فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال شانزدهم شماره 10 (دی 1395)
  • سال شانزدهم شماره 10 (دی 1395)
  • تاریخ انتشار: 1395/09/12
  • تعداد عناوین: 47
|
  • مقالات پژوهشی کامل
  • میلاد حسامی، مجتبی حقیقی یزدی *، فرشید نجفی صفحات 1-8
    مشخصه سازی خواص مکانیکی بافت نرم با استفاده از مدل هایپر- ویسکوالاستیک در زمینه پزشکی از جمله در تشخیص بیماری ها توجه ویژه ای را به خود جلب کرده است. در بیشتر مطالعات انجام شده، فقط یک بافت همگن تحلیل شده است. بنابراین در صورت معیوب بودن بافت های زیرین تعمیم نتایج به دست آمده از تحلیل یک بافت برای سایر بافت ها امکان پذیر نخواهد بود. به همین جهت در این مطالعه، برای ایجاد یک بافت ناهمگن، یک لایه سینه مرغ بر روی یک لایه جگر گوسفند قرار داده می شود. خواص مکانیکی این دو بافت با استفاده از یک آزمون فروروندگی به صورت همزمان تعیین می شود. پارامترهای مدل، بوسیله روش المان محدود معکوس تعیین می شوند. همچنین یک الگوریتم بهینه سازی برای فرآیند کمینه سازی اختلاف نمودارهای نیرو-زمان حاصل از آزمایش فروروندگی و شبیه سازی المان محدود بکار رفته است. با جدا نمودن دو بخش هایپرالاستیک و ویسکوالاستیک نمودار نیرو- زمان، پارامترهای مربوط به هر بخش طی فرآیند المان محدود معکوس جداگانه ای محاسبه می شوند که این کار موجب کاهش مدت زمان حل و حجم محاسبات می گردد. در نهایت، پارامترهای ویسکوالاستیک و هایپرالاستیک، به ترتیب، با خطای حداقل مربعات غیرخطی 0.0695 و 0.0315 به دست آمده اند. مقایسه نمودار نهایی حاصل از شبیه سازی المان محدود و نمودار آزمایشگاهی ، صحت و کارایی روش استفاده شده را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: هایپر، ویسکوالاستیک، مشخصه سازی، آزمون فروروندگی، المان محدود معکوس، الگوریتم لونبرگ
  • ناصر دشتیان گرامی، غلامحسین لیاقت*، غلامحسین رحیمی شعرباف مقدس، نجمه خضراییان صفحات 9-13
    در این مقاله، فرآیند نفوذ پرتابه های دو مرحله ای ضد استحکامات به روش های تجربی و عددی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. پرتابه دو مرحله ای مورد نظر در این تحقیق از یک خرج گود پیشرو با لاینر مسی و هندسه مخروطی و یک پرتابه اصلی به شکل استوانه با دماغه تخت تشکیل شده است. به منظور تعیین مشخصات هندسی حفره و تونل ایجاد شده بر روی هدف بتنی، در ابتدا آزمون های نفوذ پرتابه های پیشرو با لاینر مسی و هندسه مخروطی بر روی هدف بتنی صورت پذیرفته است. در آزمون های نفوذ خرج گود پیشرو سه نمونه پرتابه مورد تست قرار گرفته است که با توجه به شرایط کاملا یکسان پرتابه ها و اهداف بتنی نتایج آزمون ها از تکرار پذیری بسیار مناسبی برخوردار بوده است. با مشخص شدن ابعاد هندسی تونل و حفره بر روی هدف بتنی توسط آزمون ها ، فرآیند نفوذ خرج گودهای پیشرو و اصلی با استفاده از شبیه سازی عددی و به کمک نرم افزار اوتوداین مورد تحلیل قرار گرفته است. مقایسه نتایج نفوذ پرتابه پیشرو با روش های تجربی و عددی حاکی از انطباق بسیار خوب نتایج بین دو روش انجام گرفته است. در انتهای این تحقیق اثرات آسیب بتن در فرآیند نفوذ پرتابه اصلی با استفاده از شبیه سازی عددی در راستای تعیین سرعت باقیمانده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مطابق با پیش بینی ها نشان می دهد که با وجود آسیب در هدف بتنی، سرعت باقیمانده افزایش خواهد داشت.
    کلیدواژگان: نفوذ پرتابه دو مرحله ای، پرتابه پیشرو، پرتابه اصلی، بتن آسیب دیده
  • نرگس دهقانی وینچه، شهرام طالبی* صفحات 19-30
    در این مطالعه، روش ترکیبی شبکه بولتزمن- اختلاف محدود- مرز شناور برای بررسی مسئله های همراه با انتقال حرارت، به کار برده شده است. برای این منظور معادله های بقای جرم و بقای مومنتوم با استفاده از روش شبکه بولتزمن- مرز شناور حل گردیده اند و برای حل معادله ی بقای انرژی از روش اختلاف محدود استفاده شده است. اثر مرز شناور به صورت جمله ی نیرو و منبع انرژی خارجی در معادلات ظاهر شده و در پی آن جریان و انتقال حرارت حول استوانه دایره ای، و همچنین تاثیر چگونگی حرکت استوانه در گرمایش سیال داخل محفظه مورد مطالعه قرار گرفته است. به این منظور چهار نوع حرکت دایره ای رفت و برگشتی، دایره ای معمولی، نوسان قطری و نوسان افقی برای استوانه در نظر گرفته شده، و در همه ی موارد به بررسی تغییرات ضرایب نیرویی و عدد ناسلت پرداخته شده است. نشان داده شده است که حرکت دایره ای رفت و برگشتی تاثیر بیشتری در گرمایش سیال داخل محفظه دارد. که در واقع این حرکت، زمان گرمایش سیال را در حدود 20 درصد نسبت به حرکت دایره ای معمولی و نوسان قطری، و در حدود 37 درصد نسبت به نوسان افقی کاهش می دهد. در تمام مسائل مورد بررسی کارآمدی روش ترکیبی به اثبات رسیده است.
    کلیدواژگان: شبکه بولتزمن، روش مرز شناور، معادله انرژی، روش اختلاف محدود
  • احسان داودی، محمود مزارع، پدرام صفرپور* صفحات 31-41
    این مقاله به شبیه سازی کنترل یک کوادروتور با استفاده از روش های غیرخطی و بر اساس تخمین وضعیت بدست آمده از سنسورهای ممز پرداخته است. در ابتدا، مدل دینامیکی کوادروتور استخراج شده و سپس با استفاده از روش های غیرخطی مود لغزشی و خطی سازی پسخورد، کنترل وضعیت آن در نرم افزار متلب شبیه سازی شده است. برای واقعی تر کردن مدل شبیه سازی و نزدیک کردن آن به واقعیت، از داده های آزمایشگاهی سنسورهای ممز استفاده گردیده است. از آنجاییکه داده های آزمایشگاهی برای سنسورها نشان از خطا و نویزی بودن آنها دارد از یک فیلتر کالمن برای کاهش نویز سنسورها استفاده گردید و نتایج عملکرد کنترل کننده ها با استفاده از خروجی سنسورها و خروجی فیلتر کالمن با هم مقایسه شدند. نتایج بدست آمده نشان از عملکرد خوب فیلتر کالمن و کنترل مناسب مجموعه می باشد. همچنین در این مقاله پاسخ سیستم به کنترل کننده های مود لغزشی و خطی سازی پسخورد بررسی و با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج نشان داد که هر دو کنترل کننده عملکرد مناسبی دارند ولی تغییرات زوایا در کنترل خطی سازی پسخورد هموارتر است. با افزایش نایقینی، عملکرد کنترل خطی سازی پسخورد از حیث زمان رسیدن به وضعیت هدف از حالت مطلوب فاصله گرفت در حالیکه در عملکرد مود لغزشی تاثیر قابل توجهی ایجاد نشد. از این نظر برای حفظ وضعیت کوادروتور، کنترل خطی سازی پسخورد مجهز به PID مناسب بوده و برای حالت گذار کوادروتور و تغییر وضعیت زاویه ای استفاده از کنترل کننده مود لغزشی توصیه می شود.
    کلیدواژگان: کوادروتور، سنسورهای ممز، کنترل غیرخطی، فیلتر کالمن
  • سید فرامرز رنجبر *، حسین نامی، علیرضا خورشید غازانی، حامد محمدپور صفحات 42-50
    در این تحقیق ترکیب چرخه ی ماتیانت وچرخه ی رانکین آلی با مبدل غشاء پروتونی برای تولید همزمان توان و هیدروژن از دیدگاه انرژی و اگزرژی مورد مطالعه قرار گرفته است. از حرارت اتلافی در چرخه ی ماتیانت به عنوان گرمای مورد نیاز برای راه اندازی چرخه ی رانکین آلی استفاده شده است. اثر پارامترهای طراحی مانند دمای اواپراتور، حداقل اختلاف دمایی در مبدل گرمایی، درجه ی فوق گرم بودن بخار ورودی توربین چرخه ی رانکین آلی و راندمان آیزنتروپیک توربین چرخه ی رانکین آلی بر مقدار هیدروژن تولیدی، توان تولیدی توسط چرخه ی رانکین آلی و راندمان اگزرژی سیستم ترکیبی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند با افزایش مقدار حداقل اختلاف دمایی، توان تولیدی چرخه رانکین آلی و نهایتا هیدروژن تولیدی توسط الکترولایزر و همچنین راندمان اگزرژی سیستم ترکیبی کاهش می یابند. همچنین افزایش دمای اواپراتور باعث بهینه شدن توان تولیدی چرخه رانکین آلی، هیدروژن تولیدی توسط الکترولایزر و همچنین راندمان اگزرژی سیستم ترکیبی می شود . با افزایش درجه ی فوق گرم بودن بخار ورودی توربین ، توان تولیدی چرخه رانکین آلی و در نهایت هیدروژن تولیدی توسط الکترولایزر و همچنین راندمان اگزرژی سیستم ترکیبی کاهش می یابد. همچنین مطابق با انتظار، با افزایش راندمان توربین، توان تولیدی چرخه رانکین آلی و نهایتا هیدروژن تولیدی توسط الکترولایزر و همچنین راندمان اگزرژی سیستم ترکیبی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: الکترولایزر غشاء پروتونی، تولید هیدروژن، چرخه ماتیانت، چرخه رانکین آلی، راندمان اگزرژی
  • محمد خوران، سیدمحمدحسین سیدکاشی* صفحات 51-59
    کامپوزیت ها بدلیل نسبت استحکام به وزن و سفتی بالا، مقاومت بالا در مقابل کمانش و خستگی و بسیاری خواص مطلوب دیگر کاربرد زیادی در صنایع مختلف پیدا کرده اند. کامپوزیت سه بعدی پارابیم، به دلیل استحکام بالای خمشی و سبکی فوق العاده در مقایسه با دیگر کامپوزیت های ساندویجی امروزه جایگاه قابل توجهی را پیدا کرده است. برای اتصال کامپوزیت ها به سازه های دیگر نیاز به سوراخ کاری است. در این پژوهش، به بررسی اثر سرعت دورانی، پیشروی و قطر مته بر میزان آسیب وارد شده به کامپوزیت-های سه بعدی پارابیم در حین عملیات سوراخ کاری پرداخته شده است. برای ارزیابی تاثیر پارامترهای سوراخ کاری بر روی این کامپوزیت ها از طراحی آزمایش به روش عاملی کامل استفاده و به منظور بررسی عیوب موجود در نمونه های سوراخکاری از تکنیک عکاسی دیجیتال بهره گرفته شده است. جهت سنجش میزان آسیب وارد شده به نمونه ها، از دو فاکتور تعریف شده استفاده شد: 1- فاکتور شکست ماتریس (MFF)، و 2- فاکتور الیاف برش نخورده (UCFF). تجزیه و تحلیل نتایج تجربی نشان داد که در بین عوامل اصلی، پیشروی و سرعت دورانی به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را بر رویMFF با 23.83 و 0.34 درصد دارند؛ اما نتایج تجربی برایUCFF، حاکی از آن بود که قطر ابزار با 17.17 درصد بیشترین اثر را دارد. همچنین مشخص شد، هر دو فاکتور رفتار مشابهی را در مقابل تغییرات سرعت دورانی داشته و این پارامتر بر خروجی کمترین تاثیر را دارد. سرعت دورانی 1750 دور بر دقیقه، پیشروی 0.1 میلی متر بر دور و قطر مته 10میلی متر به عنوان سطوح بهینه برای حداقل MFF وUCFF معرفی گردید.
    کلیدواژگان: کامپوزیت با الیاف سه بعدی، سوراخ کاری، طراحی آزمایش، بهینه سازی
  • محمود مزارع، مصطفی تقی زاده*، محمد رسول نجفی صفحات 60-68
    در این مقاله، مدل سازی دینامیکی و کنترل یک ربات موازی با سه درجه آزادی انتقالی انجام شده است. با توجه به مقید بودن سیستم، معادلات قید بر اساس سینماتیک ربات استخراج و مدل دینامیکی ربات با استفاده از روش لاگرانژ به دست آمده است. به منظور کنترل موقعیت ربات روی مسیر طراحی شده، با توجه به عدم قطعیت در مدل دینامیکی استخراج شده، یک کنترل کننده مود لغزشی، طراحی شده که در مقابل نایقینی های مدل مقاوم می باشد. عملکرد کنترل کننده طراحی شده در شرایط مختلف از جمله در حضور اغتشاش و تغییر پارامترهای سیستم، شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، پاسخ کنترل کننده مود لغزشی با پاسخ یک کنترل کننده خطی سازی پسخوراند مقایسه شده و تاثیر اغتشاش و تغییر پارامترها روی هر دو کنترل کننده نشان داده شده است. همچنین تاثیر در نظر گرفتن توابع سطح لغزش متفاوت در عملکرد کنترل مود لغزشی و استفاده از انتگرال خطا بجای خود خطا بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که کنترل کننده مود لغزشی پیشنهادی با وجود درنظرگرفتن اغتشاش و عدم قطعیت های موجود در مدل، قادر به کنترل حرکت ربات موازی روی مسیر طراحی شده بوده و دارای عملکرد مطلوبی می باشد.
    کلیدواژگان: ربات های موازی 3، [P، 2(US)]، مدل سازی دینامیکی، معادلات سیستم مقید، کنترل مود لغزشی، تابع سطح لغزش
  • وحید معرفت خلیل آباد * صفحات 69-76
    در این مقاله کنترل کنندهای با روش خطی سازی پسخورد برای کنترل خیز میکروتیری که تحت تاثیر شوک های مکانیکی می باشد، طراحی شده است. شوک های سینوسی، دندانه اره ای و پالس مربعی به عنوان سیگنال مرجع به نمایندگی از شوک های موجود در طبیعت که پیچیده و شامل هارمونیک های مختلفی هستند، انتخاب شده و برای ارزیابی رفتار سیستم استفاده شده اند. میکروتیر مابین دولایه الکترود قرار دارد و هر یک از الکترودها با ولتاژ متفاوتی باعث تحریک و کشش میکروتیر می شوند. لایه الکترود فوقانی به منظور کنترل میکروتیر تعبیه شده است. برای بررسی نحوه رفتار میکروتیر در مقابل این شوک ها، ابتدا مدل دینامیکی حاکم بر میکروتیر استخراج شده است، سپس معادلات بدست آمده بوسیله روش گلرکین گسسته سازی شده اند. پس از گسسته سازی پاسخ میکروتیر به هر یک از شوک های مرجع ترسیم شده است. مدل غیرخطی بدست آمده با استفاده از شکل حالت اول میکروتیر استخراج و مبنای طراحی کنترلر قرار گرفته است. با استفاده از روش خطی سازی پسخورد کنترلر غیرخطی طراحی شده و دینامیک مرتبه دوم مناسبی همراه با آن به رفتار میکروتیر اعمال می شود. در نهایت با کمک شبیه سازی عددی، کارایی کنترل کننده نسبت به ورودی های مختلف سنجیده می شود. شبیه سازی ها نشان دهنده قابلیت کنترلر طراحی شده در مقابله با اثرات نامطلوب شوک و به تاخیر انداختن پدیده ناپایداری کشش داخل می باشد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات، خطی سازی پسخورد، میکروتیر، شوک مکانیکی، ناپایداری کشش داخل
  • مرتضی شنکایی، محمد جواد ناطق * صفحات 77-84
    ارتعاش لرزه که در این تحقیق بر روی آن تمرکز شده است، نوعی ارتعاش خود برانگیخته است که در فرآیندهای گوناگون ماشین کاری نظیر فرزکاری و تراشکاری به وجود می آید. این نوع از ارتعاشات بعد از ایجاد به سرعت رشد کرده و پروسه ماشینکاری را ناپایدار می کند. از عوارض این پدیده می توان به سر و صدای اضافی دستگاه، سطوح موجدار، براده های منقطع همچنین شکست ابزار و اجزای ماشین اشاره کرد. عمق برش مهمترین پارامتر بروز لرزه در فرآیند تراشکاری است. اجتناب از عمق برش بحرانی سبب اطمینان از پایداری فرآیند خواهد بود. از روش های به دست آوردن عمق برش بحرانی، مدلسازی فرآیند است. فرآیند تراشکاری ارتعاشی با مزیت های فراوان دارای ماهیتی متفاوت از تراشکاری سنتی است. در این مقاله به کمک مدلسازی این فرآیند و حل عددی آن، مقادیر عمق برش بحرانی به دست آمده و به کمک آزمایش و قیاس با تراشکاری سنتی صحت سنجی آن انجام شده است. در فرآیند تراشکاری ارتعاشی، هرچه نسبت زمان براده برداری به کل تناوب ارتعاش کمتر باشد، فرآیند پایداری بیشتری خواهد داشت. این نسبت با فرکانس و دامنه ارتعاش نسبت مستقیم و با سرعت برشی نسبت عکس دارد.
    کلیدواژگان: تراشکاری، لرزه، تراشکاری ارتعاشی، روش دورمند، پرینس
  • عسگر مینایی، مهدی معرفت* صفحات 85-93
    در این مقاله استفاده از یک مخزن ذخیره زمینی کروی به عنوان چاه حرارتی ساختمان با کاربری مسکونی و اداری در شرایط آب وهوای شهر تبریز موردبررسی قرارگرفته است. برای بررسی انتقال حرارت تبادل یافته بین سیال داخل مخزن ذخیره و خاک اطراف آن ، یک مدل تحلیلی جدیدی ارائه شده است. به طوری که در داخل مخزن معادله حاکم انتقال حرارت از روابط مقاومت ظرفیت به دست آمده و در خارج از مخزن معادله انتقال حرارت هدایتی گذرا در مختصات کروی و در راستای شعاعی در نظر گرفته شده است. ساختمان نمونه در نرم افزار انرژی پلاس و مخزن ذخیره زمینی در نرم افزار متلب شبیه سازی شده اند. درنهایت این دو به هم کوپل شده اند و عملکرد سیستم سرمایش زمینی موردبررسی قرارگرفته است. نتایج نشان می دهد ابعاد مخزن ذخیره کروی تاثیر بسزایی در تامین آسایش اتاق دارد. به طوری که برای یک ساختمان نمونه یک قطر بهینه مخزن ذخیره کروی وجود دارد که در آن ساعات عدم آسایش، کمینه است. با کمتر شدن قطر مخزن از قطر بهینه ساعات عدم آسایش به شدت افزایش می یابد. همچنین در قطر های بیشتر از قطر بهینه ساعات عدم آسایش به مقدار ناچیزی افزایش می یابد. همچنین در ساختمان با کاربری اداری قطر بهینه کمتر از ساختمان با کاربری مسکونی است.
    کلیدواژگان: مخزن ذخیره زمینی کروی، حل تحلیلی، قطر بهینه، شهر تبریز
  • کیوان قلاح، محمد طیبی رهنی* صفحات 94-102
    در این مقاله، جریان دوفازی مخلوط نشدنی در یک میکروکانال دوبعدی تی-شکل معمولی و اصلاح شده بصورت عددی مطالعه شده است.برای این منظور، از روش شبکه بولتزمن بامدل شبه-پتانسیل استفاده شده است. دقت مدل مورد نظر توسط آزمایش لاپلاس، زاویه تماس قطره و فرآیند تشکیل قطره در یک میکروکانال تی شکل معمولی مورد امتحان قرار گرفته است. مقایسه بین نتایج مشخص می کند که نتایج حاضر توافق خوبی با نتایج عددی و آزمایشگاهی محققان پیشین دارد. در این تحقیق اثر تغییرات پارامترهای گوناگون از جمله عدد کاپیلاری، نسبت دبی، نسبت پهنای دو فاز و زاویه تماس بین قطره و سطح جامدروی پهنای قطره و فاصله مابین قطرات با جزئیات برای میکروکانال تی شکل معمولیبررسی شده است. همچنین، نتایج نشان می دهد که با انجام اصلاحی ساده روی یک میکروکانال تی شکل معمولی نشان داده می شود که تحت شرایط یکسان، میکروکانال تی شکل اصلاح شدهقطرات با اندازه های کوچکتر و با فاصله مابین قطرات کمتری را نسبت به میکروکانال تی شکل معمولی تولید می کند. از طرفی، این تحقیق مشخص می کند کهجریان های چندفازی در تجهیزات میکروکانال حتی به تغییرات کوچک در هندسه کانال به شدت حساس می باشند. همچنین، روش شبکه بولتزمن با مدل شبه پتانسیل در شبیه سازی تشکیل قطره در میکروکانل ها مناسب می باشد.
    کلیدواژگان: جریان چندفازی، شبکه بولتزمن، مدل شبه، پتانسیل، میکروکانال، تشکیل قطره
  • بهنام کرملو، منصور خانکی، مصطفی مافی، سید عباس سادات سکاک* صفحات 104-114
    در این تحقیق، سیستم مایع ساز گاز طبیعی دو طبقه ای مبرد چندجزیی -که بالاترین بازدهی را در بین چرخه های مایع سازی گاز طبیعی داراست- مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی، بررسی عملکرد سیستم مایع ساز گاز طبیعی دو طبقه ای مبرد چندجزیی تحت تاثیر تغییرات شرایط عملیاتی و محیطی خوراک می باشد. شرایط محیطی قابل تغییر در طول فرایند مایع سازی، دما، فشار و ترکیب گاز خوراک می باشند. برای مشاهده پاسخ سیستم مایع ساز دو طبقه ای مبرد مخلوطی به این تغییرات، سیستمی که قبلا طراحی و پیاده سازی شده است، به عنوان حالت پایه انتخاب گردید. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با کاهش دما و افزایش فشار گاز طبیعی خوراک، کار مصرفی ویژه کاهش می یابد و از آن جا که در این شرایط حداقل دمای بین جریان های گرم و سرد در مبدل ها فقط اندکی از مقدار مجاز 3 درجه سلسیوس کم تر شده می توان با قبول ضریب اطمینان (مقداری اندک) کم تر از حالت بهینه از این مزیت به وجود آمده استفاده کرد. هم چنین با افزایش دما و کاهش فشار گاز طبیعی خوراک، ضمن افزایش کار مصرفی ویژه، شرایط تداخل دمایی در مبدل ها اتفاق می افتد بنابراین باید از ورود گاز خوراک به این ناحیه ها با کنترل های خاص جلوگیری شود. هم چنین تغییر درصد مولی اجزای گاز طبیعی (کاهش اجزای سبک در ترکیب خوراک) باعث می شود مبدل حرارتی به سرعت به شرایط تداخل دمایی نزدیک شود و با توجه به تغییر درصد مولی اجزای گاز در طول عمر چاه باید به مرور زمان ترکیب مبرد داخل چرخه نیز با توجه به شرایط جدید بهینه شود.
    کلیدواژگان: مایع سازی گاز طبیعی، فرایند دو طبقه مبرد مخلوطی، شرایط محیطی، منحنی ترکیبی
  • مسعود ابراهیمی* صفحات 115-126
    در این مقاله یک واحد توربین گازی با ظرفیت نامی MW 26.8 که در شرکت پالایش گاز ایلام برای تولید پیوسته برق استفاده می شود مورد مطالعه قرار گرفته است. پارامترهای اصلی اندازه گیری شده، و پتانسیل تبدیل این واحد به تولید همزمان گرما، سرما، برق و فرآیند از نظر فنی، اقتصادی و زیست محیطی ارزیابی شده است. یک واحد بازیافت گرمای تولید بخار، گرمای محصولات احتراق خروجی توربین را تبدیل به بخار می کند و بخار تولید شده برای سه هدف تولید گرمایش، سرمایش و فرآیند مورد استفاده قرار می گیرد. چرخه ابتدا از نظر ترمودینامیکی بررسی شده و جهت اطمینان از عملکرد درست واحد HRSG از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک، تحلیل پینچ نیز انجام شده است. جهت ارزیابی اقتصادی چرخه هزینه های سرمایه گذاری، جریان نقدینگی، ارزش حال خالص و نرخ بازگشت داخلی (ریسک سرمایه گذاری) نیز محاسبه شده است. همچنین تاثیر ایجاد واحد CCHPP بر کاهش آلاینده های زیست محیطی مانند CO، CO2و NOx ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهد که این واحد CCHP می تواند باعث کاهش مصرف انرژی سوخت به اندازه 36% شود. کمترین اختلاف دمای پینچ برای واحد بازیافت گرمای طراحی شده C 19 می باشد. نتایج اقتصادی نشان می دهد که دوره بازگشت سرمایه حدود 5.2 سال بوده و در طول عمر مفید پروژه بالغ بر 1.87 میلیون دلار ارزش افزوده اقتصادی ایجاد خواهد شد. همچنین میزان کاهش تولید CO2 ، CO، و NOx بالغ بر 32000، 22 و 27 تن در سال می باشد.
    کلیدواژگان: پالایش گاز ایلام، CCHPP، اقتصادی، ترمودینامیکی، زیست محیطی
  • سیف الدین مجلل آغبلاغ، جاماسب پیرکندی *، مصطفی محمودی، مهدی جهرمی صفحات 127-136
    در این مقاله واحد اندازه گیری و کنترل سوخت الکتروهیدرومکانیکی جدید برای موتور توربو جت ارائه شده است. در این مجموعه، نوعی شیر کنترل جریان دورانی بهینه با تحریک مستقیم که توسط محرکه الکترونیکی از نوع سروموتور، تحریک و تنظیم می شود، ارائه می گردد. هدف از این طرح، ارتقاء قابلیتهای عملکردی و تغییر ماموریت نوعی موتور توربینی دور ثابت است که مجهز به یک سیستم کنترل سوخت هیدروپنوماتیکی با شیر کنترل جریان دیافراگمی و تنظیم ثابت می باشد. انتخاب محرکه دورانی و طراحی شیر کنترل جریان از نوع دورانی، کوپل مستقیم محرکه و پلانجر شیر کنترل جریان و نیز طراحی هندسه خاص مقطع تنظیم و کنترل سوخت از نوآوری های طرح می باشد. تحریک مستقیم و بدون واسطه شیر کنترل جریان بجای روش های مرسوم هیدرومکانیکی، موجب کاهش تعداد قطعات و سبکی مجموعه و نیز کاهش هزینه های ساخت شده است. افزایش دقت اندازه گیری سوخت در شیر کنترل جریان جدید، موجب افزایش دقت کنترلی نهایی شده است. مقطع تنظیم و اندازه گیری سوخت در این مجموعه به صورت فصل مشترک مثلث (روی اسلیو) و شیار مستطیلی (روی پلانجر) می باشد. جهت دستیابی به پارامترهای طراحی و نیز بهینهسازی طرح، شبیه سازی و مدلسازی ریاضی سیستم در شرایط مختلف کاری انجام شده است. پس از نمونه سازی طرح، عملکرد مجموعه روی استند مخصوص، تست و مورد ارزیابی قرار گرفته است. جهت اعتبار سنجی مدل ریاضی سیستم، نتایج تست با نتایج شبیه سازی مقایسه شده اند.
    کلیدواژگان: شیر کنترل جریان، شیراندازه گیری سوخت، موتورتوربینی، شیردورانی
  • هادی شانظری، غلامحسین لیاقت*، سعید فعلی صفحات 137-146
    در این مقاله نفوذ پرتابه در اهداف سرامیک/ نانوکامپوزیت بصورت تحلیلی مدل شده است. تحلیل بر اساس مدل چوکرون بوده که در این مدل جهت تعیین مقاومت سرامیک رویی از تئوری انبساط حفره استفاده شده و میزان مقاومت سرامیک رویی و تغییرات آن حین نفوذ بر این اساس تعیین شده است. همچنین مقدار نیروی سطح مشترک سرامیک-کامپوزیت اصلاح شده است. کارآیی بالستیکی هدف سرامیکی نیز با اضافه کردن ذرات نانو زیرکونیا به ماتریس سخت کننده کامپوزیت پشتیبان، بصورت تجربی و با انجام آزمایشهایی بررسی شده است. در این آزمایشهای بالستیکی که به منظور تحلیل و مقایسه نتایج تحلیلی نیز انجام شده، برخورد پرتابه فولادی به روی هدف سرامیک/کامپوزیت که سرامیک رویی، آلومینا و کامپوزیت پشتیبان از الیاف بافته شده و سخت شده با رزین و با حضور نانوذرات سرامیکی از جنس زیرکونیا و به مقدار %5 وزنی می باشد بررسی شده است. نتایج نشان می دهد وجود نانوذرات زیرکونیا در ماتریس موجب بهبود کارآیی بالستیکی هدف می شود. نتایج تحلیلی حد بالستیک هدف نیز تطابق خوبی با آزمایشهای انجام شده و نتایج دیگر محققین دارد.
    کلیدواژگان: نفوذ، سرامیک، نانو کامپوزیت، آزمایش تجربی، مدل تحلیلی
  • امیررضا شاهانی*، حمید شریفی ترکی صفحات 147-154
    مساله ترموالاستیسیته در یک استوانه جدارضخیم همسانگرد و همگن توخالی به صورت تحلیلی و با استفاده از تبدیل هنکل و تبدیل لاپلاس شد. شرایط مرزی مکانیکی و حرارتی برای سطح داخلی و سطح خارجی استوانه به صورت وابسته به زمان در نظر گرفته شده اند. برای شرایط مرزی دمایی، خود دما در مرزها اعمال شده و برای شرایط مرزی مکانیکی نیز، اعمال تنش بر روی سطوح داخلی و خارجی استوانه توخالی در نظر گرفته شده است. توزیع دما در راستای ضخامت استوانه بدست آمده و سپس با حل معادله سازه ای دینامیکی، روابط به صورت حل بسته برای میدان های جابجایی، تنش شعاعی و تنش محیطی ارائه شده اند. برای بررسی یک حالت نمونه، دما با تابعیت نمایی نسبت به زمان در سطح داخلی استوانه و دمای صفر در سطح خارجی آن اعمال شده، و تنش های مکانیکی در سطح داخلی و خارجی استوانه صفر در نظر گرفته شده اند. با توجه به دینامیکی بودن مساله، پس از رسم نمودارهای تنش، موج شوک حرارتی به وضوح قابل مشاهده است. سپس با استفاده از نمودارهای رسم شده تنش، لحظه رسیدن موج اتساعی به چند موقعیت شعاعی مشخص محاسبه شده، و سپس نتایج آن با رابطه معمولی محاسبه زمان مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: ترموالاستیسیته، استوانه جدارضخیم، بارگذاری گذرا، تبدیل هنکل
  • عباس افشاری، علی اکبر دهقان*، ولی کلانتر، محمد فرمانی صفحات 155-162
    اندازه گیری دقیق نوسانات فشار ناپایا روی سطح نیازمند روش های تجربی است که از نظر مکانی دارای تراکم زیادی بوده و محدوده فرکانسی بالایی را در برگیرد. بدین منظور در دهه های اخیر مطالعات گسترده ای روی روش میکروفن از راه دور انجام گرفته است. در این روش به جای نصب مستقیم سنسور فشار روی سطح، سنسور در دوردست نصب و از طریق چند لوله متوالی با سطح ارتباط می یابد. نوسانات فشار روی سطح در داخل لوله ها به صورت امواج صوتی حرکت کرده و در هنگام عبور از روی سنسور فشار که به صورت عمود بر لوله نصب شده، اندازه گیری می شوند. در مطالعه حاضر به منظور مدلسازی تحلیلی سیستم میکروفن از راه دور و بررسی اثر پارامترهای مختلف هندسی سیستم روی پاسخ دینامیکی آن، از حل تحلیلی انتشار امواج صدا داخل لوله های صلب استفاده شده است. همچنین به منظور بررسی صحت نتایج مدلسازی، پاسخ دینامیکی یک سیستم میکروفن از راه دور نمونه از طریق کالیبراسیون تجربی بدست آمده است. مقایسه نتایج حل تحلیلی با نتایج حاصل از کالیبراسیون تجربی نشان دهنده کارایی مناسب مدل تحلیلی است. نتایج نشان می دهد که تغییر قطر لوله های سیستم میکروفن از راه دور می تواند منجر به رخ دادن پدیده تشدید و ایجاد هارمونیک هایی در دو ناحیه فرکانسی شود. دامنه هارمونیک های فرکانس پایین وابسته به طول لوله استهلاک بوده و با افزایش آن کاهش می یابد. همچنین دامنه و فرکانس هارمونیک های فرکانس بالا وابسته به طول لوله اول بوده و با افزایش آن کاهش می یابند. بعلاوه افزایش طول لوله اول و دوم باعث افزایش تاخیر فاز پاسخ دینامیکی سیستم خواهد شد.
    کلیدواژگان: سیستم میکروفن از راه دور، حل تحلیلی انتشار صدا، پاسخ دینامیکی، نوسانات فشار ناپایا، کالیبراسیون تجربی
  • سید محمدرضا فریطوس، هادی همایی*، شهرام هادیان جزی صفحات 163-172
    این مقاله یک سیستم کنترل نرو فازی جدید را برای کنترل بازوهای مکانیکی ماهر صلب-انعطاف پذیر ارایه می دهد. ارتقاء عملکرد کنترل کننده فازی و هوشمند سازی در واحدهای فازی ساز و غیر فازی ساز، از اهداف مورد نظر این تحقیق هستند. سیستم کنترل پیشنهادی شامل کنترل کننده فازی در قسمت پسخورد و شبکه عصبی در قسمت پیشخورد است. شبکه وظیفه تخمین دینامیک معکوس دستگاه و نیز تولید فرمان کنترلی را به عهده دارد. به روز رسانی ضرایب وزنی شبکه، با استفاده از خروجی قسمت فازی و بر روی خط انجام می شود. از طرفی برای هوشمند سازی واحد فازی ساز، از دو شبکه عصبی بازگشتی پویا استفاده شده است. شبکه ها وظیفه تنظیم ضرایب اصلی توابع عضویت را در کنترل کننده فازی به عهده دارند. ورودی این شبکه ها خطا و نرخ تغییر خطا هستند و وزن های آنها با استفاده از الگوریتم پس انتشار خطا انجام می شود. جهت تصدیق و کارآمدی روش ارایه شده، شبیه سازی برای بازوی مکانیکی ماهر با سه رابط که رابط انتهایی انعطاف پذیر است، انجام شده است. پاسخ سیستم به ورودی پله و ورودی سینوسی بطور مجزا برای کنترل کننده فازی و کنترل کننده پیشنهادی به دست آمده و با یکدیگر مقایسه شده اند. مقایسه و بررسی های انجام شده، نشان از کارآمدی روش ارایه شده دارد.
    کلیدواژگان: بازوی مکانیکی انعطاف پذیر، کنترل کننده نروفازی، شبکه عصبی بازگشتی پویا
  • علی صدرممتازی، رومینا ذرشین زنوش، هاشم بابایی* صفحات 173-180
    سازه ها ممکن است در طول عمر مفیدشان در معرض بارهای ناگهانی همانند ضربه قرار گیرند .تولید مصالح جدید که بتواند آسیب کمتری را در هنگام مواجه شدن با فرایند ضربه و ارتعاشات ناگهانی از خود نشان دهد از مواردی است که باید مورد توجه قرار گیرد . بتن ماده ای شکننده است و وقتی در معرض بارهای دینامیکی قرار می گیرد، علاوه بر آسیب دیدگی خود ، ممکن است به محیط اطراف به دلیل از هم پاشیدگی صدمه وارد کند . در این تحقیق ، ذرات لاستیک تایر ضایعاتی در 3 اندازه 0-1، 1-3 و 3-5 میلیمتر و در نسبت های 0،40،30،20،10و50 درصد، به صورت جانشین حجمی ریزدانه به مخلوط بتن اضافه شده است . ابتدا با توجه به نتایج آزمون مقاومت فشاری ، اندازه بهینه از ذرات لاستیک تعیین شد ، سپس به نمونه های بتنی حاوی ذرات لاستیک در اندازه بهینه ، دوده سیلیس و الیاف پلی پروپیلن نمونه بتنی اضافه شد و مجددا نمونه ها تحت آزمون های مقاومت فشاری ، وزن مخصوص ، جذب امواج التراسونیک ، بارگذاری ضربه با وزنه پرتابی و تفنگ گازی قرار داده شدند. نتایج حاکی از آن است که ، گرچه اضافه کردن ذرات لاستیک موجب کاهش مقاومت فشاری بتن شده است ولی انعطاف پذیری بتن را افزایش داده است. همچنین دوده سیلیس به دلیل داشتن خصوصیت پوزولانی موجب چسبندگی بیشتر در نمونه بتنی و در نتیجه افزایش مقاومت در بتن شده و الیاف پلی پروپیلن موجب افزایش انعطاف پذیری در بتن گردیده است.
    کلیدواژگان: ضربه، بتن منعطف، ذرات لاستیک تایر ضایعاتی، تفنگ گازی، وزنه پرتابی
  • محمود مزارع، مصطفی تقی زاده* صفحات 181-190
    در این مقاله، ابتدا به استخراج معادلات سینماتیک معکوس یک نوع ربات موازی با سه درجه آزادی انتقالی پرداخته شده و سپس با استفاده از روش لاگرانژ، معادلات حاکم بر مدل دینامیکی ربات استخراج شده است. از آنجایی که مدل استخراجی، بیان دقیقی از رفتار ربات نیست، مدل دارای عدم قطعیت پارامتری می باشد. از اینرو یک روش برای کنترل ردیابی این ربات ارائه شده است. کنترل کننده پیشنهادی، شامل یک مدل دینامیک معکوس تقریبا شناخته شده به عنوان خروجی بخش مدل-مبنای کنترل کننده، یک ترم تخمینی از عدم قطعیت برای جبران دینامیک مدل نشده، اغتشاشات خارجی، و پارامترهای متغیر با زمان، و همچنین یک کنترل کننده PID غیرمتمرکز به عنوان بخش بازخورد برای بهبود پایداری حلقه-بسته و میزان خطای تخمین عدم قطعیت ها می باشد. عملکرد کنترل کننده طراحی شده در شرایط مختلف از جمله در حضور اغتشاش و تغییر پارامترهای سیستم، شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، پاسخ کنترل کننده تطبیقی مقاوم پیشنهادی با پاسخ یک کنترل کننده خطی سازی پسخورد مقایسه شده و تاثیر اغتشاش و تغییر پارامترها روی هر دو کنترل کننده نشان داده شده است. نتایج نشان می دهند که کنترل کننده پیشنهادی با وجود درنظرگرفتن اغتشاش و عدم قطعیت های موجود در مدل، دارای عملکرد مطلوبی می باشد.
    کلیدواژگان: ربات های موازی 3، [P، 2(US)]، مدل سازی دینامیکی، کنترل مقاوم تطبیقی، مود لغزشی، تخمین زننده خطا
  • حسن غفوریان نصرتی، سیدمحمدحسین سیدکاشی*، مهدی گردویی صفحات 191-198
    روش انبساط دهی با ابزار الاستومری به عنوان یکی از روش های انعطاف پذیر در تولید قطعات تو خالی یکپارچه مورد استفاده قرار گرفته است. امروزه، استفاده از روش های شکل دهی انعطاف پذیر به علت انعطاف پذیری بالا، کیفیت مطلوب سطح و کاهش هزینه تمام شده مورد توجه اغلب صنایع اعم از هوافضا و تسلیحاتی می باشد. در این پژوهش، شبیه سازی اجزای محدود به وسیله نرم افزار آباکوس برای بررسی رفتار فرایند انبساط دهی لوله فولادی زنگ نزن 304 با استفاده از ابزار الاستومری اجرا گردیده است. در ابتدا نتایج شبیه سازی با مقایسه بین هندسه لوله تغییر شکل یافته با آزمون های تجربی مورد بررسی و صحت سنجی قرار گرفت. هدف از تحقیق حاضر تعیین عوامل فرایند و بررسی میزان تاثیر آن ها بر ضخامت و متوسط ارتفاع انبساط دهی لوله می باشد. در این راستا، طراحی آزمایش با روش عاملی کامل صورت گرفت و نتایج با استفاده از روش آماری تحلیل واریانس تفسیر، و مدلی رگرسیونی برای پیش بینی این مقادیر ارائه گردید. مشخص شد که از بین عوامل بررسی شده، اصطکاک (بین لوله و لاستیک)، ارتفاع لاستیک، میزان پیشروی سنبه و تغذیه محوری لوله اثر معناداری بر روی فرایند دارند. در نهایت مقدار بهینه عوامل موثر در شرایط مورد بررسی این پژوهش ارائه گردیده است.
    کلیدواژگان: طراحی آزمایش، شبیه سازی اجزای محدود، انبساط دهی لوله، الاستومر، فولاد زنگ نزن 304
  • حسین فراهت، سیدیوسف احمدی بروغنی* صفحات 199-206
    در مقاله حاضر، اثر عملیات حرارتی بر روی رفتار ضربه فوم آلومینیوم A356 تقویت شده توسط ذرات SiC، مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج جدیدی تولید شد. ماده فومی با استفاده از روش ذوبی به کمک عامل فوم ساز CaCO3 ساخته شد. بر روی تعدادی از نمونه های فوم، عملیات حرارتی T6 انجام شد. آزمایش ضربه سقوطی با استفاده از یک ضارب نیم کروی و با سرعت 6.70 m/s ، بر روی پنج نمونه فوم عملیات حرارتی شده و پنج نمونه فوم بدون عملیات حرارتی انجام شد و نمودار تغییرات نیرو بر حسب زمان به دست آمد. پاسخ ضربه به دست آمده برای فوم کامپوزیتی A356/SiCp، شامل سه ناحیه الاستیک، بار پلاتو و شکست می باشد؛ در ناحیه پلاتو، فوم می تواند تغییرشکل های پلاستیک را در یک بار تقریبا ثابت تحمل نماید. مقادیر کم انحراف استاندارد و ضریب پراکندگی (برای پارامترهای مختلف) در تحلیل آماری داده ها، دلالت بر قابل اعتماد بودن نتایج به دست آمده از آزمایش و تکیه بر این نتایج به منظور تحلیل کمی آنها دارد. نتایج نشان داد که عملیات حرارتی انجام شده، باعث افزایش مقدار بار پلاتو به میزان 48.1% و نیز افزایش ظرفیت جذب انرژی فوم به میزان 40.3% می گردد. همچنین در اثر عملیات حرارتی، طول ناحیه پلاتو کاهش می یابد. با توجه به بهبود قابل توجه خواص مکانیکی فوم و افزایش مقاومت به ضربه آن، انجام عملیات حرارتی می تواند به عنوان یک ایده مناسب در کاربردهای صنعتی فوم آلومینیوم مفید و موثر واقع شود.
    کلیدواژگان: فوم کامپوزیتیA356، SiCp، رفتار ضربه، عملیات حرارتی، جذب انرژی، تحلیل آماری
  • سجاد پیربوداقی، رضا تاری نژاد*، محمد تقی اعلمی صفحات 207-217
    در این تحقیق شناسایی ترک خوردگی لرزه ای سد بتنی بر مبنای روش المان محدود توسعه یافته و تبدیل زمان – فرکانس انجام شده است. بدین منظور ابتدا مدل عددی سد با استفاده از روش المان محدود ساخته شده و تحلیل می شود. سپس قابلیت ترک خوردگی به بدنه سد بدون معرفی ترک اولیه با استفاده از روش المان محدود توسعه یافته اضافه و تحت تحریک لرزه ای تحلیل می شود. در واقع کل بدنه سد حین تحریک لرزه ای مستعد آسیب بوده و هر ناحیه ای که به حد خرابی برسد، شروع به ترک خوردگی کرده و داخل بدنه گسترش پیدا خواهد کرد. چنین ترک خوردگی معمولا غیر قابل پیش بینی بوده و به راحتی قابل شناسایی نمی باشد. لذا بایستی با استفاده از تبدیل زمان – فرکانس، پارامترهای مودال سازه و تغییرات آن را از روی پاسخ سازه بررسی کرد. نتایج نشان می دهد با بررسی و مقایسه پنجره زمان - فرکانس پاسخ سازه و پارامترهای مودال بدست آمده از مدل عددی، می توان به سیر تغییرات فیزیکی بوجود آمده در سازه، زمان شروع ترک خوردگی و نیز تشخیص محل آسیب صورت گرفته، با استفاده از مقایسه شکل مودهای ارتعاشی در حالت سالم و آسیب دیده پرداخت. همچنین با بررسی شاخص های مودال طبیعی اول سازه سالم و آسیب دیده به راحتی می توان زمان و محل آسیب را در ارتفاع سد کوینا تشخیص داد ولی برای شاخص های مودال طبیعی دوم این موضوع صادق نمی باشد.
    کلیدواژگان: سد بتنی، پایش سلامت سازه ای، تشخیص آسیب، روش المان محدود توسعه یافته، تبدیل زمان، فرکانس
  • مهدی جلالی فر، بهزاد قدیری دهکردی*، صالح فلاح صفحات 218-228
    یکی از اهدف مهم و تعیین کننده در طراحی کمپرسورهای سرعت بالای موتورهای هوایی کاهش وزن آنها می باشد. لازمه رسیدن به این هدف، افزایش قابلیت تولید فشار در هر طبقه مجزای کمپرسور می باشد. رایج ترین راه برای این منظور استفاده از پره ها با نسبت منظری زیاد است. این پره های بلند و نازک، در جریان سیال سرعت بالا در معرض ارتعاشات شدید ناشی از ناپایداری های آیروالاستیک قرار می گیرند. طراحان برای کاهش ارتعاشات مخرب چنین پره هایی، پره های مجاور را توسط دمپر میانی به یکدیگر متصل می کنند. این دمپرها باعث انسداد جریان و افت کارایی توربوماشین می شوند. در مطالعاتی که تاکنون در این زمینه انجام شده است کمتر به اثرات دمپر بر شوک پره، گردابه لبه فرار و حاشیه استال پرداخته شده است. در این مقاله، عملکرد آیرودینامیکی یک کمپرسور در دو حالت، یکی بدون دمپر میانی و دیگری با دمپر میانی بررسی و مقایسه شده است. از طرف دیگر، اثرات شوک بر شکل گیری جدایش القاء شده توسط شوک در هر دو مورد بررسی شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهند حضور دمپر باعث شده است که بازده آیزنتروپیک کاهش یابد. این دمپر باعث می شود که فشار در ناحیه ای به وسعت 2.7% طول پره در اطراف دمپر و روی پره به میزان 33% نسبت به حالت بدون دمپر کاهش یابد. همچنین آشفتگی های ناشی از دمپر باعث می شوند که الگوی گردابه لبه فرار پره به هم بریزد.
    کلیدواژگان: کمپرسور گذرصوتی، دمپر میانی، جدایش ناشی از شوک، الگوی گردابه، استال
  • لیلی آریان فر، مرتضی یاری*، ابراهیم عبدی اقدم صفحات 229-240
    در این پژوهش با رویکردی همه جانبه، تحلیل انرژی، اگزرژی، اقتصادی و زیست محیطی (4E) یک چرخه رانکین آلی با هدف تولید همزمان توان و گرما با منبع انرژی خورشیدی انجام شده است. به منظور بررسی جامع بخشهای مختلف سیستم طراحی شده در کنار یکدیگر، پس از مدلسازی و طراحی ترمودینامیکی چرخه رانکین آلی، به کارگیری کلکلتورهای خورشیدی تخت و سهموی و همچنین بویلر گازسوز به عنوان تجهیزات تامین کننده انرژی در حالت های مختلف مستقل و یا ترکیبی و همچنین در دو حالت جریان منبع گرمایی باز و یا بسته، مورد بررسی قرار گرفته اند. با این هدف که در حالت جریان منبع گرمایی باز، از جریان خروجی با دمای oC 80 برای تامین گرمای مورد نیاز در بخش های مختلف استفاده شود؛ هر چند که در حالت جریان بسته مقدار انرژی اولیه ی مورد نیاز کمتر خواهد بود. همچنین استفاده از پنل های فتوولتاییک، جهت تامین انرژی مورد نیاز سیستم پمپاژ چرخه مورد بررسی قرار گرفته است. محاسبات نشان می دهد که برای مقیاس مورد مطالعه در ایران، هزینه توان تولیدی از کمترین به بیشترین به ترتیب مربوط به استفاده از بویلر گازسوز، کلکتور خورشیدی سهموی، پنل های فتوولتاییک و کلکتورهای خورشیدی تخت می باشد. همچنین با استفاده بهینه از منابع انرژی در حالت تولید همزمان توان و گرما (جریان باز) نسبت به حالت تولید توان (جریان بسته)، از دیدگاه انرژی 8.61% و از دیدگاه اگزرژی 8.11%، افزایش بهره-وری حاصل می شود؛ هر چند که حالت جریان منبع حرارتی باز نسبت به حالت جریان بسته نیازمند هزینه ی سرمایه گذاری بالاتری می باشد.
    کلیدواژگان: چرخه رانکین آلی، انرژی خورشیدی، تولید همزمان توان و گرما، زیست محیطی، اقتصادی
  • آرمان موجودی، مهیار نراقی*، مجتبی مرادی صفحات 241-252
    در این مقاله روشی برای حل برخط معادله ی همیلتون-ژاکوبی-بلمن به منظور طراحی کنترلر بهینه برای سیستم های غیرخطی زمان پیوسته ارائه شده است. دیدگاه اساسی در این روش استفاده از تجربیات برای تقویت کنترلر می باشد، که با عنوان یادگیری تقویتی معروف است. ابتدا بر اساس ساختار عملگر- ارزیاب و به صورت برخط با استفاده از دو شبکه ی عصبی مجزا، معادله ی همیلتون-ژاکوبی-بلمن به صورت تقریبی حل می شود. شبکه های عملگر و ارزیاب به ترتیب قانون کنترل بهینه و تابع ارزش بهینه را تخمین می زنند. سپس با استفاده از گرادیان نزولی این تخمین ها بهبود می یابند. از آنجاکه مدل کردن و تعیین مواردی چون اصطکاک و میرایی پیچیده و مشکل می باشد، از یک شبکه ی عصبی-مقاوم به منظور تخمین دینامیک داخلی سیستم استفاده شده است. به این ترتیب ساختار نهایی، عملگر- ارزیاب- شناساگر می باشد که با استفاده از آن بدون نیاز به دانستن دینامیک داخلی سیستم، معادله ی همیلتون-ژاکوبی-بلمن حل و کنترلر بهینه طراحی می شود. پایداری روش ارائه شده با استفاده از تابع لیاپانوف اثبات شده است. کارایی روش ارائه شده به صورت عملی برای سیستم خطی موتور DC و با شبیه سازی برای یک سیستم غیرخطی نشان داده شده است. نتایج، عملکرد مناسب روش ارائه شده برای حل معادله ی همیلتون-ژاکوبی-بلمن نشان می دهد.
    کلیدواژگان: معادله ی همیلتون، ژاکوبی، بلمن، کنترل بهینه، سیستم غیرخطی، شبکه ی عصبی، ساختار عملگر، ارزیاب
  • شیدوش وکیلی پور*، مسعود محمدی، روزبه ریاضی صفحات 253-265
    کار اصلی در روش های حجم محدود، تخمین صحیح مقادیر روی سطوح گذرنده شارها براساس مقادیر محاسبه شده در گره ها یا مراکز سلول ها است. در این راستا، رهیافت بالادست از کارآمدترین روش ها در تخمین مقادیر روی سطوح حجم کنترلی است. رهیافت بالادست با تکنیک های متنوع و دقت های مناسبی در روش های حجم محدود روی انواع شبکه های باسازمان و بی سازمان توسعه یافته است. در پژوهش حاضر، روش بالادست مبتنی بر فیزیک جریان (PIS) به رهیافت حجم کنترل مرکزسلولی با یک حلگر ضمنی کوپل توسعه یافته و نتایج آن با روش های اختلاف نمایی (EDS) و اختلاف بالادست مورب (SUDS) در جریان حفره برای اعداد رینولدز 400 تا 10000 و جریان گذرنده از روی پله در عدد رینولدز 800 مقایسه شده است. نتایج نشان دهنده اختلاف قابل ملاحظه روش EDS با مراجع، بویژه برای جریان حفره در اعداد رینولدز بالا است که علت آن تشدید پخش کاذب در اثر بالا رفتن عدد رینولدز و ناهم راستایی خطوط جریان و شبکه است. مقایسه نتایج دو روش SUDS و PIS نیز نشان از نزدیکی نتایج این دو روش در جریان روی پله و اختلاف قابل توجه آن ها در جریان درون حفره دارد. اختلاف نتایج روش SUDS در جریان حفره را می توان به تاثیرناپذیری این روش از اختلاف فشار بین نقاط سطح سلول و بالادست ارتباط داد که در جریان هایی با فیزیک حاکم گردابه ای بسیار اهمیت دارد. در مقابل، روش PIS با از طریق یک معادله مومنتوم در راستای خط جریان، توانسته است نتایج خوبی از نظر تسخیر ساختارهای گردابه ای جریان و تطابق با نتایج مراجع به دست آورد.
    کلیدواژگان: روش حجم محدود مرکزسلولی، روش بالادست متاثر از فیزیک جریان، روش اختلاف بالادست مورب، روش اختلاف نمایی، پخش کاذب
  • مهدی معرفت*، عسگر مینایی صفحات 266-274
    در این مقاله استفاده مستقیم از گمانه به عنوان چاه حرارتی ساختمان، سرمایش مستقیم زمینی با گمانه، در یک ساختمان نمونه در اقلیم آب و هوایی شهر تبریز مورد بررسی قرار گرفته است. عمق لازم گمانه با استفاده از مدل تحلیلی برای کاربری مسکونی و اداری محاسبه شده است. عمق طراحی گمانه به مصالح استفاده شده در ساختمان و نحوه عملکرد حرارتی آن بستگی دارد. به همین دلیل بر اساس مصالح استفاده شده، چهار نوع ساختمان در نظر گرفته شده است. در این چهار نوع ساختمان تاثیر استفاده از عایق در دیوار خارجی و همچنین تاثیر جداره پنجره در عمق طراحی و عملکرد سیستم سرمایش زمینی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از پنجره دو جداره به جای پنجره تک جداره باعث کاهش عمق طراحی گمانه تا مقدار 10 درصد می شود. همچنین استفاده از عایق در دیوار خارجی ساختمان عمق طراحی گمانه را به بیش از نصف مقدار اولیه کاهش می دهد. در ادامه استفاده از سرمایش مستقیم زمینی برای شهر تبریز در این چهار حالت بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که سرمایش مستقیم زمینی به جز ساعات اندک در بقیه ساعات می تواند آسایش حرارتی را هم در ساختمان مسکونی و هم در ساختمان اداری برای چهار نوع ساختمان یادشده برقرار کند.
    کلیدواژگان: مبدل حرارتی گمانه، عمق طراحی، سرمایش مستقیم زمینی، شهر تبریز
  • معین طاهری* صفحات 275-282
    امروزه میکروسکوپ نیروی اتمی، در ساخت تجهیزات میکرو/نانو به طور گسترده ای مورد توجه محققین قرار گرفته است. برای این منظور استخراج معادلات جابه جایی و منیپولیشن میکرو/نانوذرات امری ضروری است. اگر چه نیروهای سطحی مانند اصطکاک و چسبندگی در مقیاس ماکرو قابل چشم پوشی هستند، افزایش نسبت سطح به حجم در مقیاس میکرو/نانو، آن ها را بسیار مهم می کند. از مدل های مختلف اصطکاکی جهت جابه جایی دوبعدی در کارهای گذشته استفاده شده است. در این مقاله به استفاده از مدل اصطکاکی اچ کا در مدل سازی و شبیه سازی دینامیک سه بعدی نانوجابه جایی جهت نزدیک تر شدن هرچه بیشتر نتایج مدل سازی به نتایج حاصل از نانوجابه جایی واقعی پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا مدل های مهم اصطکاکی مورد بررسی قرار گرفته و جهت کاربرد در مقیاس میکرو/نانو توسعه یافته اند. سپس معادلات سه بعدی جابه جایی تشریح شده و ماتریس ضرایب سختی تیرک استخراج شده است و تمامی این معادلات جهت محاسبه ی نیرو و زمان بحرانی جابه جایی ترکیب شده اند. در انتها با شبیه سازی معادلات به دست آمده، مقادیر نیرو و زمان بحرانی جابه جایی سه بعدی برای ذره طلا با استفاده از مدل اصطکاکی اچ کا محاسبه شده است. نتایج به دست آمده بیانگر شروع به حرکت غلتشی ذره مورد بررسی حول محور x قبل از غلتش حول محور y و همچنین لغزش در راستای محور y قبل از لغزش در راستی محور x می باشد.
    کلیدواژگان: مدل اصطکاکی اچ کا، نانوذره طلا، جابه جایی سه بعدی، میکروسکوپ نیروی اتمی
  • مهدی ظهور *، ابوالفضل کاظمی نسب، محمد شهابی زاده صفحات 283-292
    در این مقاله، تاثیر شکل هندسی قالب در فرایند اکستروژن مستقیم روی تلرانس ابعادی سطح مقطع یک قطعه بررسی شده و سرعت اکستروژن، جریان فلز، دمای اکستروژن و نیروی اکستروژن، به عنوان متغیرهای فرایند به‏صورت تجربی و عددی مورد مطالعه قرار گرفتند. قطعه‏کار مورد آزمایش از جنس آلیاژ آلومینیوم 2014 با ضخامت دیواره متفاوت می باشد. این تفاوت در ضخامت دیواره موجب تغییرات در سرعت سیلان ماده هنگام خروج از قالب می شود. در نتیجه قالبی که برای تولید این قطعه استفاده می-شود، باید قادر به کنترل نرخ جریان فلز باشد. در این مطالعه، از دو قالب مختلف برای تولید این قطعه استفاده شده است. در قالب اول برای کنترل سرعت فلز از روش ایجاد طول بیرینگ متغیر و در قالب دوم علاوه بر طول بیرینگ از تغذیه کننده نیز در کانال‏های باریکتر بهره برده شده است. از نتایجی که در آنالیز تجربی و عددی بر روی قالب اول به‏دست آمد، می توان نتیجه گرفت که این قالب کارایی لازم را برای تولید این قطعه ندارد. زیرا قادر به یکسان نمودن جریان ماده در تمام سطح مقطع قطعه نیست. به‏همین دلیل مشکلاتی از جمله کیفیت پایین همراه با عدم دقت لازم در ابعاد قطعه تولید شده، مخصوصا در مقطع های باریکتر (به علت پر نشدن گوشه های قالب) وجود دارد. نتایج حاصل از آنالیز عددی قالب دوم نشان می دهد که کارایی قالب دوم بسیار بهتر از قالب اول بوده و توانسته سرعت سیلان ماده را در کل سطح مقطع قطعه‏کار تقریبا برابر کند و موجب بهبود دقت ابعادی در محصول شود.
    کلیدواژگان: شبیه سازی المان محدود، سرعت سیلان ماده، طول بیرینگ، محفظه تغذیه، تلرانس ابعادی
  • علی شهیدی، محمد مهدی نکاحی، احمد عاصم پور* صفحات 293-304
    استفاده از ورق های فلزی در صنایع مختلف ازجمله کشتی سازی بسیار متداول است. در این صنایع ایجاد سطوح موردنظر از ورق تخت اولیه به کمک فرآیند حرارت دهی خطی حائز اهمیت است. در این مقاله ابتدا به شبیه سازی این فرآیند و انتقال حرارت بین گاز خروجی از مشعل و ورق پرداخته شده است. برای مدلسازی اثر مشعل و هوای خنک کننده از مدل جت برخورد کننده در نرم افزار تجاری فلوئنت استفاده شده است. پس از یافتن توزیع دما در ورق، با انتقال این توزیع دما به نرم افزار انسیس و انجام یک تحلیل ترمو الاستو - پلاستیک تغییر شکل ورق بدست آمد و سپس نتایج این کار اعتبارسنجی شد. برای اجرای فرآیند حرارت دهی خطی بایستی مسیرها و شرایط حرارتی مشعل تعیین گردد. به این منظور مسیرهای حرارتی شکل استوانه ای با روش کرنش معیار بدست آمد. به کمک شبیه سازی انجام شده، 63 اجرای مختلف در توان ها و سرعت های مختلف مشعل انجام داده و برای یافتن توان و سرعت حرکت مشعل، به آموزش شبکه ی عصبی با این داده ها پرداخته شد. در انتها ویژگی های حرارتی بدست آمده برای این شکل به کمک شبیه سازی به یک ورق تخت اولیه اعمال شده و از مقایسه ی شکل بدست آمده با شکل مطلوب خطای کمتر از 5 درصد بدست آمد.
    کلیدواژگان: شکل دهی ورق، حرارت دهی خطی، تحلیل ترمو الاستو، پلاستیک، مدل جت برخورد کننده، روش کرنش معیار
  • داوذ رحمت آبادی، رامین هاشمی* صفحات 305-312
    روش نورد تجمعی، از روش های جدید تغییر شکل شدید پلاستیک می باشد که در یک دهه گذشته برای تولید مواد زیادی مورد استفاده قرار گرفته است. در این تحقیق به بررسی خواص مکانیکی و مود شکست ورق های ریزساختار و چندلایه آلومینیوم-آلومینیوم با استفاده از روش نورد تجمعی، در پاس های مختلف فرآیند نورد تجمعی پرداخته شد. فرآیند نورد تجمعی در دمای اتاق، بدون استفاده از روان کار، در هفت پاس متوالی و بدون عملیات حرارتی بین پاسی انجام شد که مقدار کاهش ضخامت در هر پاس 50% می باشد. خواص مکانیکی و شکست به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی، تست کشش تک محوره و تست میکروسختی مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که با افزایش سیکل های نورد تجمعی استحکام کششی و سختی افزایش می یابد و مقدار الانگیشن کاهش می یابد که این تغییرات می تواند ناشی از کرنش سختی زیاد در اثر تغییر شکل شدید پلاستیک و ریزشدن دانه ها باشد. بیشترین استحکام کششی و میکروسختی در پایان سیکل هفتم بدست می آید که نسبت به نمونه ی اولیه به ترتیب 4/241 و 106 درصد افزایش می یابد. همچنین با افزایش سیکل های فرآیند دیمپل های با اندازه کوچکتر و عمق کمتر نسبت به نمونه اولیه مشاهده شد.
    کلیدواژگان: نورد تجمعی، ورق آلومینیوم 1050، خواص مکانیکی و شکست، میکروسکوپ الکترونی روبشی
  • محمد مهدی کشاورزی، عقیل یوسفی کما *، امیر نجات، سید سعید محتسبی صفحات 313-322
    مدل سازی دقیق ، امری ضروری برای سازه های طراحی شده در جریان گذر صوتی می باشد. در این پژوهش به شبیه سازی عددی پدیده های آیروالاستیک به صورت استاتیکی برای سازه های تغییر شکل پذیر در جریان گذر صوتی پرداخته می شود. در جریان گذرصوتی، ناپایداری های فراوانی برای سیستم های آیرودینامیکی به وقوع می پیوندد. این ناپایداری ها باعث غیر خطی شدن محاسبات در محیط سیال و سازه می شود. با توجه به گسترش روش های عددی و همچنین پیشرفت تکنولوژی، هزینه های محاسباتی کاهش یافته و لذا شبیه سازی با کیفیت بالا قابل دستیابی است. در این مقاله شبیه سازی آیروالاستیک در جریان گذر صوتی (عدد ماخ 0.96) بر روی بال مرسوم آگارد 445.6 انجام شده است. این شبیه سازی شامل تحلیل مودال، حل استاتیکی سیال و بررسی رفتار الاستیک سازه می باشد. در قسمت اول با استفاده از تحلیل مودال، چهار فرکانس طبیعی اول و شکل مودهای مربوطه با داده های مربوط به محققان قبلی مقایسه گردید وهندسه ی مدل مورد ارزیابی قرار گرفت. در ادامه، با استفاده از حل یک طرفه استاتیکی، نیروهای فشاری ایجاد شده در هنگام عبور سیال از روی بال، باعث ایجاد تغییر شکل در سازه می شود. در بخش نتایج، ضرایب فشار اعمالی به سازه با یکدیگر و همچنین با نتایج موجود شبیه سازی های محققان قبلی مقایسه شده و جابه جایی های اعمال شده توسط این نیرو های فشاری نیز گزارش گردید. همچنین با توجه به تغییر شکل های بوجود آمده بر روی سازه، ضرایب فشار برای هر مرحله محاسبه و گزارش گردیده است. در این پژوهش با افزایش تعداد مراحل برای حل به صورت یک طرفه، جابه جایی ها کاهش یافته و سازه به پایداری استاتیکی خود نزدیک شده است.
    کلیدواژگان: آیروالاستیک، اندرکنش سیال و سازه، دینامیک سیالات محاسباتی، جریان گذر صوتی، آگارد 445.6
  • مقالات مروری
  • رضوان عابدینی، امیر عبدالله*، یونس علیزاده، وحید فرتاش وند صفحات 323-334
    شکل دهی فلزات یکی از روش های سنتی ساخت قطعات می باشد که در آن ماده به شکل ساده با تغییرشکل پلاستیک به صورت قطعات صنعتی در می آید. کاهش نیروهای شکل دهی و دستیابی به قطعات با کیفیت بهتر همیشه یکی از اهداف مورد نظر محققان و صنعتگران بوده است. به منظور نیل به این هدف، در کنار روش های سنتی مانند افزایش دمای قطعه، روش های نوین نظیر اعمال ارتعاشات توان بالای فراصوت نیز به کمک آمده اند. در این روش ارتعاشات توسط ترانسدیوسر فراصوت تولید شده و به ناحیه تغییر شکل و تماس بین ابزار (یا قالب) و قطعه کار اعمال می شود. نتایج نشان می دهند که اعمال ارتعاشات مکانیکی فرکانس بالا با دامنه میکرونی موجب کاهش نیروهای شکل دهی، افزایش دقت ابعادی و عمر ابزارها و در نتیجه افزایش نرخ تولید و بهره وری می شوند. با توجه به اهمیت و کاربرد موضوع، در این مقاله به معرفی فرایند اعمال ارتعاشات فراصوت و پدیده های در پی آن پرداخته شده است. بر این اساس، اصول علمی و تکنولوژیکی اعمال ارتعاشات فراصوت در کنار تاثیر آن بر فرایند و عوامل و مکانیزم های در ارتباط با آن مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند. همچنین راهکارهای پیشبرد این فناوری در صنعت امروز و تجاری سازی آن به همراه خلاصه ای از مزایا و محدودیت های این فرایند در شکل دهی فلزات ارائه گردیده است.
    کلیدواژگان: شکل دهی فلزات، ارتعاشات فراصوت، تغییرشکل پلاستیک، ترانسدیوسر فراصوت
  • مقاله پژوهشی کامل
  • کمال عموری، جمال عموری، سعید احمدی فرد، مهدی کزازی*، شهاب کاظمی صفحات 335-342
    در این پژوهش کامپوزیت های زمینه آلیاژ آلومینیم A356 تقویت شده با درصدهای وزنی مختلف از نانوذرات و ذرات میکرومتری SiC به ترتیب با میانگین اندازه 50 نانومتر و 5 میکرومتر توسط روش ریخته گری گردابی تولید شد. با توجه به نقش عملیات حرارتی T6 بر روی افزایش استحکام و سختی آلیاژ A356، کامپوزیت های به دست آمده تحت عملیات حرارتی T6 قرار داده شدند. سختی و خواص فشاری نمونه های کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفت. میکرو ساختار نمونه ها نیز توسط میکروسکوپ های نوری، الکترونی روبشی و الکترونی گسیل میدانی بررسی شد. بررسی ریزساختاری نشان داد که انجام عملیات حرارتی T6 باعث تغییر در مورفولوژی سیلیسیم یوتکتیک شده و طی مرحله پیرسازی رسوب مستحکم Mg2Si در ساختار ایجاد می شود که باعث افزایش سختی و استحکام فشاری آلیاژ شده است. نتایج نشان داد که با افزایش درصد وزنی نانوذرات، سختی و استحکام فشاری افزایش می یابد. نتایج حاصل از ریزساختار نمونه ها، توزیع نسبتا یکنواختی را از ذرات تقویت کننده نشان داد. همچنین استحکام و سختی کامپوزیت های تقویت شده با نانوذرات بیشتر از کامپوزیت تقویت شده با ذرات میکرومتری با وجود درصد وزنی بالاتر بود. میزان سختی و استحکام فشاری در کرنش 35 درصد کامپوزیت عملیات حرارتی شده و تقویت شده با 1.5 درصد وزنی نانوذرات به ترتیب 62 برینل و 252 مگاپاسکال نسبت به آلیاژ پایه ریختگی بهبود یافته است.
    کلیدواژگان: ریخته گری گردابی، عملیات حرارت T6، ریزساختار، ذرات SiC، سختی و استحکام فشاری
  • بهنام داودی *، سید حسن موسوی صفحات 343-352
    سوپر آلیاژها به دلیل دارا بودن ویژگی های خاص مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت، توانایی حفظ خواص مکانیکی و شیمیایی خود در درجه حرارت های بسیار بالا موجب شده که کاربرد بسیاری در صنایع مختلف، خصوصا در صنایع هوایی پیدا کنند. از طرفی، ضریب انتقال حرارت بسیار کم، چقرمگی بالا به همراه کار سختی در این آلیاژها موجب شده که ماشینکاری آنها با چالشی جدی مواجه باشد. در مطالعه حاضر، تاثیر پارامترهای برش بر زبری سطح سوپرآلیاژ A286 در شرایط روانکاری مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. طرح آزمایش رویه پاسخ برای طرح ریزی آزمایش ها بکار گرفته شده است. به منظور بررسی تاثیر پارامترهای ماشینکاری و شرایط روانکاری بر زبری سطح، دو فاکتور سرعت برش و سرعت پیشروی در سه سطح و همچنین شرایط روانکاری حداقل مقدار و روش مرطوب به عنوان اصلی ترین پارامترها درنظر گرفته شده-اند. از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری به منظور بررسی سایش ابزار و کیفیت سطح قطعه کار استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از روش حداقل مقدار روانکار باعث افزایش قدرت نفوذ ذرات سیال روانکار-خنک کار به منطقه برش شده و با کاهش زبری سطح باعث بهبود فرآیند می شود. مشاهده شد که با افزایش مقدار پیشروی در سرعت برش ثابت، مقادیر عددی زبری سطح در معیار Ra برای شرایط مختلف روانکاری از هم فاصله گرفته و مقدار آن برای روش حداقل مقدار روانکار کمتر است که برتری این روش نسبت به روش مرطوب را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ A286، حداقل مقدار روانکار، زبری سطح، رویه سطح پاسخ
  • پیمان رستمی، محمدرضا انصاری *، محسن زارعی صفحات 353-363
    در این پژوهش حرکت آزادانه حباب در کانال عمودی به صورت تجربی در محدوده نیروی تنش سطحی غالب برای 5 سیال مختلف نیوتونی مورد بررسی قرار گرفت. مسیر حرکت حباب در آب، محلول 30 درصد و 50 درصد حجمی گلیسیرین به صورت زیگزاگ و در دو محلول 80 درصد و 100 درصد حجمی گلیسیرین به صورت خطی مشاهده شده است، همچنین سرعت صعود و ضریب منظر نیز با روش آنالیز تصویر توسط نرم افزار متلب استخراج شد. مقایسه نتایج کار حاضر با نتایج سایر محققین و روابط موجود جهت حدس زدن سرعت حباب از تطابق خوبی برخوردار بود. تاثیر میدان مغناطیسی (عمود بر مسیر حرکتی حباب) بر خصوصیات هیدرودینامیک حباب نیز برای هریک از محلول ها مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که حضور میدان مغناطیسی هرچند در نحوه حرکت حباب تاثیری ندارد و در محدوده مورد بررسی موجب تغییر حرکت زیگزاگی یا خطی نمی شود ولیکن باعث کاهش دامنه حرکت می شود که این میزان کاهش با افزایش لزجت کاهش می یابد. همچنین حضور میدان سبب افزایش سرعت صعود حباب می شود که درصد این افزایش سرعت با افزایش لزجت افزایش می یابد. حضور میدان مغناطیسی باعث افزایش ضریب منظر می شود که با افزایش لزجت میزان تغییرات ضریب منظر کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: صعود آزادانه حباب، تاثیر میدان مغناطیسی، سرعت صعود، ضریب منظر، مسیر حرکت
  • مهرداد نصرالله زاده، جواد شهبازی کرمی، حسن مسلمی نایینی *، سیدجلال هاشمی، حسین محمدی نجف آبادی صفحات 364-374
    شکل دهی دمشی فلز در دماهای بالا فرآیندی است برای شکل دادن فلزاتی از قبیل آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم که شکل پذیری پایین یا استحکام بالایی در دمای اتاق دارند و با افزایش دمای فرآیند تا دماهایی بالاتر از دمای تبلور مجدد فلز، شکل پذیری آن ها افزایش و استحکامشان کاهش قابل توجهی پیدا می کند. در این فرآیند برای تولید قطعاتی با خواص مطلوب، تعیین میزان بهینه برای پارامترها ضروری می باشد. در این تحقیق فرآیند شکل دهی دمشی در دماهای بالا با استفاده از نرم افزار Abaqus شبیه سازی شد و توسط نتایج شبیه سازی، نحوه تاثیرگذاری پارامترهای ورودی بر خروجی های فرآیند مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تایید آزمایش های شبیه سازی نیز آزمایش های تجربی با استفاده از مجموعه شکل دهی دمشی انجام گرفت. با استفاده از اطلاعات به دست آمده از شبیه سازی عددی فرآیند، یک شبکه ی عصبی مصنوعی در نرم افزار Matlab به منظور مدل سازی فرآیند شکل دهی دمشی در دماهای بالا آموزش داده شد. در شبکه عصبی آموزش داده شده، فشار، تغذیه محوری و زمان به عنوان پارامترهای ورودی و شعاع، کمینه و بیشینه ضخامت به عنوان خروجی های مساله درنظر گرفته شد. درمرحله بعد این مدل به عنوان تابع ورودی به الگوریتم بهینه سازی ژنتیک چند هدفه ارائه گردید تا جبهه پارتو و پارامترهای بهینه ی فرآیند به دست آیند. پارامترهای بهینه ی حاصل شده عبارتند از: فشار داخلی 13.07bar، تغذیه محوری 0.78mm و زمان 65.73s و مقادیر شعاع گوشه، کمینه و بیشینه ضخامت بدست آمده از پارامترهای بهینه به ترتیب برابر 5.49mm، 0.92mm و 1.57mm می-باشد.
    کلیدواژگان: شکل دهی با دمش گاز در دمای بالا، شبیه سازی عددی، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبی
  • نوید فرخی، جاماسب پیرکندی *، مهران نصرت الهی صفحات 375-383
    در این پژوهش یک سیستم تولید همزمان توان و گرما بر پایه موتورهای دیزل مورد مطالعه قرار می گیرد. به همین منظور تحلیل پارامتری بر اساس قوانین اول و دوم ترمودینامیک برای یک سیستم تولید همزمان انجام می شود. در این بررسی به جای مدل سازی چرخه ی استاندارد هوا، چرخه ی استاندارد هوا و سوخت و هم چنین فرآیند احتراق شبیه سازی می گردد که باعث بیشتر شدن دقت نتایج می شود. از آن جا که یک چرخه استاندارد دیزل تفاوت های بسیاری با یک چرخه واقعی دارد، گاز خروجی از محفظه احتراق یک موتور دیزل واقعی تولید داخل نیز برای شبیه سازی سیستم تولید همزمان مورد استفاده قرار می گیرد و مبادله کن گرمای سیستم تولید همزمان از نظر اگزرژی و اقتصادی بررسی می شود. ملاحظه می گردد که با به کارگیری سیستم در نظر گرفته شده می توان از اتلافات گاز خروجی موتور برای گرم نمودن 17/0 کیلوگرم بر ثانیه آب از دمای°C25 تا°C64/68 استفاده نمود. این کار بازده کلی سیستم را در حدود %20 و تا حدود %80 افزایش می دهد. البته مقدار تخریب اگزرژی در مبادله کن گرما به نسبت زیاد است که این مربوط به فرآیند انتقال گرما و اختلاف دمای زیاد در مبادله کن می باشد.
    کلیدواژگان: موتور دیزل، سیستم تولید همزمان، اگزرژی، ترمواکونومیک
  • علی قربانی کشکولی، قاسم اکبری* صفحات 384-392
    ابرخازن های الکتروشیمیایی انرژی را در میدان الکتریکی تشکیل شده در دو لایه الکتروشیمیایی در مرز الکترود-الکترولیت ذخیره می کنند. استفاده از الکترودهای با سطح تماس بالا در ابرخازن، منجر به افزایش بسیار زیاد ظرفیت ذخیره انرژی آن ها در مقایسه با خازن معمولی می شود. مطالعه حاضر یک مدل ریاضی به منظور بررسی اثر ضخامت و تخلخل الکترودها بر روی عملکرد ابرخازن دولایه ارائه می نماید. این مدل بر مبنای معادلات بقای اجزا برای گونه های محلول و بقای بار الکتریکی در الکتروشیمی ابرخازن می باشد و فرضیات معمول مانند غلظت یکنواخت در طول سلول و ظرفیت مخصوص مستقل از ولتاژ در مدل حاضر در نظر گرفته نشده است. مدل حاضر قادر به پیش بینی با دقت منحنی ولتاژ دشارژ ابرخازن در مقایسه با داده های آزمایشگاهی می باشد و قابلیت بکارگیری در بررسی اثر پارمترهای ساختاری بر روی عملکرد ابرخازن را دارد. نتایج بدست آمده برای شرایط کارکرد در نظر گرفته شده در مطالعه حاضر نشان می دهد که استفاده از الکترود با ضخامت بیشتر در محدوده 45 تا 70 میکرومتر، باعث افزایش ظرفیت مخصوص ابرخازن می شود، در صورتی که افزایش ضخامت الکترود بیش از 70 میکرومتر، موجب کاهش ظرفیت مخصوص می گردد. استفاده از الکترود های با تخلخل بیشتر نیز موجب افزایش ظرفیت مخصوص ابر خازن می شود، به صورتی که اگر تخلخل الکترود دو برابر شود، ظرفیت مخصوص تقریبا 5 درصد افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: مدل سازی ابر خازن دولایه، ظرفیت مخصوص، انرژی مخصوص، توان مخصوص، تخلخل
  • مجید سیاوشی*، حمید گروسی، شهرام درخشان صفحات 393-404
    منابع نفت سنگین و ماسه های قیری حدود 70 درصد منابع نفتی جهان را در بر می گیرند و مخازن نفت سنگین توانایی جبران کاهش تولید از مخازن نفتی متعارف را دارند. بهره برداری از منابع عظیم به علت لزجت بالای نفت، به طور عمده با روش های ازدیاد برداشت حرارتی انجام می شود. هدف از فرآیند های حرارتی، کاهش لزجت نفت و در نتیجه افزایش تحرک پذیری آن و بهبود برداشت نفت می باشد. در این میان روش ریزش ثقلی به کمک بخار یکی از کارآمدترین روش ها است. در این روش دو چاه افقی حفر شده و از یک چاه بخار داغ تزریق شده و موجب حرکت نفت به سمت چاه دیگر میشود. بهینهسازی پارامترهای عملیاتی در طی این فرآیند از اهمیت بسزایی برخوردار است. کنترل فشار یا دبی چاه ها از متداولترین روش های ازدیاد برداشت میباشد. در این مقاله برای نخستین بار علاوه بر دبی چاه های تزریق و تولید، اقدام به بهینه سازی دمای تزریق بخار میشود. نشان داده شد که برای دمای تزریق بخار نیز مقداری بهینه وجود دارد. بعلاوه برای حالات مختلف تحلیل تولید آنتروپی نیز انجام شده است. برای شبیه سازی فرآیند ازدیاد برداشت از یک نرم افزار تجاری استفاده شد و بهینه سازی پارامترهای عملکردی با استفاده از الگوریتم جستجوی الگو انجام شده است. محاسبه تولید آنتروپی نیز براساس نتایج شبیه سازی عددی و با استفاده از کد محاسباتی نوشته شده صورت گرفته است. مشاهده شد که بیشترین برداشت تجمعی نفت با کمترین میزان تولید آنتروپی متناظر است و در نتیجه می توان از تولید آنتروپی به عنوان تابع هدف مناسبی در فرآیندهای ازدیاد برداشت استفاده نمود.
    کلیدواژگان: ازدیاد برداشت حرارتی، بهینه سازی، جستجوی الگو، نفت سنگین، ریزش ثقلی به کمک بخار (SAGD)
  • میلاد مرادی، علی چایی بخش لنگرودی*، امین رمضانی صفحات 405-411
    در این تحقیق، استفاده از ماشین بردار پشتیبان SVM)) به منظور آشکارسازی زودهنگام عیب افزایش سطح مخزن راه انداز در شرایط تغییر بار یک بویلر یک گذر نوع بنسون ارائه شده است. افزایش سطح مخزن راه اندازی به دلیل به هم خوردن شرایط حرارتی بویلر بخصوص هنگام کاهش توان کاری واحد بخار رخ می دهد. برای این منظور، ابتدا عوامل موثر در افزایش سطح مخزن راه انداز با توجه به داده های تجربی بدست آمده از یک واحد نیروگاهی شناسایی شده، سپس با انتخاب ویژگی مناسب ابعاد ورودی کاهش یافته است. نتایج تجربی نشان می دهد که تغییر دمای دیواره ها می تواند به عنوان بهترین شاخصه افت کیفیت بخار در نظر گرفته شود. با مقایسه ویژگی های استخراجی در شرایط سالم و ناسالم، مدل مناسبی از خطا با استفاده از ماشین بردار پشتیبان با تابع پایه شعاعی (RBF) به عنوان هسته آن، تهیه شده است. عملکرد سیستم آشکارساز خطا بر اساس داده های وقوع دو عیب مشابه در دو بازه زمانی متفاوت از یک واحد بخار نیروگاه بخار بررسی شده است. نتایج حاصل، دقت و قابلیت روش پیشنهادی برای کشف زودهنگام شرایط کارکرد ناسالم در وضعیت تغییر بار واحد را نشان می دهد. مزیت روش پیشنهادی، ممانعت از ایجاد آلارم های کاذب در بویلرهای نیروگاهی در شرایط تغییر بار است.
    کلیدواژگان: شناسایی عیب، استخراج ویژگی، واحد نیروگاهی، ماشین بردار پشتیبان، حالت گذار
  • مسعود مینایی، مرتضی صادقی* صفحات 412-420
    در خطوط فشار قوی، عوامل محیطی به دلیل ایجاد ارتعاشات عرضی کابل انتقال قدرت، اثرات مخربی روی تجهیزات خطوط انتقال بر جای می گذارد. برای کاهش نرخ خرابی ها، انرژی مکانیکی انتقال یافته بایستی به طریقی جذب شود. به این منظور از میراگر های دینامیکی در سیستم انتقال قدرت استفاده می شود. یکی از متداول ترین میراگرهای دینامیکی، میراگر استاک بریج می باشد که در فواصل مناسبی از دو سر عایق سرامیکی و بر روی کابل نصب می شود. پیچیدگی در محاسبه مقدار سفتی خمشی و نیز مکانیزم جذب انرژی در این میراگرها که عمدتا در کابل رابط آن صورت می گیرد، مدل سازی این نوع میراگرها را مشکل تر کرده است. در مقاله حاضر، با توجه به تعدد پارامترهای مجهول در مدل و تخمین آن ها به منظور شناسایی سیستم ارتعاشی میراگر استاک بریج، و مدل سازی دقیق ریاضی آن، از آنالیز مودال تجربی و روش به روز رسانی مدل استفاده شده است. بدین صورت که ابتدا میراگر استاک بریج در قالب یک سیستم چهار درجه آزادی مدل شده و سپس پارامترهای مجهول آن با استفاده از روش آنالیز مودال تجربی و روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک تخمین زده شده ، و در نهایت تاثیر پارامترهای میراگر در رفتار ارتعاشی آن بررسی و نمودارهای تاثیر تغییر این پارامترها بر روی مقدار جذب انرژی استخراج شده اند. به منظور صحه سنجی نتایج، داده های تجربی مربوط به اتلاف توان میراگر استاک بریج با استفاده از یک تجهیز آزمایشگاهی و برای حالت تحریک پایه به دست آمده و با نتایج تحلیلی مقایسه شده اند. نتایج تحلیلی و تجربی موافقت خوبی با یکدیگر نشان می دهند.
    کلیدواژگان: میراگر استاک بریج، ارتعاشات خطوط فشار قوی، کابل میراگر، آنالیز مودال تجربی، به روزرسانی مدل
  • آرش بختیاری، مصطفی زین الدینی*، مجید احتشامی، وحید تمیمی صفحات 421-428
    در سال های اخیر، مطالعه آزمایشگاهی پدیده ارتعاش ناشی از گردابه، یکی از موضوعات مورد علاقه در بین محققین بوده است. با این حال فرضیات و روش های مورد استفاده در هر آزمایش، منجر به نتایج به نسبت متفاوتی در تحقیق های صورت گرفته، شده است. در مقاله حاضر، با استفاده از یک استوانه، به بررسی و تحلیل اثر شرایط انتهایی در پاسخ های ارتعاشی استوانه های در معرض جریان آب پرداخته شده است. برای این منظور یک استوانه صلب که به صورت ارتجاعی در یک حوضچه کشش نصب شده، در دو حالت با و بدون ورق انتهایی مورد آزمایش قرارگرفته است. محدوده اعداد رینولدز آزمایش شده از 5.8×103 تا 6.6×104 است. به منظور کنترل روش آزمایشگاهی مورد استفاده، داده های بدست آمده در این تحقیق، برای حالتی که ورق انتهایی به استوانه الصاق شده، با داده های مشابه آزمایشگاهی دیگر محققین مورد مقایسه قرارگرفته است.
    مقایسه نتایج این تحقیق با کارهای گذشته، گویای درستی روش مورد آزمایش بوده است. براساس نتایج این تحقیق ورق انتهایی تاثیر قابل توجهی بر دامنه بدون بعد ارتعاشی استوانه خواهد داشت. همچنین، با حذف ورق انتهایی نمودار دامنه بدون بعد استوانه به سرعت های کاهش یافته بالاتری انتقال می یابد. در پاسخ بسامدی استوانه، حذف ورق انتهایی منجر به مقادیر کمتری برای بسامد استوانه شده است. بررسی ضریب نیروی برآیی نیز گویای روند مشابهی با آنچه که در دامنه بدون بعد دیده شد، می باشد. بطور کلی، بر اساس نتایج این تحقیق، حذف ورق انتهایی منجر به تحریک بیشتر استوانه در معرض جریان خواهد شد.
    کلیدواژگان: ارتعاش ناشی از گردابه، ورق انتهایی، دامنه بدون بعد، نیروی برآیی، اختلاف فاز بین نیروی برآیی سیال و جابجایی استوانه
  • فتح الله امی*، زهیر صبوحی صفحات 429-440
    طراحی محفظه احتراق همواره به عنوان پرچالش ترین بخش طراحی توربین گاز شناخته شده است. در این مقاله بر طراحی مفهومی محفظه احتراق موتورهای هوایی متعارف تمرکز شده است. ضرورت این پژوهش از نیاز مبرم به یک مدل جامع و کارا جهت فراهم کردن سریع داده ها در مراحل اولیه فرایند طراحی (طراحی مفهومی و طراحی مقدماتی) نشات می گیرد. در راهکار پیشنهادی طراحی و تخمین عملکرد محفظه احتراق یکپارچه شده است. برای این منظور، یک کد رایانه ای بر پایه روندهای طراحی توسعه داده شده است. با استفاده از ابزار طراحی توسعه داده شده، هندسه محفظه احتراق و پارامترهای عملکردی آن حاصل می گردد. بر اساس سطح اطلاعات موجود در مراحل اولیه طراحی، روش شبکه رآکتورهای شیمیایی جهت مدل سازی احتراق انتخاب شده است. در این راستا، سه مکانیزم شیمیایی مختلف برای سوخت هوایی Jet-A مطالعه گردیده است. علاوه بر این، تبخیر قطرات سوخت مایع و غیریکنواختی مخلوط سوخت و هوا در ناحیه اولیه محفظه احتراق مدل شده است. نتایج حاصل از ابزار طراحی با داده های یک محفظه احتراق حلقوی مقایسه شده است که همگرایی قابل قبولی میان ابعاد و آلاینده های خروجی نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق توربین گاز، طراحی مفهومی، شبکه رآکتور شیمیایی، انتشار اکسیدهای نیتروژن، انتشار مونوکسیدکربن
  • بهنام صبوری، مجیدرضا آیت اللهی* صفحات 441-447
    در این پژوهش، تاثیر نانولوله های کربنی چندجداره بر مقاومت شکست نانوکامپوزیت‏های پایه اپوکسی تحت بار برشی خارج از صفحه‏ای (شکست مود III) در مقایسه با اثر آن‏ها در حالت بارگذاری کششی (شکست مود I) به روش تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. به دلیل داشتن گرانروی پایین و کاربردهای گسترده در صنعت، از اپوکسی LY-5052 برای ساخت نمونه های نانوکامپوزیت استفاده شده است. درصدهای وزنی در نظر گرفته شده برای محتوای نانولوله های کربن این نمونه ها نیز 0.1، 0.5 و 1 درصد هستند. در فرآیند ساخت نمونه های نانوکامپوزیتی، روش امواج مافوق صوت برای همگن‏سازی نانوذرات در رزین زمینه به کار گرفته شده است. در این آزمون‏ها برای اندازه‏گیری مقاومت شکست نمونه های اپوکسی خالص و نانوکامپوزیت‏ها تحت شرایط بارگذاری مود I و مود III از فیکسچر بارگذاری‏ای که به تازگی برای مود ترکیبی I/III توسعه یافته، استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می‏دهند که در هر دو حالت بارگذاری، افزایش محتوای نانولوله ها تا 1 درصد وزنی موجب افزایش مقاومت شکست نسبت به اپوکسی خالص می‏شود. با این وجود، ماکزیمم چقرمگی های شکست مود I و مود III به ترتیب، برای نانوکامپوزیت‏های حاوی 0.5 و 1 درصد وزنی نانولوله به دست آمده‏اند. در نهایت، روند‏های مشاهده شده در نتایج آزمایشگاهی، با استفاده از میکرومکانیزم‏های تاثیرگذاری نانولوله های کربنی مورد بحث قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: نانولوله کربن، نانوکامپوزیت، بار برشی خارج از صفحه ای، چقرمگی شکست
  • علی آمارلو، علی کشاورز ولیان *، علیرضا بتویی، سیامک علیزاده نیا صفحات 448-458
    ساختارهای هندسی زیادی برای موتورهای استرلینگ ارائه شده است که تفاوت آن ها در تعداد اجزا و نحوه ی قرار گرفتن آن ها در کنار یکدیگر است. در ساختار بتا و گاما، دیسپلیسر وظیفه ی جابه جایی سیال را بین منبع سرد و منبع گرم دارد و ساختار آلفا بدون آن، هندسه ی ساده تری دارد. از این رو در این پژوهش، یک ساختار جدید معرفی می شود که دو سیلندر و پیستون بجای دیسپلیسر جایگزین می شود و نتیجه آن یک ساختار جدید سه سیلندره ی گاما خواهد بود که همانند ساختار آلفا بدون دیسپلیسر، هندسه ساده تر و فرایند ساخت راحت تری خواهد داشت. برای بررسی نحوه ی عملکرد ساختار جدید، یک مدل شبیه سازی شده از یک موتور استرلینگ ساخته شده با ساختار گاما بر اساس ساختار جدید و هندسه ی موتور اس تی-500 تهیه شده است. مدل سازی در نرم افزار تحلیلی -صنعتی با نام جی تی-سوییت انجام شده است. بیشترین خطا بین ساختار جدید و نتایج تجربی ساختار گاما، در حرارت مصرفی 20 درصد و در کار تولیدی 14.7 درصد است که با توجه تغییر هندسی ساختار، قابل قبول است و ازاین رو تحلیل ترمودینامیکی بر پارامترهای عملکردی ساختار جدید انجام شده است. نتایج این تحلیل علاوه بر تائید ماهیت ساختار، نشان می دهد که افزایش سرعت برای افزایش عملکرد موتور مناسب نیست و بازده موتور را کاهش می دهد اما افزایش دمای منبع گرم و فشار تغذیه اثر خوبی بر بازده داشته و برای بهبود عملکرد موتور پیشنهاد می شود
    کلیدواژگان: موتور استرلینگ، ساختار گاما، ساختار سه، سیلندره، تحلیل ترمودینامیکی، پارامترهای عملکردی
|
  • Milad Hesami, Mojtaba Haghighi, Yazdi *, Farshid Najafi Pages 1-8
    Characterization of mechanical properties of soft tissues using hyper-viscoelastic models has been of special attention in medical fields such as medical diagnosis. In most of these studies, only one single tissue has been analyzed and therefore, in cases that the lower tissue does not function well, generalization of obtained results for a tissue will not be suitable for other tissues. In the current study, mechanical properties of chicken chest and sheep liver, two different study cases, have been determined at the same time using an indentation test. To determine the properties of the obtained model, inverse finite element method (IFEM) has been employed. Moreover, an optimization algorithm has been used for minimizing the differences of force-time curves that are obtained from indentation test and finite element analysis. By separating the force-time curve to two hyperelastic and viscoelastic parts, the parameters of each part have been determined individually using a separate inverse finite element method. This procedure results in reducing the computation time. Eventually, the parameters of viscoelastic and hyperelastic models have been determined by nonlinear root mean square error of 0.0695 and 0.0315, respectively. Comparison of the curves obtained from finite element analyses and those obtained from experiments shows the validity and capability of the employed method.
    Keywords: Hyper, viscoelastic, Characterization, Indentation test, Inverse finite element, Levenberg algorithm
  • Naser Dashtin Gerami, Gholam Hossein Liaghat*, Gholam Hossein Rahimi, Najmeh Khazraiyan Pages 9-13
    In this paper, the penetration process of anti-structure tandem projectiles are investigated by numerical and experimental methods. The used projectiles in this research have been composed of the forward shaped charge with conical copper liner and the following kinetic energy projectile with flat nose. For determination of cavity and tunnel geometry, at first follow projectile penetration test is done. In this process three shaped charge projectiles are tested. According to the same conditions for projectiles and concrete target, the obtained data of performed test are good agreement with each others. Then numerical simulation of forward and follow projectiles penetration are analyzed by finite difference hydro code; AUTODYN. The numerical results obtained from the forward projectile penetration have been compared with experimental results. The comparisons between experimental and numerical results for forward projectiles show good agreement with each other. At the end of this research, the residual velocities of the follow projectiles are investigated by numerical method. The results also indicate that the residual velocity of follow projectile increase due to the damage in the concrete target, that it is according to predictions.
    Keywords: Tandem projectile penetration, Forward projectile, Follow projectile, Damaged Concrete
  • Narges Dehghani Vyncheh, Shahram Talebi * Pages 19-30
    In this study, the hybrid Lattice Boltzmann - Finite difference - Immersed Boundary method has been used for investigation of problems with heat transfer. For this purpose, mass and momentum conservation equations are solved by the Immersed Boundary- Lattice Boltzmann method and finite difference method has been used for solving energy conservation equation. The effect of Immersed Boundary has been shown as force and external energy source term in equations and therefor flow and heat transfer around circular cylinder and also the effect of how to move cylinder in heating of fluid inside the cavity has been studied. for this purpose four kinds of movements: circular reciprocating, normal circular, diagonal amplitude and horizontal amplitude have been considered for the cylinder and in all cases, the changes of force coefficients and Nusselt number have been discussed. It has been showed that the circular reciprocating movement has more effect on heating of fluid inside the cavity, which indeed this movement reduces the time of fluid heating about 20 percent in comparison with normal circular and diagonal amplitude movement and approximately 37 percent in comparison with horizontal amplitude movement. In all of the studied problems, the efficiency of hybrid method has been proved.
    Keywords: Lattice Boltzmann, Immersed Boundary method, Energy equation, Finite difference method
  • Ehsan Davoodi, Mahmood Mazare, Pedram Safarpour * Pages 31-41
    This paper presents the control of a quadrotor using nonlinear approaches based on the experimentally measured sensors data. The main goal is the control and closed loop simulation of a quadrotor using feedback linearization and sliding mode algorithms. First, a nonlinear model of quadrotor is derived using Newton-Euler equations. To have a more realistic simulation the sensors noise performance were measured using a setup. sensors data was measured under on engines. Since the experimental data for sensor had error and noise, a Kalman filter was used to reduce sensors noise effect. Results demonstrate good performance for Kalman filter and controllers. Results showed that feedback linearization and sliding mode controllers performance was good but angles changes were smoother on feedback linearization controller. With increasing uncertainty, feedback linearization performance was away desired mode from this aspect The time to reach the goal situation while increasing uncertainty was no significant impact on the performance of sliding mode controller.Thus feedback linearization controller added PID is Appropriate to Maintain the quadrotor attitude while sliding mode controller has better performance to angles change and transient situations.
    Keywords: Quadrotor, MEMS Sensor, nonlinear Control, Kalman filter
  • Seyed Faramarz Ranjbar *, Hossein Nami, Alireza Khorshid, Hamed Mohammadpour Pages 42-50
    In order to power and hydrogen production, combination of Matiant cycle with an ORC cycle and PEM electrolysis have been analyzed from the viewpoint of energy and exergy. Waste heat of the Matiant cycle is used to run the ORC cycle. Effect of some decision variables i.e. evaporator temperature, minimum temperature difference in heat exchanger, degree of superheating in ORC turbine inlet and isentropic efficiency of ORC turbine on the rate of produced hydrogen, ORC produced power and exergy efficiency of the combined system have investigated. It is observed that, increasing minimum temperature difference leads to decrease in the rate of produced hydrogen, ORC produced power and consequently exergy efficiency of the combined system. Also change in the evaporator temperature makes an optimum value of rate of produced hydrogen, ORC produced power and therefore the exergy efficiency of the combined system. It is obtained that, rising the degree of superheating in the ORC turbine inlet decreases the rate of produced hydrogen, ORC produced power and the exergy efficiency of the combined system. As it was expected, increasing isentropic efficiency of ORC turbine leads to an increase in rate of produced hydrogen, ORC produced power and therefore the exergy efficiency of the combined system.
    Keywords: PEM electrolysis, Hydrogen production, MATIANT system, ORC, Exergy efficiency
  • Mohammad Khoran, S.M.H. Seyedkashi * Pages 51-59
    Composites are widely being used due to their good properties such as high strength to weigh ratio, stiffness, resistance to buckling and fatigue, and etc. in different industries. Parabeam three-dimensional composites have found a remarkable situation due to their high bending strength and extremely low weight compared to other sandwich composites. Drilling is necessary to connect them to other structures. In this research, the effects of rotational speed, feed rate and tool diameter have been studied on the amount of damage in drilling of 3D composites. A full-factorial design of experiments was used to assess the significance of drilling parameters, and digital photography technique with auto focus was used to evaluate the damages from drilling. . The drilling operation was assessed based on two introduced factors including the matrix fracture factor (MFF) and uncut fiber factor (UCFF). The analysis of experimental results showed that among the main Parameters, Feed rate and rotational speed, have highest and lowest impact on MFF by 23.83% and 0.34%, respectively. But the experimental results for UCFF showed tool diameter with 17.17% is the most effective parameter. Both factors have similar behavior against the rotational speed which has the least impact on the output parameter. Rotational speed of 1750 rpm, feed rate of 0.1 mm/rev, and tool diameter of 10 mm were found to be optimal levels to obtain the minimum MFF and UCFF.
    Keywords: 3D composites, Drilling, Design of experiment, optimization
  • Mahmoud Mazare, Mostafa Taghizadeh *, Mohammad Rasoul Najafi Pages 60-68
    In this paper, dynamic modeling and control of a three-degrees-of-freedom parallel robot with pure translational motion is performed. Constraint equations are derived based on the kinematic model of the robot and Lagrange method is applied to derive the dynamic equations. In order to control the robot position on planned reference trajectories, in presence of uncertainties of the dynamic model, a sliding mode controller is designed which is robust against the uncertainties and induced noises. Performance of the designed controller is simulated and evaluated in different conditions including the presence of noise and parameters variation. In this regard, a comparison has been made between the response of the proposed sliding mode controller and response of a feedback linearization controller, indicating their capabilities in noise rejection and compensation of parameters variation. Also, the effect of defining different sliding surfaces on the performance of the sliding mode controller, and using the integral of error instead of the error itself, have been studied and examined. Results show that the proposed sliding mode controller has a desirable performance in tracking the reference trajectories in presence of the model uncertainties and noise for this kind of parallel mechanism.
    Keywords: 3, [P, 2(US)] parallel manipulator, dynamic modeling, constrained systems equations, Sliding mode control, sliding surface function
  • Vahid Marefat * Pages 69-76
    In this paper a nonlinear controller is going to be designed for micro-beam’s deflections under mechanical shock effects. The micro-beam is supposed to undergo mechanical shocks. Mechanical shocks are one of the failure sources and the controller is to considerably suppress shock’s unfavorable effects. Half-Sine, rectangular and triangular pulses are chosen as reference shock signals to represent true complicated shock signals in nature which consist of different harmonics. Two layers of electrodes are placed in both sides of the micro-beam and they are used to actuate the micro-beam by different voltage levels. Upper layer is specifically meant for control purpose. Nonlinear equations governing micro-beam’s deflection dynamics are derived, discretized by Galerkin method to a set of nonlinear duffing type ODE and used to investigate micro-beams response to each shock input signal. Controller design is based on a simple nonlinear model formed by micro-beam’s first mode shape. Proper second order behavior is generated by feedback linearization method as controller logic. Finally controller performance and shock rejecting capability is evaluated by numerical simulations. Controller is shown to be very effective in diminishing shock unfavorable effects and postponing pull-in instability by numerical simulations.
    Keywords: Vibrations, Feedback Linearization, Microbeam, Mechanical Shock, Pull, in Instability
  • Morteza Shankayi, Mohammad Javad Nategh * Pages 77-84
    Chattering, being the focus of this study is a kind of self-excited vibration that is encountered in different machining processes such as milling and turning. This type of self-excited vibration rapidly develops after commencement and destabilizes the whole process. This phenomenon leads to, among others, increased noise, wavy surface finishes, discontinuous chips, and failure in the tool or machine parts. The depth of cut is the main parameter in the occurrence of chattering in machining processes. Avoiding the critical depth of cut ensures the stability of the process. Process modeling is a way to obtain the critical depth of cut. The vibration assisted turning process, having many advantages, is of a different nature than the conventional machining. In this paper, the vibration assisted turning process is modeled and numerically solved and the critical depth of cut is obtained. Validation of the results is performed using experimental data and comparison with conventional machining. In the vibration assisted turning process, higher stability is obtained with lower ratios of cutting duration to the total vibration period. This ratio is directly proportional to vibration frequency and amplitude and is inversely proportional to the cutting speed.
    Keywords: Turning, chatter, vibration assisted turning, Dormand, Prince method
  • Asgar Minaei, Mehdi Maerefat * Pages 85-93
    In this paper, using of the spherical ground storage tank as a heat sink for cooling of the residential and office buildings in the climatic condition of Tabriz city is studied. For computing the heat transferred between the underground storage tank and the soil around it a new analytical solution is presented. Inside the storage tank, the analogy between thermal and electrical conduction is used for deriving heat balance equations. In ground around the storage tank, the transient conduction heat transfer equation in spherical coordinates is considered. The Sample building envelope is simulated in EnergyPlus and the storage tank and fan coil is simulated in Matlab software. Finally the building and the underground storage tank is linked together and the performance of the direct cooling system is investigated. Results show that the dimension of the storage tank has significant effect on the comfort condition of the building. For a building there is an optimum diameter that thermally discomfort hours is minimum. With decreasing the storage tank optimum diameter the discomfort hours increases significantly. Using storage tank with larger diameters than optimum diameter the discomfort hours increases very slightly. Also results shows that the optimum diameter for office building is lower than the residential building.
    Keywords: Underground Energy Storage Tank, Analytical Solution, Optimum diameter, Tabriz city
  • Keivan Fallah, Mohammad Taeibi * Pages 94-102
    In this article, an immiscible two-phase flow in two dimensional ordinary and modified T-junction microchannels is numerically studied. To this approach, the Lattice Boltzmann method with Pseudo-Potential model is used. The accuracy of the present model is examined by the Laplace test, drop contact angle, and drop formation in an ordinary T-junction microchannel. The comparison shows that the present results have good agreement with previous numerical and experimental data. The effects of various parameters including Capillary number, flow rate ratio, width ratio, and drop contact angle on the width of the drop and on the distance between drops for ordinary and modified T-junction microchannels are investigated in details. The results reveal that by simple modifications to the ordinary T-junction, smaller drops and lower distances between them are generated in the comparison of ordinary T-junction geometry under the same conditions. On the other hand, this study demonstrates that the multiphase flows in micro-devices are very sensitive to even small changes in the channel geometry. It also indicates that lattice Boltzmann method with Pseudo-Potential model is an effective numerical technique to simulate the generation of drops in microchannels.
    Keywords: Multiphase Flow, Lattice Boltzmann Method, Pseudo Potential Model, Microchannel, Drop Formation
  • Behnam Karamloo, Mansour Khanaki, Mostafa Mafi, Seyed Abas Sadat Sakak* Pages 104-114
    In this study, the double stage mixed refrigerant LNG system is investigated, which is known for having the highest efficiency among the liquefaction cycles. The main purpose is to evaluate the performance double stage mixed refrigerant LNG system of point of view effect of variations the environmental and operating conditions of feed that has not been previously discussed. Such as variable environmental conditions during liquefaction processes, temperature, pressure and feed gas composition are. To view the response of the DMR liquefaction system to these changes, system which has been designed and implemented, was selected as the base case.The Results show that with decreasing temperature and increasing pressure feed natural gas, as an advantage, specific shaft work decreases and since in this case, minimum approach temperature in heat exchangers only slightly reduced than the allowed amount 3°C therefore with accepting a safety factor less (to insignificant amount) than the optimal case, can be used of this available advantage. Also, with increasing temperature and decreasing pressure of feed natural gas, while increasing the specific shaft work as well as temperature cross occurs in heat exchangers and means to from entering of the feed natural gas in the area prevented with special controls. Also, any changes in mole fraction of natural gas components make temperature cross in heat exchangers. And due to the change of the natural gas components mole percent, during the life of the well, should over time, the refrigerant composition in the cycle is optimized regarding to new conditions.
    Keywords: Natural gas liquefaction, Dual mixed refrigerant process, Environmental conditions, Composite curve
  • Masood Ebrahimi * Pages 115-126
    In the present paper, a gas turbine (GT) unit with nominal capacity of 26.8 MWe, which is used for continuous production of electricity in Ilam Gas Refinery Company, has been investigated for combined production of cooling, heating, power and process (CCHPP). Critical parameters are measured and the potentials of transforming the GT unit to CCHPP are investigated from technical, economic, and environmental point of views. A heat recovery steam generator (HRSG) converts the exhaust energy to steam that can be used for three purposes of cooling, heating and process. The cycle is first evaluated thermodynamically, and to be certain about the HRSG, its operation is studied by using the pinch technology. Economical evaluation is carried out by calculating initial investment, payback period, net present value (NPV) and internal rate of return. In addition the impact of using CCHPP on reduction of environment pollutant gases such as CO, CO2, and NOx is studied. The results reveal that, the fuel energy saving ratio of 36% is achieved for the minimum pinch point temperature of 19 C in the HRSG unit. The payback period is only 5.2 year, and the NPV during the project lifetime is 1.87 M$. In addition the CO2, CO, and NOx reduction is about 32000, 22 and 27 tons/year respectively.
    Keywords: Ilam gas Refinery, CCHPP, Thermodynamic, Economic, environment
  • Seyfoddin Mojallal Aghbelagh, Jamasb Pirkandi *, Mostafa Mahmoudi, Mehdi Jahromi Pages 127-136
    The present paper introduces a new electro-hydro mechanical fuel metering and control system for a turbojet engine. The developed metering system uses a new direct drive rotary proportional metering valve, which is coupled to a servomotor. The aim of this new design is to modify and optimize the mission of a constant speed turbojet engine. The main innovations in the present design include: the rotary actuating mechanism, rotary metering valve configuration, direct drive rotary metering valve configuration and the special metering flow geometry. Due to rotary direct drive metering section design, the parts count, manufacturing cost and system weight is decreased with respect to usual methods. Another benefit of the innovated valve is improvement of the control resolution. The fuel metering area in the present developed system consists of a triangular shape on sleeve and a rectangular shape on plunger. Mathematical modeling and system simulations are applied to acquire design parameters for different working conditions. After manufacturing a prototype, rig testing is done. The results of simulations and experimental measurements are compared in the last section of the paper.
    Keywords: Flow control valve, Metering valve, Turbine engine, Rotary valve
  • Hadi Shanazari, Gholam Hossein Lighat *, Saeed Feli Pages 137-146
    In this paper, an analytical model has been developed for modeling high velocity impact on ceramic/nanocomposite targets. In this model, penetration resistance of ceramic is determined based on cavity expansion analysis and variables during perforation of projectile onto ceramic are considered. Also the force of ceramic-composite interface is modified. Ballistic performance of the ceramic/composite target is investigated with adding and dispersing of nano particles of zirconia (ZrO2) in the matrix of back up composite. Ballistic impact tests were performed to validate the analytical predictions. These tests were performed by firing 10 mm steel flat ended projectile onto ceramic/composite target. Front layer is alumina ceramic and composite laminates of back up made of E-glass/epoxy with and without nano-zirconia particle of 5 wt%. The effect of nano-zirconia dispersion in the matrix for different failure modes is discussed. Experimental results revealed an improvement in the ballistic performance of samples with nano-zirconia particle. The analytical predictions of ballistic limit velocity and residual velocity of projectile are found to be in good agreement with the experimental results.
    Keywords: perforation, ceramic, Nanocomposite, experimental, analytical
  • Amir Reza Ahahani *, Hamid Sharifi Torki Pages 147-154
    The thermoelasticity problem in a thick-walled isotropic and homogeneous cylinder is solved analytically using finite Hankel transform and Laplace transform. Time-dependent thermal and mechanical boundary conditions are prescribed on the inner and the outer surfaces of the hollow cylinder. For the thermal boundary conditions, the temperature itself is prescribed on the boundaries. For the mechanical boundary conditions, the tractions are prescribed on both the inner and the outer surfaces of the hollow cylinder. Obtaining the distribution of the temperature throughout the cylinder, the dynamical structural problem is solved and closed-form relations are derived for radial displacement, radial stress and hoop stress. As a case study, exponentially decaying temperature with respect to time is prescribed on the inner surface and the temperature of the outer surface is considered to be zero, where the mechanical tractions on the inner and the outer surfaces of the hollow cylinder are assumed to be zero. On solving the dynamical thermoelasticity problem, a thermal shock was observed after plotting the results. Using the obtained plots, instants of reaching dilatation wave to specific radial positions are computed and compared with those from the classical formula.
    Keywords: Thermoelasticity, Thick, walled Cylinder, Transient Loading, Hankel Transform
  • Abbas Afshari, Ali Akbar Dehghan*, Vali Kalantar, Mohammad Farmani Pages 155-162
    Accurate measurement of unsteady pressure fluctuations along a surface requires experimental set up with high spacing resolution and high frequency domain. Therefore, in recent decades extensive studies have been conducted on remote microphone approach. In this method, instead of using flash mounted sensors, they installed remotely and connected to the model surface through one or several continuously connected tubes. Surface pressure fluctuations will travel within the tubing in the form of sound waves and they will be measured when passing over the remote pressure sensor, mounted perpendicular to the tubing. In the present study, an analytical solution of sound waves propagation inside the rigid tubes is used for modelling of the remote microphone system and to investigate the effects of its parameters on dynamic response. In order to verify the accuracy of proposed modeling, the dynamic response of a typical remote microphone has been obtained through experimental calibration. Comparing the analytical and experimental results indicates high accuracy of the analytical modeling. Results show that changes in tubing diameter leads to occurrence of resonance and creating harmonics in two frequency regions. The amplitude of low-frequency harmonics depends on the length of the damping duct and decreases with increasing of its length. Instead, the amplitude and frequency of high-frequency harmonics depend on the length of the first tube and they decrease with the increase of first tube length. Also, Increase of the first and second tube lengths lead to an increase in phase of dynamic response of the remote microphone system.
    Keywords: Remote microphone system, Analytical solution of sound propagation, Dynamic response, Unsteady pressure fluctuations, Experimental calibration
  • Seyed Mohammad Reza Faritus, Hadi Homaei *, Shahram Hadian Jazi Pages 163-172
    This paper presents a new Neuro-fuzzy control system to control rigid-flexible manipulators. Enhancing the performance of fuzzy controller and intelligence in fuzzy and non-fuzzy units are the goals of this research. Proposed control system includes a fuzzy controller in the feedback and a neural network is the feed-forward. The network has the responsibility of estimating the inverse dynamic of device and then, the production of control command. Updating weighting coefficients of network is done on line using the fuzzy controller output. On the other hand, two dynamic recurrent neural networks are used for making fuzzy unit intelligent. Networks are responsible for regulating the main factors of membership functions in the fuzzy controller. The input of these networks is error and error change rate and their weights are done by using an error back-propagation algorithm. To verify the effectiveness of the proposed method, simulation is conducted for skilled manipulators with three interfaces which the end interface is flexible. System responses to step input and sinusoidal input are separately obtained for fuzzy controllers and proposed controller and compared. Comparison and studies indicate the effectiveness of the provided method.
    Keywords: Flexible Manipulator, Neuro, fuzzy Controller, Dynamic Recurrent Neural Network
  • Ali Sadrmomtazi, Romina Zarshin Zanoosh, Hashem Babaei * Pages 173-180
    Structures might be subjected to impulse loads such as impact ones in useful lifetime. Production of new materials that are shown less vulnerable to sudden shocks and vibrations, is the items that should be considered. Concrete is a brittle material and when is exposed to dynamic loads, in addition to its injury, it may be damage to the environment due to disintegration .In this study, waste rubber particles were replaced of fine aggregate in concrete mixture in 3 size 0-1, 1-3 and 3-5 mm and in volume ratio of 0%, 10%, 20%, 30%, 40% and 50%. First with compressive strength test, optimum sizes of rubber particles obtained, then silica fume and polypropylene fiber added to concrete mixture contained optimum size of rubber particles. In addition compressive strength, dry unit weight, velocity of ultrasonic wave, impact with drop hammer and gas gun device test were done. The results shown that, adding rubber particles to concrete mixture decreases compressive strength but increases ductility of it. Also silica fume because of pozzolanic properties increased adhesive in concrete matrix, so increased strength of concrete and polypropylene fiber increased ductility of concrete.
    Keywords: Impact, Ductile concrete, Waste tire rubber particle, Gas gun, Drop hammer
  • Mahmoud Mazare, Mostafa Taghizadeh * Pages 181-190
    In this paper, constraint equations are derived based on the kinematic model of the robot and Lagrange method is applied to derive the dynamic equations. In order to control the robot position on planned reference trajectories, in presence of uncertainties of the dynamic model, an adaptive robust controller with uncertainty estimator is designed which is robust against the uncertainties and induced noises. The proposed controller consists of an approximately known inverse dynamics model output as model-based part of the controller, an estimated uncertainty term to compensate for the un-modeled dynamics, external disturbances, and time-varying parameters, and also a decentralized PID controller as a feedback part to enhance closed-loop stability and account for the estimation error of uncertainties. Performance of the designed controller is simulated and evaluated in different conditions including the presence of noise and parameters variation. In this regard, a comparison has been made between the response of the proposed adaptive robust controller and response of a feedback linearization controller, indicating their capabilities in noise rejection and compensation of parameters variation. Also, the results show that the proposed sliding mode controller has a desirable performance in tracking the reference trajectories in presence of the model uncertainties and noises for this kind of parallel mechanism.
    Keywords: 3, [P, 2(US)] parallel manipulator, dynamic modeling, Adaptive robust control, sliding mode, uncertainty estimator
  • Hassan Ghaforian Nosrati, S.M.H. Seyedkashi *, Mahdi Gerdooei Pages 191-198
    Bulging with elastomer tool has been used in the production of integrated hollow parts as one of flexible forming methods. Nowadays, most industries such as Aerospace and military are using flexible die forming methods due to their flexibility, high quality and lower cost. In this research, finite element simulation has been implemented by ABAQUS software to investigate the behavior of stainless steel 304 tube bulging process using elastomer tool. By comparing the geometry of deformed tubes in experimental tests and simulation results, the FEM model was verified. The aim of this study is to determine the process factors and their effects on the average thickness and depth of bulged tube. In this regard, design of experiment (DOE) was performed using a full factorial method and the results were interpreted using analysis of variance (ANOVA). Also a regression model was presented to predict these responses. Results showed that among the studied factors, friction (between tube and rubber), rubber height, punch displacement and tube axial feeding have significant effects on the process. Finally, the optimal values for significant factors were presented.
    Keywords: Design of experiment, Finite Element Simulation, Tube bulging, Elastomer, Stainless steel 304
  • Hossein Farahat, Seyed Yousef Ahmadi, Brooghani * Pages 199-206
    In this paper, the effect of heat treatment on the impact behavior of A356 aluminum alloy foams reinforced by SiC particles was studied and new results was generated. The foam was manufactured by direct foaming of melts with blowing agent CaCO3. A number of foam specimens were processed by T6 aging treatment. The drop-weight impact test with a hemispherical striker tip and velocity of 6.70 m/s was carried out on five untreated foam specimens and five heat-treated foam specimens, and the load versus time history data was obtained. The obtained impact response of A356/SiCp composite foam includes three stages: an elastic region, a plateau of load region and complete failure region. In plateau region, the plastic deformations can be tolerated by the foam at nearly constant load. The small amounts of standard deviation and coefficient of variation (for different parameters) obtained from statistical analysis of experimental data indicates the reliance on the results for quantitative analysis of them. The measurements showed that heat treating of Al foam results in an increase of the plateau load level and energy absorption capacity of the foam with 48.1% and 40.3% increase respectively. The length of plateau region is also decreased due to heat treatment. Regarding the significant improvement of mechanical properties of the foam and increase of its impact strength, the heat treatment after foam casting can be considered as a suitable approach for various industrial applications of aluminum foam.
    Keywords: A356, SiCp composite foam, Impact behavior, Heat treatment, Energy absorption, Statistical analysis
  • Sajjad Pirboudaghi, Reza Tarinejad*, Mohammad Taghi Alami Pages 207-217
    In the current study, seismic cracking identification of concrete dams is conducted based on extended finite element method (XFEM) and Wavelet (WT) transform. First, the dam is numerically modeled and analyzed using the finite element method (FEM). Then cracking capability to the dam structure is added by applying the XFEM without introducing the initial crack, and the dam is analyzed under the seismic excitation. In fact, the whole dam structure is potentially under damage risk, and any zone reaching the fracture limit, begins to crack, which grows in the structure. This crack is usually unpredictable and is not easy to detect, therefore the structural modal parameters and their variation should be investigated based on structure response by using time-frequency transform. Results show that, investigating time-frequency window of the structure response and model parameters obtained from the numerical model, the history of physical changes occurred in the structure, cracking initiation time and damage localization is performed from comparing the intact and damaged vibration modes. Moreover, investigating the first natural modal indices of the intact and damaged structure, damage initiation and its location on Koyna dam height is easily detected, while for the second indices it is not performable.
    Keywords: Concrete dam, Structural health monitoring, damage detection, extended finite element method, Time, Frequency transform
  • Mahdi Jalalifar, Behzad Ghadiri *, Saleh Fallah Pages 218-228
    One of the important purposes of aero-engine high speed compressor design is to decrease its weight. In order to achieve this purpose, it is required to increase the capability of pressure producing in each individual stage of the compressor. The most common way is to use of high pressure aspect ratio blades. These long and thin blades are exposed to serious vibrations in the high speed flow because of the aeroelastic instability. Mechanical designers link adjacent blades by using Mid-span shroud (damper) to decrease the blade destructive vibrations. This dampers cause flow blockage and turbomachine performance loss. In the previous studies, less attention has been done on the effect of damper on blade shocks, trailing edge vortices and near stall condition. In this paper, aerodynamic performance of a compressor with and without mid-span damper has been investigated and compared. On the other hand, the damper effect on the formation and behavior of shock induced separation has been investigated in each two cases. As a result, presence of damper causes an isentropic efficiency reduction. This damper causes 33% pressure loss on the blades in the region of the extent of 2.7% of the blade span around damper. Turbulence due to the presence of damper leads to the distortion of the vortices pattern on training edge.
    Keywords: Transonic compressor, Mid, span damper, Shock induced separation, Vortex pattern, stall
  • Leyli Ariyanfar, Morteza Yari *, Ebrahim Abdi Aghdam Pages 229-240
    In this paper with a comprehensive approach, energy, exergy, economic and environmental (4E) analyses of an organic Rankine cycle (ORC) have been performed to produce combined heat and power (CHP) based on solar energy. In order to a plenary survey, after thermodynamic modeling of the ORC, study of flat plate and parabolic through solar collectors (FPC and PTC) and gas-fired boiler as the energy supplier equipments in the independent or combination models; as well as in the open or circulated state of the heat source flow have done. In the open heat source flow state, the outlet flow of heat source at 80 ° C temperature is used in order to provide required heat in different sectors; however, in the circulated flow state, the amount of required primary energy is less than the open heat source flow state. Also, the use of photovoltaic panels to provide the pumping power of cycle is studied. The calculations show that the cost of produced power for this study schale in Iran, from lowest to highest are related to the use of gas-fired boiler, parabolic trough solar collector, photovoltaic panels and flat plate solar collectors respectively. Also, because of the efficient use of energy resources in the combined heat and power generation (open heat source flow) compared to power generation (circulated heat source flow), the energy and exergy efficiencies are increased 8.61% and 8.11% respectively; although the open heat source flow system compared to circulated flow system need to higher investment cost.
    Keywords: Organic Rankine cycle, Solar energy, Cogeneration of heat, power, Environmental, Economic
  • Arman Mojoodi, Mahyar Naraghi *, Mojtaba Moradi Pages 241-252
    In this paper a method for online solution of the Hamilton-Jacobi–Bellman (HJB) equation is proposed. The method is utilized to design an optimal controller for continuous-time nonlinear systems. The main concept in this approach is using experiences to reinforce the controller, which is called Reinforcement Learning (RL). The online solution is based on the actor-critic (AC) structure where two Neural Networks (NNs) approximately solve the HJB equation. Optimal control and optimal value function are approximated by the actor and the critic, respectively. Then, employing gradient descent algorithm, improves accuracy of the approximation. Since some items like friction and damping are difficult to model and calculate, a neural-robust identifier is used in conjunction with the AC to approximate drift dynamics. Finally the Actor-Critic-Identifier (ACI) structure is proposed to solve the HJB equation online without a prior knowledge of drift dynamics. The closed-loop stability of the overall system is assured by the Lyapunov theory employing the direct method. Then the effectiveness of the proposed method is illustrated by experiment for DC motor and simulation for a nonlinear system. Results indicate satisfactory performance of the proposed method to solve the Hamilton-Jacobi-Bellman equation.
    Keywords: HJB equation, Optimal control, Nonlinear system, Neural Network, Actor, critic
  • Shidvash Vakilipour *, Masoud Mohammadi, Rouzbeh Riazi Pages 253-265
    The main task in finite volume methods (FVM) is to estimate proper values on the cell faces based on the calculated values on the nodes or cell centers. In this way, upwinding schemes are the most successful schemes for estimation of values on the control volume faces. These schemes have been developed in FVM for various techniques with proper accuracy on different kinds of structured and unstructured grids. In this research, the physical influence scheme (PIS) is developed to the cell-centered FVM in an implicit coupled solver and the results are compared with other two main branches of upwinding
    Methods
    exponential differencing scheme (EDS) and skew upwind differencing scheme (SUDS). Accuracy of these schemes is evaluated in lid-driven cavity flow at Re = 400-10000 and backward-facing step flow at Re = 800. Simulations show considerable difference between the of results EDS scheme with benchmarks, especially for lid-driven cavity flow at high Reynolds numbers which occurs due to false diffusion. Comparing SUDS and PIS schemes shows relatively close results in backward-facing step flow and different results in lid-driven cavity flow. The poor results of SUDS in cavity flow can be related to its non-pressure sensitivity between cell face and upwind points which is critical for such vortex dominant flows. Instead, the PIS scheme by applying a momentum equation between the cell face and upwind points, is able to capture flow vortices properly and matching well with benchmarks.
    Keywords: Cell, Centered Finite Volume Method, Physical Influence Scheme (PIS), Exponential Differencing Scheme (EDS), Skew Upwind Differencing Scheme (SUDS), False Diffusion
  • Mehdi Maerefat*, Asgar Minaei Pages 266-274
    In the present study, the direct utilization of borehole as a heat sink for both residential and office building is investigated in Tabriz city. The effect of external wall insulation and windows glazing is studied in the form of four cases and the performance of the ground sink direct cooling system is investigated for these cases. The borehole design depth is calculated by analytical method. Both sample residential and office buildings are investigated. The borehole design depth depends on the quality of the building design and its heat emission. The results show that using double glazed windows, compared to single glazed windows reduces the borehole design depth by about 10 percent. Also the utilization of insulation in external walls and roof decreases the borehole design depth more than half compared to buildings without insulation. Finally, the potential of the ground sink direct cooling in sample residential and office buildings is investigated for four cases. The results show that by using ground sink direct cooling system, thermal comfort is satisfied in almost all of the cooling hours in both sample residential and office buildings.
    Keywords: Borehole heat exchanger, Borehole design depth, Ground sink direct cooling system, Tabriz city
  • Moein Taheri * Pages 275-282
    Nowadays, atomic force microscopy has widely attracted researchers’ attention in manufacturing of micro/nano equipment. For this purpose, the displacement and manipulation equations for micro/nano-particle are essential. Although surface forces such as friction and adhesion are ignorable in macro scale, increased surface to volume ratio in micro/nano scale makes them very important. Various friction models have been used for two-dimensional manipulation in previous works. In this paper, HK friction model has been used to model and simulate three dimensional manipulation dynamically in order to have closer results to real manipulation. For this purpose, the important friction models have been studied and developed to use in micro/nano scale. Then, three-dimensional manipulation equations have been obtained and stiffness coefficient matrix for beam is extracted and all these equations have been combined to calculate the critical force and time of manipulation. Finally, simulation of obtained equations was used to calculate the critical force and time values of the three-dimensional manipulation for gold particle using HK friction model. The results indicate that rolling starts around x-axis before y-axis, and sliding starts along y-axis before x-axis.
    Keywords: HK friction model, Au nanoparticle, 3D, manipulation, Atomic Force Microscope
  • Mehdi Zohoor*, Abolfazl Kazeminasab, Mohammad Shahabizadeh Pages 283-292
    In this paper, the effect of extrusion die profile on the dimensional tolerance of a cross section of a part in a forward extrusion process was studied. In these experimental and numerical investigations, some parameters such as extrusion speed, metal flow, extrusion temperature and extrusion force were considered as process variables. The specimen was aluminium alloy 2014 with a variable wall thickness. The variable wall thickness causes the metal flow rate to be changed along the die orifice. As a result, the die which is used to produce this part must be suitable to control the flow rate of metal. In this study, two different dies were used to produce this part. In first die, to control the metal flow, variable bearing length method is used. In the second die, in addition to the bearing length method, a feeder is used in the narrow channels. From the experimental and numerical results, it was found that the first die is not good enough for manufacturing of this part. Because, the first die was not able to control uniform metal flow rate through the die orifice during the extrusion process. This drawback causes the die cavity to remain empty at the sharp corners which results a low quality and low dimensional accuracy in the product, especially in narrow channels. The numerical analysis results have shown that, the second die performance was much better than the first one. It was able to control uniform metal flow rate which causes high quality products.
    Keywords: Finite Element Simulation, Metal Flow Rate, Bearing Length, Feeder, Dimensional Tolerance
  • Ali Shahidi, Mohammad Mahdi Nekahi, Ahmad Assempour * Pages 293-304
    Sheet Metals are widely used in different industries such as ship building. One important subject in these industries is to create the desired sheets through line heating process. In this paper, at first, the simulation of heat transfer between a gas torch and a plate during the line heating process is investigated. Impingement jet model is used to simulate the effect of a heat source (flame) and air cooling on the plate by using the commercial engineering software, FLUENT. Then, the computed temperature distribution by FLUENT is fed into the ANSYS FEM package for thermo Elasto-Plastic deformation analysis and the results are validated. Process execution needs heat paths and heat conditions. For this purpose heat paths of the cylindrical shape was obtained based on the Strain-Based Method. For thermal conditions a neural network was trained. In this regard, close to 63 different situations in different powers and torch speeds were run. Finally, to verify the thermal characteristics obtained for the cylindrical shape, paths and thermal conditions obtained was passed on a flat sheet metal by simulation and the result was compared with the desired shapes. It was shown that the Strain-Based Method in determining the thermal paths is very practical.
    Keywords: Sheet metal forming, Line Heating, Thermo Elasto, Plastic Analysis, Impingement jet model, Strain Based Method
  • Davood Rahmatabadi, Ramin Hashemi * Pages 305-312
    Accumulative roll bonding is new method of severe plastic deformation that in the last decade, utilized to produce many materials. In present study, investigated mechanical properties and fracture mode of microstructure and multi-layered Al-Al fabricated during accumulative roll bonding process. Accumulative roll bonding process applied without using lubricant, in the ambient temperature repeated in seven cycle continuously and without heat treatment between cycles of process that the value of reduction thickness is 50% in each cycle. The evaluation of mechanical properties and fracture mode performed by uniaxial tensile test, micro hardness and scanning electron microscope (SEM) and reveled that by increasing number of ARB cycles, micro hardness and tensile strength increased that increasing rate at initial cycles more than last cycles. Also elongation after first cycle decreased and then increased. The variation for mechanical properties during ARB due to governing cold work and high strain hardening at initial cycles and improve microstructural and grain refinement at last cycles. Maximum value of tensile strength and micro hardness achieved in last cycle (seventh cycle) that compared with primary annealed sheet 241.4 and 106% increased, respectively. Also results of SEM demonstrated that by rising the number of ARB cycles, viewed dimples with shallower and smaller than the initial sample and changed fracture mechanism from ductile to shear ductile.
    Keywords: ARB, 1050 aluminum sheet, Mechanical properties, fracture mode, SEM
  • Mohammad Mehdi Keshavarzi, Aghil Yousefi Koma *, Amir Nejat, Seyed Saeed Mohtasebi Pages 313-322
    Precise modeling has great importance in systems which are designed to work in transonic regions. The scope of current investigation includes numerical simulation of static aeroelastic phenomena of deformable structures in transonic regimes. Transonic flow brings lots of instabilities for aerodynamic systems. These instabilities bring nonlinearity in flow and structure solvers. Due to improvements in numerical methods and also enhancement in computing technologies, computational costs reduced and high-fidelity simulations are more applicable. Simulations in this paper are done in transonic flow (M = 0.96) on the benchmark wing AGARD 445.6. The procedure includes modal analysis, steady flow simulation and investigation of structure’s elastic behavior. At the first phase, the geometry model is validated by modal analysis with regards to comparison of first four natural frequencies and corresponding mode shapes. Then, a loose or staggered coupling is used to analyze aeroelastic behavior of the wing. In each simulation step, imposed pressure on the surfaces of the wing caused by transonic flow regime, deforms the structure. In the results section, a comparison between imposed pressure coefficients in each step with the existing literature and experimental results are reported. Also, pressure coefficients in each steps are calculated and reported. In this investigation by using multiple steps in one-way fluid-structure analysis, deformations are reduced in each step and as a result, the structure reached its static stability point.
    Keywords: Aeroelasticity, Fluid, Structure Interaction, Computational Fluid Dynamic (CFD), Transonic Flow, AGARD 445.6
  • Rezvan Abedini, Amir Abdullah*, Yunes Alizadeh, Vahid Fartashvand Pages 323-334
    Metal forming is a conventional manufacturing process that a material with simple form is subjected to plastic deformation and emerged to industrial end products. Reduction of forming forces and improving of products quality have been a promising object for investigators and artisans. To accede this purpose, primary methods such as increasing material temperature and modern methods such as use of high power low amplitude ultrasonic vibrations were introduced. In ultrasonic assisted forming, high power ultrasonic transducer produces low amplitude high frequency mechanical vibrations which transmitted to material subjected to deformation and contacting surfaces of tool/workpiece. Results show reduction of forming forces and tool wear as well as improving surface integrity and dimensional stability that lead to increasing production rate and process efficiency. By regarding to importance and capability of ultrasonic assisted metal forming, this paper is concerned with application of ultrasonic vibration on metal forming processes. To this purpose, fundamental and mechanisms of application of high power ultrasonic were introduces and discussed. Also, industrial future of this technology as well as its advantages, range of application and its restriction were mentioned.
    Keywords: Metal Forming, Ultrasonic Vibration, Plastic Deformation, Ultrasonic Transducer
  • Kamal Amory, Jamal Amory, Saeed Ahmadifard, Mahdi Kazazi *, Shahab Kazemi Pages 335-342
    In this study, A356 aluminum alloy matrixcomposites reinforced with different weight percentages of SiC nano- and microparticles respectively with 50 nm and 5 µm average particle sizes were fabricated by stir casting method. Due to the effect of T6 heat treatment on the strength and hardness of A356alloy, the obtained composites were subjected to the T6 heat treatment. The mechanical properties such as hardness and compressive properties of the composites were investigated. Microstructures of the samples were also investigated by an optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM) and field emission scanning electron microscope (FESEM). Microstructural investigation indicated that T6 heat treatment led to thechange of eutectic silicon morphology and formation of theMg2Si precipitates during age hardening stage, leading to increase the hardness and compressive strength. The results showed that an increase in wt.% of nanoparticles led to an increase in hardness and compressive strength. The results of microstructural investigationshowedthe relatively uniform distribution of reinforcement particles. Also, the strength and hardness of the composites reinforced with nanoparticleswere greater than those of the composite reinforced with microparticles, even with higher weight percent of reinforcement particles. Hardness and compressive strength at 35% strain for the composite reinforced with 1.5 wt.% nanoparticles were respectively obtained 62 HBN and 252MPa, which are improved compared to the base alloy.
    Keywords: Stir casting, T6 heat treatment, Microstructure, SiC particles, Hardness, compressive strength
  • Behnam Davoodi *, Seyed Hassan Musavi Pages 343-352
    Super alloys due to special features such as high resistance to corrosion and heat, have the ability to maintain mechanical and chemical properties at extremely high temperatures which used in various industries, especially in the aerospace industry. On the other hand, very low heat transfer coefficient, high toughness with work hardening in these alloys caused the machining of them is seriously challenged. In the present study, the effect of cutting parameters on surface roughness of A286 superalloy has been studied in different lubrication conditions. Response surface method experimental design was used to plan experiments. In order to investigate the effects of machining parameters and conditions of lubrication on the surface roughness, Two factors - cutting speed and feed rate- on three levels and minimum quantity lubrication conditions and wet method are considered as the main parameters too. In order to investigate the Tool wear and workpiece surface quality, the images of Scanning Electron Microscope and optical microscope are used. The results show that using of the minimum quantity method of lubricant is caused to increase cooling-lubrication fluid particles penetrating power to the cutting zone and improves the process by reducing the surface roughness. It was observed that with increasing feed rate in fixed cutting speed, numerical values of surface roughness in Ra criterion are taken apart for different lubrication circumstances and its value for the minimum quantity method of lubricant is less, which shows the superiority of this method over the wet method.
    Keywords: superalloy A286, minimum quantity lubrication, surface Roughness, response surface method
  • Peyman Rostami, Mohamadreza Ansari *, Mohsen Zarei Pages 353-363
    In this paper, a single bubble free ascending in a vertical channel was studied experimentally. Five different Newtonian fluids were used where the surface tension force is dominant. The bubble trajectory was considered in water, glycerin 30 and 50 Vol% that is zigzag, however, linear behavior is observed while the weight concentration of the glycerin reaches to 80 and 100 percent. The bubble rise velocity and aspect ratio coefficient are calculated by image analysis via MATLAB software. The results are in a very good agreement with the literature for the bubble velocity. The effect of magnetic field (perpendicular to the bubble flow) on the hydrodynamic characteristics of the bubble for each of the working fluids has been scrutinized. Although the presence of the magnetic field does not affect the bubble trajectory type or change the flow pattern from zigzag to linear, but it reduces the flow domain where this descending trend decreases with the increase in viscosity. It should be also noted that the magnetic field causes the bubble rise velocity to increase while this enhancement increases with higher viscosity. The magnetic field effect on the bubble aspect ratio was also considered and it was found that as viscosity increases the aspect ratio change is decreases.
    Keywords: Single bubble raise, Magnetic field effect, Raise velocity, Aspect ratio, Trajectory
  • Mehrdad Nasrollahzadeh, Javad Shahbazi Karami, Hassan Moslemi Naeini *, Seyed Jall Hashemi, Hossein Mohammad Najafabadi Pages 364-374
    Hot metal gas forming is a process to form metals with low formability or high strength at room temperature such as aluminum, magnesium and titanium. With increasing temperature, the formability of these metals increases and the strength decreases. In this process, for producing parts with desirable properties, determination of optimal parameters is essential. In this study, hot metal gas forming process was simulated by using Abaqus software, and the influences of input parameters on the outputs were evaluated with simulation results. In order to validation of simulation results, the experimental test was carried out by using hot metal gas forming setup. For modeling hot metal gas forming process, an artificial neural network in Matlab software were trained by using data obtained from the numerical simulation. In this neural network, pressure, axial feeding and time were assumed as input parameters and the radius, minimum and maximum thickness were considered as output. In the next stage, this model was implemented as input function in multi-objective genetic optimization algorithm to obtain Pareto front and the optimum process parameters. Obtained optimum parameters include: pressure 13.07bar, axial feeding 0.78mm and time 65.73s and the values of corner radius, minimum and maximum thickness obtained from the optimum parameters are 5.49mm, 0.92mm and 1.57mm respectively.
    Keywords: Hot metal gas forming, Numerical simulation, optimization, Genetic Algorithm, Neural Network
  • Navid Farrokhi, Jamasb Pirkandi *, Mehran Nosratolahi Pages 375-383
    In the current study a combined heat and power (CHP) system based on diesel engines is studied. A CHP system is investigated parametrically according to first and second laws of thermodynamics. In this investigation instead of modeling the air standard cycle, the fuel air standard cycle and fuel combustion are simulated, which leads to more accurate results. Since a standard cycle has many differences with an actual cycle, the exhaust gas from combustion chamber of a diesel engine is also used to simulate the CHP system, and the heat exchanger of the CHP is investigated from exergetic and economic viewpoints. It was seen that applying the pre-described system, it is possible to warm up 0.17Kg/s water from 25°C to 68.64°C. This enhances the overall efficiency of the system about 20%, raising it up to 80%. Exergy destruction in heat exchanger is almost high which is due to heat transfer process and high temperature difference in the heat exchanger.
    Keywords: Diesel engine, Combined heat, power (CHP) system, Exergy, Thermoeconomic
  • Ali Ghorbani Kashkooli, Ghasem Akbari * Pages 384-392
    Electrochemical supercapacitors store energy in the electric field formed at the interface of electrode/electrolyte in the electrochemical double layer. Compared to conventional capacitors, using high surface area electrodes results in the extremely large capacitance in supercapacitors. A mathematical model has been developed to investigate the effect of electrode thickness and porosity on the performance of double-layer supercapacitor. The model is based on the conservation of specious and charge governing equations. This model drops the common simplifying assumptions of concentrations uniformity and capacitance independence of voltage in supercapacitors models. The model can predict the experimental data of cell voltage with high accuracy and is used to examine the effect of utilizing different electrode thicknesses and porosities on the performance. In the design and operation condition of supercapacitor considered here, specific capacitance increases as electrode thickness increases for electrode thicknesses from 70 to 90 micrometer and decreases as electrode thickness exceeds from 90 micrometer. Employing more porous electrodes enhances specific capacitance. The amount of increment is such that if the electrode porosity is doubled, specific capacitance increases by approximately 5%.
    Keywords: Double, layer supercapacitor modeling, specific capacitance, specific energy, specific power, porosity
  • Majid Siavashi *, Hamid Garusi, Shahram Derakhshan Pages 393-404
    Heavy oil and tar sands resources comprise about 70 percent of the world's oil reserves and this reservoirs can offset the declining production from conventional reservoirs. Thermal enhanced oil recovery (EOR) methods are employed to exploit the huge reserves of heavy oil due to their high viscosity values. Thermal processes aim to increase its mobility in order to improve its production. Among these methods, the steam-assisted gravity drainage (SAGD) is one of the most efficient techniques. In this method, two horizontal wells are drilled and hot steam is injected from a well to move oil toward the other well. Optimization of operating parameters during this process is very important. The injection rate or pressure control of wells are the most common EOR methods. In this paper for the first time, in addition to the injection rate of the injector and production wells, the steam injection temperature is also optimized. It was shown that there is an optimum amount for the temperature of injected steam. In addition entropy generation analysis was performed for different cases. To simulate the process, a commercial software was used and optimization of operating parameters is performed using the pattern search algorithm. Entropy generation calculated based on the results of numerical simulations using a computational code has been written for this case. The results show that the maximum oil production corresponds with the minimum entropy generation number and thus the entropy number can be used as an appropriate objective function in order to enhance oil recovery.
    Keywords: Thermal enhanced oil recovery, optimization, Pattern search, Heavy oil, Steam assisted gravity drainage (SAGD)
  • Milad Moradi, Ali Chaibakhsh*, Amin Ramezani Pages 405-411
    In this study, an application of support vector machine (SVM) for early fault detection in increasing the level of the start-up vessel in a Benson type once-through boiler during load changes is presented. The level increasing in the start-up vessel is happened due to thermal conditions disruption inside the boiler especially while the unit load is ramped-down. In this regard, first, the variables effective on increasing the level of start-up vessel was identified based on experimental data from a power plant unit, then the dimension of input variables was reduced by selecting appropriate features. Experimental results show that the hotwell surfaces’ temperature could be considered as the most appropriate indicator for steam quality deterioration. By comparing the extracted features from healthy and unhealthy conditions, appropriate fault model was developed using SVM with radial basis function (RBF) as the kernel. The performances of fault detection system were evaluated with respect to the similar faults at two different time periods happen in a steam power plant. The obtained results show the accuracy and feasibility of the proposed approach in early detection of faults during the unit’s load variations. Advantages of the proposed technique is preventing false alarm in power plants’ boilers as load changes.
    Keywords: Fault detection, Feature extraction, Power plant unit, Support vector machine, Transient condition
  • Masoud Minaei, Morteza Sadeghi * Pages 412-420
    In transmission lines the environmental disturbances causes vibration of the lines (cables) as well as the structure which have destructive effect on the line and its components. To overcome this harmful effect, it seems necessary to reduce the transmission line vibration level. One of the most frequent methods for reducing the transverse vibration of cables is using dynamical dampers such as Stockbridge damper. Complication of calculating the bending stiffness as well as the energy absorption mechanism of these dampers makes it more difficult to be modeled. In this study the dynamical characteristics of Stockbridge damper considering the damping effect are studied. For system identification of Stockbridge damper, it is modeled as a 4DOF system and its various unknown parameters are obtained using model updating method and experimental modal analysis (EMA) which is optimized by Artificial Intelligence (AI) method. Then the effects of varying these parameters on its energy absorption are discussed. Finally, to validate the analytical results, some experimental tests were carried out on the energy absorption of Stockbridge damper. The analytical results are in good agreement with the experiments.
    Keywords: Stockbridge Damper, Vibration of Power Transmission Line, Messenger Cable, Experimental Modal Analysis (EMA), Model Updating
  • Arash Bakhtiari, Mostafa Zeinoddini *, Majid Ehteshami, Vahid Tamimi Pages 421-428
    In recent decades, experimental studies of the vortex-induced vibration (VIV) became one of the interesting fields of science. However, variety of assumptions and methods of experiments have led to different results in various researches. Several parameters such as mass ratio, aspect ratio, degrees of freedom, and boundary conditions affect the VIV response of a simple circular cylinder. The current paper reports and discusses the results of in-water VIV experiments on an elastically mounted rigid cylinder with various types of end conditions. This paper focusses on the effects of the end condition by attaching an endplate to a circular cylinder and the results compared with those from a cylinder with no endplate. The Reynolds number ranges from 5.8×103 to 6.6×104. Experimental setup have also been compared and verified with some classical results of VIV. Results of current study was favorably compatible with previous researchers’ results.
    The experimental results show that, the end condition noticeably changes the VIV amplitude especially in the lock-in area. Moreover, non-dimensional amplitudes shift to the higher reduced velocities when the endplate is removed. In the frequency responses, the cylinder with no endplate has lower quantities rather than the cylinder with an attached endplate. Evaluation of lift force coefficients also shows a similar pattern of effects on the non-dimensional amplitude. Consequently, the excitation of the structure in the lock-in region increases, when the endplate from the cylinder’s end is removed.
    Keywords: Vortex, Induced Vibration, Endplate, Non, dimensional Amplitude, Lift Coefficient, Phase Shift between the Lift Force, the Cylinder's Displacement
  • Fathollah Ommi *, Zoheir Saboohi Pages 429-440
    The design of combustor has long been the most challenging portion in the design process of a gas turbine. This paper focused on the conceptual design methodology for aircraft combustors. The necessity of this work arose from an urgent need for a comprehensive model that can quickly provide data in the initial phases (conceptual design and preliminary design) of the design process. The proposed methodology integrated the performance and the design of combustors. To accomplish this, a computer code has been developed based on the design procedures. The design model could provide the combustor geometry and the combustor performance. Based on the available inputs data in the initial phases of the design process, a chemical reactor network (CRN) approach is selected to model the combustion with a detailed chemistry. In this way, three different chemical mechanisms are studied for Jet-A aviation fuel. Furthermore, the droplet evaporation for liquid fuel and the non-uniformity in the fuel-air mixture are modelled. The results of a developed design tool are compared with data of an annular engine’s combustor. The results have good agreement with the actual geometry and outputs of engine test rig emissions.
    Keywords: Gas Turbine Combustor, Conceptual Design, Chemical Reactor Network, Nitrogen Oxides Emission (NOx), Carbon Monoxide Emission (CO)
  • Behnam Saboori, Majid Reza Ayatollahi * Pages 441-447
    In this research, the influence of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) on the fracture resistance of epoxy-based nanocomposites under out-of-plane shear (mode III) has been investigated experimentally and compared with their effect in the case of tensile (mode I) loading. Due to its wide industrial applications and low viscosity, epoxy LY-5052 has been used to manufacture the nanocomposite specimens. The MWCNT contents considered for nanocomposite samples are 0.1, 0.5 and 1.0 wt.%. Ultrasonic homogenization technique has been utilized for dispersing nano-fillers in the matrix resin. In order to measure the fracture resistance of pure epoxy and nanocomposite specimens under mode I and mode III loading conditions, a loading fixture recently developed for mixed mode I/III fracture tests has been employed. The obtained results show that in both loading conditions, increasing MWCNTs content up to 1.0 wt.% enhances the fracture resistance. However, the maximum values of mode I and mode III fracture toughness have been attained in nanocomposites containing 0.5 wt.% and 1 wt.% of MWCNT, respectively. Eventually, the observed trends in the experimental results have been discussed using the effective micro mechanisms of CNTs inside the polymer matrix.
    Keywords: Carbon nanotube, Nanocomposite, Out, of, plane shear load, Fracture Toughness
  • Ali Amarloo, Ali Keshavarz *, Alireza Batooei, Siamak Alizade Nia Alizade Nia Pages 448-458
    Many variant configurations for Stirling engines have been presented. In Beta and Gamma type configurations, a displacer moves the working fluid between hot and cold sources. Whereas in the Alpha type there is no such a part and it has much simpler structure than the Beta and Gamma type. Therefore in this study, a novel configuration is introduced for Stirling engine the displacer is replaced by two pistons and cylinders. With this replacement, the new configuration can be called 3-Cylinders Gamma configuration for Stirling engine. Similar to Alpha type engine, this configuration has simpler structure and manufacturing process. For evaluation of new configuration, a simulation model of fabricated Gamma Stirling engine is prepared based on new configuration and geometry of ST-500 engine. The modeling is developed in GT-Suit software which is an industry-leading simulation tool. Maximum error between the experimental results and simulation of the new engine is about 20 percent for heat consumption and 14.7 percent for power. Thermodynamic analysis of performance parameters is done after the validation. The thermodynamic analysis results indicate that the increment of engine speed does not have appropriate effect on the performance and it led engine efficiency reduction. On the other hand by increasing the pressure and hot source temperature the engine performance improves and led higher thermal efficiency.
    Keywords: Stirling Engine, Gamma configuration, 3, Cylinder Configuration, Thermodynamic Analysis, Performance Parameters