترومغناطیسی به آب، موجب افزایش جنبش مولکولی شده و در نتیجه با عبور جریان کمتر از قطب های آند و کاتد، فرآیند تجزیه املاح صورت می پذیرد. همچنین با عبور جریان کمتر از قطب ها، سرعت خوردگی نیز کاهش می یابد. نتایج شبیه سازی نیز حاکی از تاثیر قابل توجه امواج الکترومغناطیس در جداسازی یون های کلر و سدیم بوده است. بر اساس نتایج میزان جداسازی یون ها در فرآیند الکترولیز الکترومغناطیسی آب شور بیش از سه برابر جداسازی یون ها در فرآیند الکترولیز آب شور بوده است. همچنین تاثیر پارامترهای مختلفی چون قطر آند، ولتاژ الکتریکی و غلظت الکترولیت شبیه سازی گردیده و نتایج مقایسه شده اند.  نتایج حاکی از افزایش میزان جداسازی یون ها با افزایش هر یک از پارامترهای ولتاژ و غلظت الکترولیت است. این در حالی است که بیشترین و کمترین میزان جداسازی یون ها در قطرهای الکترود 8 و 16 میلیمتر حاصل شده است.
    کلیدواژگان: الکترولیز، امواج الکترومغناطیسی، شبیه سازی عددی
  • امیرحسین ربیعی*، مصطفی اسماعیلی صفحات 1353-1372
    بهره گیری از هوش مصنوعی برای پیش بینی مشخصات انتقال حرارت در صنایع مختلف، توانایی بهبود طراحی تجهیزات حرارتی، افزایش کارایی انتقال حرارت، بهینه سازی سیستم های خنک کننده، و کاهش مصرف انرژی را فراهم می کند. نوآوری و هدف مقاله حاضر، پیش بینی رفتار زمانی عدد نوسلت در مسئله ارتعاشات ناشی از جریان آشفته بر روی استوانه گرم شده که آزادانه در جهات طولی و عرضی نوسان می کند، می باشد. پیش بینی عدد نوسلت بر مبنای جابجای های عرضی و طولی استوانه در سه سناریوی مختلف شامل ورودی جابجایی در جهت ، ورودی جابجایی در جهت ، و در نهایت ورودی ترکیبی  و  انجام شده است. پیش بینی توسط شبکه حافظه طولانی کوتاه مدت عمیق که معماری و ابرپارامترهای آن توسط الگوریتم ازدحام ذرات بهینه شده است، صورت گرفته است. نتایج نشان دهنده ی موفقیت شبکه های بهینه شده با ورودی های متفاوت می باشد؛ اگرچه دقت بالاتری در پیش بینی با ورودی های ترکیبی  و  بدست آمده است. ضریب همبستگی در بخش تست، برای شبکه های با ورودی ؛ با ورودی ؛ و با ورودی های  و  به ترتیب برابر با 0/967، 0/961، و 0/975 محاسبه شده اند. با بهره گیری از روش بکارگرفته شده در مطالعه حاضر، می توان مشخصات انتقال حرارت سازه های قرار گرفته در معرض جریان را پیش بینی نمود.
    کلیدواژگان: عدد نوسلت، تعامل جریان و سازه، ارتعاشات ناشی از ریزش گردابه، شبکه حافظه طولانی کوتاه مدت، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات
  • محسن درویش یادگاری، رحیم حسن زاده* صفحات 1373-1393

    شهرهای بزرگ امروزی مملو از ساختمان های بلند با ارتفاع مختلف هستند که تقاضای انرژی زیادی دارند. از طرفی، تولید برق پراکنده بخش جدایی ناپذیر از این شهرها در کشورهای پیشرفته بشمار می آید. برای استفاده از توربین های بادی با مقیاس کوچک و تولید برق پراکنده، عملکرد این نوع از توربین های بادی بایستی در مجاورت ساختمان های مختلف در مناطق شهری مورد بررسی قرار گیرد. در این پژوهش، مشخصه های توانی یک توربین بادی ساونیوس رایج در مجاورت یک ساختمان بزرگ با مقطع دایروی در سرعت جریان باد 6 متر بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، از توربین های بادی ساونیوس در فاصله بی بعد برابر با 2 نسبت به جداره ساختمان مورد نظر و در موقعیت های زاویه ای برابر با 30، 45، 60، و 90 درجه استفاده شده است. همچنین، برای درک اثر جهت چرخش توربین در مجاورت ساختمان مورد نظر، دو جهت چرخش ممکن یعنی چرخش رو به داخل و چرخش رو به خارج مورد بررسی قرار گرفته است. محاسبات برای سرعت نوک بی بعد 0/4،0/8، و 1/2  انجام گرفته است. داده‎های بدست آمده حکایت از تاثیر قابل توجه موقعیت زاویه ای و جهت چرخش روتور دارد. بررسی نتایج بدست آمده نشان می دهد که، بسته به مقدار سرعت نوک بی بعد، با چرخش روتور رو به داخل و قرارگیری آن در موقعیت های زاویه ای 60 و 90 درجه بیشترین بهبود در ضریب توان در محدوده 208/72 تا 439/95 درصد نسبت به توربین نصب شده در جریان باد آزاد بدست می آید.

    کلیدواژگان: توربین بادی ساونیوس، زاویه نصب، چرخش رو به داخل و رو به خارج، ضریب توان، سرعت نوک بی بعد
|
  • Hamid Tajaddod, Ghassem Heidarinejad *, Mohammad Safarzadeh Pages 1277-1297

    In this study, the effect of a water-based fire suppression system on fire control and extinguishment in a multi-story building was investigated using FDS software. The geometry consisted of a five-story building with a total of 25 units, where the fire room with heptane fuel was located on the third floor in the center of the ground floor room. Temperature parameters and species such as carbon monoxide and carbon dioxide were measured in each room, and the results were analyzed for two conditions with and without sprinklers from the start of combustion to 100 seconds. Validation showed that the numerical results of this study had an 8% relative error compared to experimental results. Additionally, in the condition without sprinklers, the temperature in the third-floor fire room reached 700 degrees Celsius within 30 seconds, but with sprinklers, extinguishment occurred in less than 20 seconds. This behavior also occurs for toxic species such as carbon monoxide and carbon dioxide, which are at risk on all floors above the fire room without sprinklers. Therefore, by considering minimum, maximum, and average values, the importance of sprinklers in extinguishing fires in the room and controlling toxic and hot gases in other rooms can be concluded.

    Keywords: Building Fire, FDS Software, Sprinkler Fire Extinguishing, Toxic, Hot Gases, Fire Control
  • Mohammad Reza Shah Nazari *, Hamid Chenarani, Aryan Ahmadpour Pages 1299-1317

    Pollution and the distribution of dust in urban areas have caused a wide range of diseases. Dust is one of the environmental phenomena that has caused adverse effects on health and the environment. Contamination caused by dust of different origins is spread across a wide range of atmospheres. Our understanding of the mechanism of dust distribution and the turbulence in urban areas is very important, which helps us reduce the effects of these types of contaminants. Computational Fluid Dynamics models have been considered in this study due to the economical approach to research in the field of dust distribution. Due to the turbulence of the wind flow inside the city, we use the large eddy simulation method to model this turbulence, which is widely used in computational wind engineering. In this study, we have investigated the dust in the urban area. For this purpose, the effect of the wind direction angle and the urban environment as well as the height of the buildings on the speed distribution and dispersion of fine dust with time has been investigated in two separate computing spaces. By comparing the results between 0° and 10° angle, it has been observed that with the increase of the flow turbulence intensity angle, these turbulent characteristics lead to the dispersion and persistence of fine dust in the urban environment. By comparing the results, we conclude that by creating an angle in the urban area due to increased mixing, the amount of dust distribution in the urban area rises.

    Keywords: Dust, Urban Area, Turbulence, Large Eddy Simulation
  • Amin Kanooni *, Mohammad Reza Kohan Pages 1319-1331

    Enhancing fog collector efficiency can be achieved by increasing the number of layers in various collectors. This study scrutinized the influence of layers on efficiency for conventional collectors (Raschel and Aluminum mesh) through a meticulous analysis of theoretical relationships and the execution of experimental tests. In the laboratory phase, following the installation of the system, the output flow from the humidifier was directed toward the collecting plate. Subsequently, the efficiency of collectors with 1, 2, 5, and 7 layers was assessed and compared based on the amount of collected water post-fog extraction. The results of the investigation into the theoretical relations governing water extraction from fog revealed a significant trend. As the shade coefficient of the collector increases, aerodynamic efficiency demonstrates an initial increase, peaking at 50-60%, followed by a subsequent decrease. Furthermore, the efficiency of Raschel and Aluminum mesh is intricately linked to the number of layers, with the highest theoretical efficiency observed at 4 and 7 layers, respectively. Experimental findings indicated the highest water collection efficiency for Raschel mesh with 5 layers at 55.3% and for Aluminum mesh with 6 layers at 58.1%. In terms of cost-effectiveness, the optimal number of layers for Raschel and Aluminum mesh is determined to be 2 and 4 layers, respectively.

    Keywords: Aluminum Mesh, Collector, EFFICIENCY, Number Of Layers, Raschel Mesh
  • Akbar Eghbali, Mohammad Reza Karafi *, Mohammad Hossein Sadeghi Pages 1333-1352
    Microwave irradiation has been used to speed up chemical reactions in comparison to conventional reactions. Because the electromagnetic waves cause increasing molecular vibrations. Energy consumption is reduced by using electromagnetic waves. As a result, electrode corrosion rate is reduced. In this article, a numerical method has been used to compare saline water electrolysis (EL) and saline water electromagnetic electrolysis reactor (EMER). Axisymmetric geometry is considered in simulations and steady and frequency dependent analysis are conducted. Continuity equations and Navier-Stocks equation for fluid flow, and Nernest-Planck equation for mass transfer flow, and the maxwell equation for electromagnetic wave modeling are taken into account. At the first, the effect of electromagnetic waves on the ion separation has been investigated. Results have shown that an obvious enhancement has occurred in ion separation due to electromagnetic irradiation. The dechlorination in EMER process has been improved more than three times in comparison with EL process. Also, the ion separation has been enhanced linearly by increasing the cell potential and initial salinity. The quantitative results of each parameter are shown in the paper.
    Keywords: Electrolysis, Electromagnetic Waves, Numerical Simulation
  • Amir Hossein Rabiee *, Mostafa Esmaeili Pages 1353-1372
    Leveraging artificial intelligence to forecast heat transfer characteristics across diverse industries holds significant potential for improving thermal equipment design, increasing heat transfer efficiency, optimizing cooling systems, and reducing energy consumption. The main contribution and purpose of the current study is predicting the Nusselt number in the context of turbulent flow-induced vibration around a heated cylinder experiencing unconfined oscillations along both streamwise and transverse axes. The anticipation of the Nusselt number relies on transverse and streamwise displacements of the oscillating cylinder and encompasses three distinct scenarios: displacement input in the x-direction, displacement input in the y-direction, and comprehensive amalgamation of both x and y inputs. This prediction is achieved through a sophisticated deep long short-term memory network, meticulously crafted and fine-tuned using a particle swarm optimization algorithm. The results highlight the effectiveness of the optimized networks across various inputs, with the highest predictive precision observed when employing combined x and y inputs. The correlation coefficients within the test segment are as follows: 0.967 for x input, 0.961 for y input, and 0.975 for combined x and y inputs. By applying the methodology elucidated in this study, the forecasting of heat transfer characteristics for structures subjected to fluid flow emerges as a feasible possibility.
    Keywords: Nusselt Number, Fluid-Solid Interaction, Vortex-Induced Vibration, Long Short-Term Memory Network, Particle Swarm Optimization Algorithm
  • Mohsen Darvishyadegari, Rahim Hassanzadeh * Pages 1373-1393

    Today's big cities are full of tall buildings requiring a lot of energy. On the other hand, dispersed electricity generation is an integral part of these cities in developed countries. To use small-scale wind turbines and dispersed electricity generation, the performance of such turbines in the vicinity of various buildings in the urban environment should be investigated. In this study, the power characteristics of a conventional Savonius wind turbine in the vicinity of a large circular cross-sectional building are assessed under a free-wind speed of 6 m/s. To this, the Savonius rotors are installed at a constant non-dimensional distance of 2 from the building envelope at different installation angles of 30°, 45°, 60°, and 90°. Additionally, to understand the effects of the rotation direction of the rotor, two possible rotations, namely, inward and outward rotations are studied. Computations are performed for tip speed ratios of 0.4, 0.8, and 1.2. The obtained results reveal the significant impacts of installation angle and rotation scenario. Examination of the obtained data shows that, depending on the for tip speed ratio, with inward rotation of the rotor at installation angles of 60° and 90°, the maximum improvements in the power coefficient are found compared to the reference case.

    Keywords: Savonius Wind Turbine, Installation Angle, Inward, Outward Rotations, Power Coefficient, Tip Speed Ratio