فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - سال چهل و هفتم شماره 3 (پیاپی 80، پاییز 1396)

مجله مهندسی مکانیک
سال چهل و هفتم شماره 3 (پیاپی 80، پاییز 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/09/30
  • تعداد عناوین: 38
|
  • امیر ابراهیمی مقدم *، محمود فرزانه گرد، مهدی دیمی دشت بیاض صفحات 1-10
    در این تحقیق با استفاده از روش عددی به محاسبه میزان نشتی گاز طبیعی از یک سوراخ کوچک واقع بر سطح جانبی لوله ای در خطوط توزیع گاز طبیعی رو زمینی و مدفون در خاک پرداخته شده است. هندسه مورد بررسی توسط نرم افزار Gambit طراحی و شبکه بندی شده و سپس حل عددی توسط نرم افزار Fluent انجام شده است. سیال مورد نظر، تراکم پذیر با رفتار گاز ایده آل و جریان به صورت آشفته می باشد و خاک، به صورت یک ناحیه متخلخل در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در سوراخ های با قطر کوچک، سرعت تخلیه به سرعت صوت رسیده و به اصطلاح خفگی در جریان رخ می دهد. همچنین نتایج حاصل از برازش داده ها نشان دهنده این است که دبی حجمی گاز نشت یافته، یک رابطه خطی با فشار و رابطه درجه دو با قطر سوراخ دارد. برای لوله های زیر زمینی، در سوراخ های با قطر کوچک نسبت به سوراخ های بزرگ ، عمق نفوذ گاز در داخل خاک بیش تر اما دبی حجمی گاز نشت یافته کمتر می باشد. در انتها به منظور کاربرد نتایج برای صنایع گاز طبیعی، روابط همبسته ای برای محاسبه نشت گاز در حالت های لوله رو زمینی و زیر زمینی ارائه شده است.
    کلیدواژگان: گاز طبیعی، میزان نشتی، لوله مدفون، شبیه سازی عددی، فلوئنت
  • میر بیوک احقاقی، محمد وجدی *، محمد نمازی زاده صفحات 11-20
    پمپ های گریز از مرکز با توجه به سادگی طراحی و ساخت نسبت به توربین های هیدرولیکی، به صورت معکوس به عنوان توربین نیز مورد استفاده قرار می گیرند. کاربرد پمپ های شعاعی به عنوان توربین باعث تغییراتی در مشخصه های عملکردی آن می گردد. در این بررسی، یافتن نقطه بهینه کارکرد پمپ در حالت توربین به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته و منحنی های عملکردی با روش شبیه سازی عددی استخراج شده است. با توجه به اینکه پره های جداکننده به عنوان روشی برای بهبود عملکرد توربوماشین ها مورد استفاده قرار گرفته اند، در این بررسی نیز علاوه بر شبیه سازی کارکرد پمپ اصلی به عنوان توربین، به تاثیر پره های جداکننده بر عملکرد پمپ به عنوان توربین پرداخته خواهد شد. شبیه سازی با روش حجم محدود برای حل معادلات اساسی جریان انجام گرفته است. معادلات مومنتم و پیوستگی به صورت متوسط زمانی استفاده شده و از جمله ی چشمه برای اثرات شتاب کریولیس و جانب مرکز استفاده می گردد. با توجه به ماهیت آشفته جریان در داخل توربین، مدل آشفتگی k-ω SST با تابع دیواره استاندارد مورد استفاده قرارگرفته است. تحلیل شبه پایا توسط روش چند دستگاه مختصاتی انجام پذیرفته و نتایج توسط رابط روتور ایستا استخراج می گردد. نتایج حاکی از افزایش دبی مربوط به نقطه ی بهترین راندمان به هنگام کارکرد توربینی بوده و از طرف دیگر توان پمپ به عنوان توربین با پره های جداکننده افزایش یافته است. در برابر این افزایش توان، احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون در حضور پره های جداکننده کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: پمپ شعاعی، پمپ به عنوان توربین، پره ی جداکننده، حل عددی، پدیده کاویتاسیون
  • رضا احمدی کتمجانی، مهران خاکی جامعی*، مرتضی عباسی صفحات 21-29
    در بسیاری از کاربردهای متداول صنعتی، رفتارسیالات، غیرنیوتنی است و دسترسی به مدل های تحلیلی مناسب برای مطالعه آن ها ضروری می باشد. یکی از مدل های مختلفی که برای تقریب رفتار سیالات غیرنیوتونی ارائه شده است، مدل سیال ماکسولی می باشد که از آن برای بررسی برخی از کاربردهای صنعتی استفاده می شود. در این پژوهش، بررسی تحلیلی جریان سیال ماکسولی بر روی صفحه تخت با حضور میدان مغناطیسی در محیطی متخلخل مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور معادلات حاکم بر مساله از نوع مشتقات جزئی غیرخطی، توسط متغیر تشابهی به معادلات غیر خطی از نوع معمولی تبدیل شده و سپس با روش هموتوپی اغتشاشی به حل تحلیلی آن پرداخته شده است. نتایج حاصل از روش پیشنهاد شده با نتایج حاصل از حل عددی مقایسه شده و اعتبارسنجی شدند، که تطابق بسیار خوبی را نشان می دهد. مطابق نتایج بدست آمده، افزایش پارامتر مغناطیس موجب کاهش توزیع سرعت و افزایش ضخامت لایه مرزی می شود. بیشترین تاثیر پارامتر مغناطیس، در تنش بر روی صفحه مشاهده می شود. با افزایش پارامتر مغناطیس، توزیع تنش بر روی صفحه به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد. همچنین افزایش پارامتر مغناطیس، باعث افزایش ضریب اصطکاک پوسته ای بر روی سطح می شود.
    کلیدواژگان: مدل سیال ماکسولی، محیط متخلخل، لایه مرزی، هموتوپی اغتشاشی، جریان سیال مغناطیسی
  • مجتبی باغبان، محمد باقر آیانی * صفحات 31-40
    در این مطالعه با حل مساله انتقال گرمای معکوس، شار گرمایی سطحی گذرا در یک بافت زنده تعیین می شود. خواص حرارتی بافت از قبیل رسانایی گرمایی، پرفیوژن خون و آهنگ متابولیسم به صورت تابعی از دما فرض شده اند. در نتیجه مساله یک مساله انتقال گرمای معکوس غیر خطی محسوب می شود. از مدل انتقال گرمای زیستی پنس به منظور مدلسازی رفتار حرارتی درون بافت استفاده شده است. از دو روش مجزای تخمین متوالی تابع و گرادیان مزدوج به همراه مساله الحاقی در تعیین شار گرمایی سطحی مجهول کمک گرفته شده است. با دو مثال دقت حل معکوس ارزیابی شده و مقایسه ای بین جواب های به دست آمده از دو روش انجام پذیرفته است. نتایج بیان گر دقت هر دو روش در تخمین شار گرمایی مجهول برای داده های دقیق می باشد. اثر خطای اندازه گیری، حدس اولیه و مکان اندازه گیری بر دقت حل معکوس مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که حل معکوس از روش گرادیان مزدوج نسبت به روش ترتیبی قابل اعتمادتر است. در عین حال دقت هر دو روش با افزایش خطای اندازه گیری کاهش می یابد. مشاهده می شود که شار گرمایی مجهول را می توان با حدس اولیه ی دلخواه تخمین زد. همچنین نتایج نشان دهنده حساسیت بیشتر روش گرادیان مزدوج به مکان اندازه گیری دما است.
    کلیدواژگان: انتقال گرمای زیستی معکوس، روش تخمین متوالی تابع، روش گرادیان مزدوج، خواص متغیر، شار گرمایی سطحی گذرا
  • امیر باقری، محمدحسن جوارشکیان * صفحات 41-50
    در این تحقیق با استفاده از روش حجم محدود و کاربرد شبکه های دینامیکی به شبیه سازی عددی سه بعدی جریان سیال ناپایای تراکم ناپذیر و لایه ای در اطراف بال نوسانی با حرکت فراز و فرود، در محدوده اعداد رینولدز ریز پرنده ها و ماهی ها پرداخته شده است. در این شبیه سازی، از تکنیک شبکه های دینامیکی با استفاده از روش حرکت جسم صلب ، بهره گرفته شده است. نتایج این شبیه سازی با نتایج تجربی و عددی منتشر شده مقایسه، که صحت نتایج شبیه سازی حاضر را تائید می نماید. در این پژوهش، به بررسی اثر فرکانس کاهیده و دامنه نوسان و نیز مقایسه اثر همزمان این دو، همچنین به بررسی اثر طول بال بر نیروی رانش پرداخته شده است. این شبیه سازی ها در عدد رینولدز 3000 و در چند نسبت منظری، فرکانس کاهیده و دامنه نوسان انجام شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با افزایش فرکانس کاهیده و دامنه نوسان، زاویه حمله نسبی افزایش یافته که خود منجر به افزایش اختلاف فشار در اطراف جسم می شود و در بین فرکانس کاهیده و دامنه نوسان، افزایش فرکانس کاهیده به علت شتاب بالاتر، اثر بیشتری در تولید نیروی رانش دارد. همچنین با افزایش نسبت منظری درصد کمتری از بال تحت تاثیر جریان های برگشتی از نوک بال قرار می گیرند که این امر در افزایش نیروی رانش موثر است.
    کلیدواژگان: حرکت فرازوفرود، شبکه های دینامیکی، فرکانس کاهیده، دامنه نوسان، نسبت منظری
  • مهرداد بزاززاده، مجتبی دهقان منشادی *، محمد کرباسی زاده صفحات 51-60
    هدف بررسی تاثیر نسبت فشار بر ساختار موج ضربه ای و فیزک جریان تحت تاثیر پدیده تداخل موج ضربه ای و لایه مرزی در امتداد سطح دیوار در جریان های تراکم پذیر داخلی می باشد. از روش عددی جهت بررسی تاثیر نسبت فشاری بر ساختار، قدرت و طول سیستم امواج ضربه ای و مشخصه های لایه مرزی استفاده شد. معادلات میانگین گیری شده ناویراستوکس و مدل آشفتگی دو معادله ای k-ω استفاده شد. نتایج نشان دهنده انطباق قابل قبول نتایج با اطلاعات تجربی است. با افزایش نسبت فشاری سیستم امواج ضربه ای به سمت بالادست جریان حرکت می کند و ساختار موج ضربه ای نیز از حالت Xشکل به λ شکل تغییر می کند که با افزایش قدرت موج ضربه ای همراه است. با افزایش نسبت فشاری، میزان جابجایی سیستم امواج ضربه ای در طول مجرا بیشتر می شود. با کاهش نسبت فشاری، موج ضربه ای به سمت پایین دست جریان جابجا می شود و در این حالت طول موردنیاز برای بازیابی کامل فشار در دسترس نخواهد بود. اگر موج ضربه ای قوی باشد جدایش جریان بر روی دیواره اتفاق خواهد افتاد. جهت اعتبارسنجی از نتایج تجربی تونل باد فراصوت دمشی در دانشگاه کمبریج استفاده شد.
    کلیدواژگان: جریان فراصوت، ضریب جریان، تداخل موج ضربه ای و لایه مرزی، نسبت فشار، دینامیک سیالات محاسباتی
  • سید هادی پورحسینی * صفحات 61-67
    در مشعل های گازسوز صنعتی به دلیل وجود دماهای بالا انتقال گرمای تابشی مهم ترین مکانیزم انتقال گرما از شعله بوده و سهم قابل توجهی از صدور حرارت باید توسط این روش صورت گیرد. این در حالی است که مشعل های گازسوز به رغم استفاده فراوان در صنعت راندمان حرارتی مناسبی نداشته و این امر مشکلات اقتصادی و کیفی متعددی را ایجاد نموده است. در تحقیق حاضر تاثیر احتراق همزمان (هم سوزی) نسبت های مختلف گازوئیل-گاز بر خصوصیات ظاهری و انتقال حرارتی شعله گاز طبیعی بررسی شده است. برای تعیین خصوصیات ظاهری شعله از روش تصویربرداری و پردازش تصویر بهره گیری شده است. همچنین تابش درخشانی شعله توسط نورسنج خورشیدی و تابش کلی آن توسط یک ترموپیل اندازه گیری شده است. با توجه به نقش مهم ذرات دوده در انتقال گرمای تابشی، از تلفیق خاصیت نورتابی شیمیایی زرد و قرمز ذرات دوده با روش تصویربرداری مادون قرمز، امکان تعیین توزیع کیفی ذرات دوده در درون شعله فراهم شده است. همچنین خصوصیات تابش طیفی ذرات دوده توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر BOMEM FTIR تعیین شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که هم سوزی قطرات گازوئیل در شعله گاز طبیعی، ضمن حذف ناحیه تمرکز دما بالای شعله از ابتدای مشعل، باعث ایجاد شعله ای حجیم و با توزیع دمای یکنواخت و نیز بهبود انتقال گرمای تابشی شعله و راندمان حرارتی آن خواهد گردید؛ به طوری که با افزایش نسبت هم سوزی از 0 تا 35%، دمای متوسط شعله از735 K به 1088 K افزایش یافته و انتقال گرمای تابشی و راندمان حرارتی شعله نسبت به حالت بدون تزریق با ضرایب به ترتیب 2.35 و 1.55 افزایش خواهد یافت. این در حالی است که غلظت آلاینده های منوکسید کربن و ناکس نیز از حد استاندارد تجاوز نخواهد کرد.
    کلیدواژگان: احتراق همزمان گازوئیل، گاز طبیعی، راندمان حرارتی، دوده، تابش
  • ساناز جباری، مهدی مدبری فر*، مجتبی قدسی صفحات 69-75
    در این مقاله روشی جدید برای جابجایی یک شیء ارائه می شود. این روش مبتنی بر استفاده از گریپری هوشمند جهت تشخیص سفتی جسم و سپس تنظیم قابل برنامه ریزی میزان نیروی اعمالی به جسم برای جابجایی آن است. اجزای اصلی این سیستم شامل چهار بخش سنسوری (سنسورهای اندازه گیری نیرو و جابجایی)، الکتریکی (مدارات الکتریکی، سیستم پردازش اطلاعات لمسی و کنترل نیروی گیره بندی)، مکانیکی (مکانیزم گریپر و سیستم محرکه) و نمایشگر خروجی است. در این سیستم با یک پتانسیومتر مقدار جابجایی گیره گریپر به دست آمده و برنامه ریزکنترل گر با لاپس خورد نیروی دریافت شده توسط لودسل نصب شده در محل گریپر مقدار سفتی را محاسبه می کند و سپس به موتور گریپر فرمان می دهد دو انگشت گریپر به چه میزان به یکدیگر نزدیک شوند تا بتوانند جسم را با نیروی مشخصی گرفته و جابجا کنند. نتایج آزمایش ها بر روی انواع جسم ها با سفتی های مختلف نشان دهنده ی موفقیت سیستم در بدست آوردن سفتی جسم و اعمال نیروی گیره بندی برنامه ریزی شده بر آن می باشد. این گریپر می تواند در انواع واسطه های هپتیکی یا سیستم های رباتیک برای جابجایی اشیا به کار می رود.
    کلیدواژگان: گریپر، هپتیک، سفتی، رباتیک
  • امید موتابی، صمد جعفرمدار * صفحات 77-85
    در مقاله حاضر با استفاده از شبیه سازی سه بعدی و تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی توسط نرم افزار فلوئنت، به بررسی تاثیر فشار ورودی بر روی عملکرد دستگاه ورتکس تیوب پرداخته شده است. نوآوری کار حاضر توجه ویژه به بحث عدد ماخ درون محفظه چرخش و نحوه تغییرات آن بر اثر تغییر فشار ورودی می باشد که تا کنون در مقالات و پژوهش های دیگر بررسی نشده است. جریان داخل دستگاه به صورت تراکم پذیر و توربولانس در نظر گرفته می شود. به منظور درک و بررسی تاثیر فشار ورودی، فشارهای ورودی مختلف به دستگاه وارد شده و نتایج استخراج و تحلیل می شوند. جهت حل میدان جریان از مدل توربولانس k-ε استفاده شده است. هندسه مدل ثابت در نظر گرفته شده است. هدف اصلی دست یابی به مینیمم دمای خروجی سرد و ماکزیمم سرعت چرخشی در ورتکس تیوب می باشد. مقاله حاضر بر این باور است که هر ورتکس تیوبی، یک فشار کاری بهینه دارد که هم از لحاظ میزان سرمایش تولیدی و هم از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر می باشد این فشار کار در مقاله حاضر برابر 4.8 بار بدست آمد. نتایج نرم افزاری حاضر نشان می دهد که برای مقاصد سرمایشی استفاده از نسبت های جرمی سرد حدود 0.3 باعث جدایش بالاتری در خروجی سرد خواهد شد و برای مقاصد گرمایشی توصیه می گردد از نسبت جرمی سرد حدود 0.8 استفاده گردد.
    کلیدواژگان: ورتکس تیوب، فشار ورودی، جدایش انرژی، عدد ماخ
  • حسن حاج عبداللهی، مریم حسن پور ناصریه * صفحات 87-94
    در این مقاله جمع کننده خورشیدی صفحه تخت مدل سازی و مدل به دست آمده اعتبار سنجی شده است. سپس به آنالیز حساسیت برای سه دبی جرمی مختلف آب 1/0، 2/0 و 3/0 پرداخته شده و تاثیر تغییر ساختار لوله ها، مشخصات هندسی جمع کننده، ساختار جمع کننده و ضریب گسیل صفحه جاذب و ضریب گسیل پوشش شیشه ای بر روی بازده ترمودینامیکی بررسی شده است. نتایج آنالیز حساسیت نشان دادند که مقدار بهینه ای برای برخی از پارامترهای جمع کننده از جمله طول و عرض جمع کننده وجود دارد. به منظور بیشینه سازی بازده جمع کننده، شش پارامتر طراحی شامل تعداد لوله ها، قطر لوله ها، طول جمع کننده، عرض جمع کننده، ضخامت عایق جانبی و ضخامت عایق تحتانی و همچنین سه قید برای آهنگ انتقال گرمای منتقل شده به سیال به وسیله جمع کننده، نسبت ابعادی و اختلاف دمای سیال ورودی و خروجی جمع کننده به کار گرفته شده است. همچنین از الگوریتم ژنتیک با پارامترهای حقیقی به منظور به دست آوردن بازده بهینه جمع کننده استفاده شده است و نتایج طراحی بهینه به همراه پارامترهای متناظر با آن ارائه شده است. نتایج بهینه سازی نشان می دهند که بهترین بازده ممکن در این مورد 7362/0 می باشد. سپس فرآیند بهینه سازی برای چهار دبی جرمی مختلف 1/0، 075/0، 050/0 و 025/0 صورت گرفته است.
    کلیدواژگان: جمع کننده خورشیدی صفحه تخت، بازده گرمایی، آنالیز حساسیت، الگوریتم ژنتیک با پارامترهای حقیقی
  • محمد حسینی *، عباس زندی باغچه مریم صفحات 95-104
    در این مقاله ارتعاشات اجباری یک میکرو لوله ویسکوالاستیک حامل سیال، واقع بر بستر پسترناک تحت تاثیر نیروی متحرک هارمونیک بررسی شده است. معادله حرکت میکرولوله حامل سیال به همراه شرایط مرزی، براساس تئوری گرادیان کرنش مرتبه اول و فرضیات تیر اویلر-برنولی با استفاده از اصل توسعه یافته همیلتون استخراج می شود. رفتار ویسکوالاستیک میکرولوله با استفاده از تئوری ویسکوالاستیک خطی کلوین-ویت مدل سازی شده است. معادله دیفرانسیل حاکم با بکارگیری روش گالرکین به یک سیستم از معادله دیفرانسیل معمولی در حوزه زمان تبدیل می شود و نتایج عددی با استفاده از روش مربعات دیفرانسیلی برای یک میکرولوله با شرایط مرزی دو سر مفصل و دو سر گیردار بدست آمده است. در این مطالعه تاثیر تغییرات پارامتر های مختلف مانند نسبت جرمی، قطر میکرو لوله، مدول بستر پسترناک و وینکلر و تاثیر شرایط مرزی مختلف بر تغییر مکان بی بعد شده میکرولوله ویسکوالاستیک، بررسی شده است. مقایسه نتایج بدست آمده از روش مربعات دیفرانسیلی با روش رانگ کوتا مرتبه چهار، بیانگر دقت خوب روش عددی مربعات دیفرانسیلی در حل این گونه مسائل می باشد. همچنین نتایج با آنچه قبلا در مطالعات پیشین گزارش شده است در تطابق خوبی می باشد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات اجباری، میکرولوله حامل سیال، تئوری الاستیسیته گرادیان کرنش، نیروی متحرک، روش مربعات دیفرانسیلی
  • سهراب خانیان، نیکی رضازاده*، امیر بک خوشنویس صفحات 105-111
    در تحقیق حاضر اثرات محرک پلاسمایی با تابع ولتاژهای سینوسی، مربعی و دندانه مثلثی مثبت روی تغییر موقعیت نقطه ی جدایش جریان بررسی شده است. همچنین میزان توانایی این محرک پلاسمایی را در افزایش مقدار ضریب برآ در سه نوع مدل ولتاژ ذکر شده در اطراف ایرفویل مدلNACA0015 در زاویه های حمله ی 0 ،3/5 ، 5/11 و 5/17بررسی شده است و بهترین نوع مدل ولتاژ برای افزایش ضریب برآ و برطرف کردن نقطه جدایش جریان و یا تضعیف آن به دست آمده است. در ابتدا ضریب فشار روی ایرفویل NACA0015 در حالتی که محرک پلاسمایی روشن می باشد محاسبه و با مقایسه با کار تجربی سوسا مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است سپس تغییرات پروفیل سرعت و تغییرات موقعیت نقطه جدایش جریان در سه ناحیه روی ایرفویل و یک ناحیه پشت ایرفویل براساس مدل های متفاوت ولتاژ مربعی، سینوسی و دندانه مثلثی مثبت در چهار زاویه ی حمله ، به صورت عددی و وابسته به زمان با استفاده از نرم افزار COMSOL ارایه شده است.
    کلیدواژگان: جریان الکتریکی کرونا، حل وابسته به زمان، ضریب برآ، نقطه جدایش، ایرفویل NACA0015
  • سیداسماعیل رضوی *، بابک عباپور صفحات 113-118
    در پژوهش حاضر تاثیر طول و زاویه قرارگیری صفحه جداگر متصل به پشت استوانه ی در معرض جریان صلیبی محصور در کانال برای اعداد رینولدز مختلف مورد تحلیل قرار می گیرد. در ابتدا تاثیر وجود صفحه جداگر روی پارامترهای ضریب پسا، افت فشار و انتقال گرما برآورد شده و در ادامه تاثیر طول و زاویه قرارگیری آن نیز بر روی پارامتر های فوق بررسی می گردد. تولید شبکه با نرم افزار GAMBIT انجام شده و معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی همراه شرایط مرزی مساله با روش حجم محدود با نرم افزار FLUENT حل شده است. برای گسسته سازی عبارتهای جابجایی و پخش از طرح بالا دست مرتبه دوم و برای پیوند میان سرعت و فشار از الگوریتم PISO استفاده شده است. تغییرات طول صفحه جداگر از 25/0 تا 3 برابر قطر استوانه و زاویه قرارگیری آن از صفر تا 45 درجه مورد بررسی قرار گرفته است. ضریب پسا با افزایش طول صفحه جداگر به طور پیوسته کاهش می یابد و نیز با افزایش طول صفحه جداگر تقریبا از 5/1 برابر قطر استوانه انتقال گرما کاهش می یابد. همچنین با افزایش عدد رینولدز تاثیر افزودن صفحه جداگر کمتر می شود.
    کلیدواژگان: استوانه دایروی، صفحه جداگر، جریان لایه ای، معادلات ناویر، استوکس، انتقال گرما
  • رامین ساجدی، محرم جعفری * صفحات 119-127
    این تحقیق به پیدا کردن یک معیار مناسب برای قضاوت گرمایی در مورد نانوسیالات اختصاص داده شده است. اهمیت این مسئله از گمراه کننده بودن، ادعای وجود انتقال گرمای بیشتر برای نانو سیال در مقایسه با سیال پایه، در صورت غفلت از اثرات هیدرولیک مانند افزایش افت فشار، ناشی می شود. برای روشن شدن موضوع، دستگاه تجربی با توانایی ایجاد معیارهای عدد رینولدز ثابت و توان پمپاژ ثابت ساخته شده و رفتار گرمایی نانوسیال اکسید سیلیسیم / آب و آب مقطر در رژیم جریان لایه ای و در ناحیه ی در حال توسعه هیدرولیکی و گرمایی بررسی شده است. در این راستا، ضریب انتقال گرما در داخل مبادله کن گرمایی لوله پره دار ارزیابی شده است، نتایج برای دماهای مختلف ورودی و غلظت های مختلف نانو سیال برای هر دو معیار عدد رینولدز ثابت و توان پمپاژ ثابت ارائه گردیده است. مطابق نتایج ارائه شده، میزان غلظت نانوذرات در سیال پایه تاثیر بسیار زیادی بر مقدار انحراف این دو معیار خواهد داشت به نحوی که هر قدر غلظت نانوسیال مورد استفاده بیشتر باشد، میزان اختلاف بین این دو معیار نیز بیشتر خواهد شد و لذا در این کار به دلیل غلظت پائین نانوسیال، استفاده از هریک از معیارها تفاوت قابل توجهی در نتایج بدست آمده ایجاد نکرده است.
    کلیدواژگان: مطالعه تجربی، نانوسیال، عدد رینولدز، توان پمپاژ ثابت، مبادله کن گرما
  • حانیه صالح آبادی، محسن نظری *، محمدحسن کیهانی صفحات 129-138
    در این مقاله، پدیده نفوذ فیلم مایع و همچنین قطره داخل محیط متخلخل لایه ای به کمک مدل شان و چن دو فازی و روش شبکه بولتزمن مطالعه شده است. محیط متخلخل لایه ای از توزیع تصادفی موانع جامد ایجاد شده است به طوریکه نسبت تخلخل در هر لایه و در کل ناحیه متخلخل، دارای مقدار ثابتی می باشد و به یکنواخت تر شدن توزیع موانع کمک می کند. در این مطالعه، الگوی نفوذ سیال داخل محیط متخلخل، هم بصورت فیلم مایع و هم به شکل قطره مورد بررسی قرار گرفته و دو رژیم نفوذ ویسکوز فینگرینگ و کاپیلاری فینگرینگ مشاهده و بررسی شده است. تاثیر نسبت تخلخل و ویژگی آبدوست یا آبگریز بودن سطح بر روی آهنگ نفوذ نیز بررسی گردیده است؛ درکل افزایش میزان تخلخل و آبگریز نمودن سطوح موجب افزایش آهنگ پخش می گردد. با توجه به لایه ای بودن محیط متخلخل، اثر استفاده از لایه ها با نسبت تخلخل های مختلف و دارای یک نسبت تخلخل معین در مجموع لایه ها، بر روی بهبود آهنگ نفوذ سیال در محیط متخلخل مورد بحث قرار گرفته است. همچنین به چگونگی تغییر الگوی نفوذ از رژیم ویسکوز فینگرینگ و نزدیک شدن به رژیم کاپیلاری فینگرینگ به کمک آبدوست نمودن سطوح پرداخته شده است. از ویژگی های منحصربفرد تحقیق حاضر، ارائه راهکاری برای تغییر مسیر نفوذ فیلم مایع و عبور آن از مسیر مشخص، داخل محیط متخلخل لایه ای می باشد.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل لایه ای، سطوح آبدوست و آبگریز، نفوذ فیلم مایع، روش شبکه بولتزمن، رژیم ویسکوز فینگرینگ
  • امین عالی، نادر پور محمود، وحید زارع * صفحات 139-147
    سیال خروجی از چاه های زمین گرمایی در یک منطقه دارای اختلاف دما و فشار می باشند. در این مقاله یک چرخه جدید ترکیبی تبخیر آنی-باینری با در نظر گرفتن اختلاف فشار و دمای چاه های زمین گرمایی برای تولید توان از منابع انرژی زمین گرمایی منطقه سبلان در ایران پیشنهادشده است. برای چرخه باینری چهار سیال عامل مناسب در نظر گرفته شده، چرخه پیشنهادی با نرم افزار EES با استفاده از داده های واقعی چاه های زمین گرمایی سبلان مورد تحلیل قرارگرفته و مقادیر فشار بهینه برای دو مخزن تبخیر آنی محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد برای دستیابی به حداکثر بازده حرارتی و توان خروجی، فشار بهینه برای مخزن انبساط اول 800- kPa و برای مخزن انبساط دوم 92- kPaمی باشند. همچنین نتایج نشان می دهد که سیال R141b به عنوان مناسب ترین سیال برای چرخه باینری انتخاب شده و برای این سیال عامل، توان خالص تولیدی چرخه پیشنهادی 11/17 مگاوات محاسبه شده است. برای مقایسه عملکرد چرخه پیشنهادی با چرخه پیشنهادی در پژوهش قبلی برای منابع زمین گرمایی سبلان، با در نظر گرفتن شرایط چاه فرض شده در آن پژوهش، نتایج نشان می دهد که توان خالص تولیدی چرخه پیشنهادی در این مقاله 3/26 درصد بیشتر هست.
    کلیدواژگان: انرژی زمین گرمایی، منابع زمین گرمایی سبلان، نیروگاه زمین گرمایی، چرخه تولید توان، تحلیل ترمودینامیکی
  • القار عبدالهی، فرامرز آشنای قاسمی*، رسول عبدالله میرزایی صفحات 149-158
    صفحات دوقطبی یکی از اجزای اصلی پیل سوختی پلیمری است. در این مقاله رفتار مکانیکی صفحات دوقطبی کامپوزیتی بررسی و با معیار دپارتمان انرژی مقایسه شده است. تمام نمونه ها با روش ریخته گری تحت فشار و تحت پرس گرم تهیه شدند. برای ساخت صفحات دوقطبی کامپوزیتی از پودر رزین فنولیک به عنوان زمینه کامپوزیت استفاده شد. به منظور افزایش استحکام خمشی و استحکام ضربه، از الیاف کربن و پارچه کربنی به عنوان تقویت کننده استفاده شد. با بکارگیری پودر گرافیت در ساختار کامپوزیت میزان رسانایی الکتریکی نمونه ها نیز بررسی شد. به منظور بررسی رفتار مکانیکی صفحات دوقطبی، نمونه ها با درصدهای وزنی مختلف رزین فنولیک تولید و مورد آزمایش قرار گرفت. استحکام خمشی نمونه با 20% وزنی رزین، برابر MPa05/23 اندازه گیری شد که 7% از معیار Department of Energy (دپارتمان انرژی) کمتر است. با افزودن 2% وزنی رزین، استحکام خمشی 11% از معیار DOE بیشتر شد. در کامپوزیت با 20% وزنی رزین استحکام ضربه ی نمونه ها به طور چشم گیری نسبت به معیار DOE افزایش یافت. برای افزایش رسانایی الکتریکی نمونه ها، پودر گرافیت فرآوری شد. ریخت شناسی نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد. تصاویر SEM نشان می دهند که فرآوری پودر گرافیت باعث بزرگتر شدن صفحات مولکولی گرافیت شده و رسانایی الکتریکی سطحی نمونه ها را افزایش می دهد. در نهایت، نتایج نشان داد که افزایش درصد وزنی رزین، باعث افزایش استحکام خمشی و استحکام ضربه ی صفحات دوقطبی کامپوزیتی شده و میزان هدایت الکتریکی سطحی آنها را نسبت به معیار DOE کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی، صفحات دوقطبی، کامپوزیت، رفتار مکانیکی
  • جواد علی نژاد*، جواد ابوالفضلی صفحات 159-167
    در این مقاله، از ترکیب روش شبکه بولتزمن و مرز غوطه ور برای شبیه سازی رفتار و تغییر شکل سلول گلبول قرمز با شکل های اولیه متفاوت استفاده شده است. در ابتدا گلبول قرمز با هندسه بیضی در یک جریان برشی شبیه سازی شده و تغییر شکل بدست آمده با نتایج محققان دیگر مقایسه و تایید شده است. سپس هندسه های متفاوت گلبول قرمز در جریان برشی و همچنین طی حرکت و جابجایی شبیه سازی و تغییر شکل تدریجی آنها مشاهده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در ادامه جریان سیال داخل یک شریان خونی مدلسازی و به کمک آن پدیده هایی از قبیل انسداد شریان خون و دارو رسانی مورد بررسی قرار گرفته اند. تحلیل نتایج نشان می دهد که آسیب دیدن دیواره شریان و یا ته نشین شدن توده های چربی باعث گردابی شدن جریان خون و تشکیل لخته خون خواهند شد. همچنین کیفیت تزریق دارو در این شریان دو شاخه در چگونگی دارو رسانی آن بسیار تاثیر گذار می باشد. در نهایت مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج سایرین نشان می دهد که این شبیه سازی از دقت قابل قبولی برخوردار می باشد.
    کلیدواژگان: سلول گلبول قرمز، روش شبکه بولتزمن، مرز غوطه ور، انسداد شریان خون، دارو رسانی
  • هادی غائبی *، مهدی بهادری نژاد، محمدحسن سعیدی صفحات 169-178
    اکیفرها (سفره های آب زیرزمینی) ساختارهای متخلخلی هستند که محتوی و انتقال دهنده آب می باشند. فراوانی و پراکندگی این ساختارها آنها را برای ذخیره سازی انرژی جالب توجه می نماید؛ بویژه سفره های آب زیرزمینی محبوس که از بالا و پایین توسط لایه های نفوذ ناپذیر رسی محدود شده و از آب، اشباع می باشند. یک اکیفر محبوس با سرعت آب زیرزمینی بسیار پایین جهت تامین نیازهای سرمایشی و گرمایشی یک مجتمع مسکونی در تهران در نظر گرفته شده است. سه نوع بهره برداری مختلف جهت استفاده از ذخیره سازی فصلی انرژی حرارتی در اکیفر برای تامین نیاز گرمایشی و سرمایشی سالانه مجتمع بررسی شده است. این موارد شامل استفاده تنها از ذخیره سازی انرژی در اکیفر برای سرمایش، تلفیق آن با کلکتورهای خورشیدی جهت گرمایش و تلفیق آن با پمپ حرارتی جهت سرمایش و گرمایش بوده است. برای ارزیابی اقتصادی از روش ارزیابی چرخه عمر استفاده شده است. نرم افزار Ret Screen برای ارزیابی زیست محیطی بکار گرفته شده است. نتایج نشان دادند که از بین بهره برداری های مختلف، استفاده تنها از ذخیره سازی انرژی در اکیفر برای سرمایش دارای کمترین بازگشت سرمایه(41/2 سال) و کمترین میزان هزینه چرخه عمر(16000 دلار) بوده است. همچنین تلفیق ذخیره سازی انرژی در اکیفر با پمپ حرارتی برای تامین نیاز سرمایشی و گرمایشی کمترین میزان تولید گاز دی اکسید کربن(359 تن در سال) را داشته است.
    کلیدواژگان: ذخیره سازی فصلی انرژی، ارزیابی اقتصادی، ارزیابی زیست محیطی، کلکتور خورشیدی، پمپ حرارتی
  • مائده غفزانی*، محرم حبیب نژاد کورایم، علی کفاش هوشیار صفحات 179-186
    با گسترش نانو فناوری، روباتهای بر پایه میکروسکوپ نیروی اتمی بعنوان ابزاری کارآمد جهت انتقال و ساخت نانو ساختارها بصورت گسترده مورد توجه قرار گرفته است. عدم امکان مشاهده همزمان عملیات هل دادن کنترل شده نانو ذرات یکی از مهمترین محدودیت های این روش می باشد. به منظور رفع این محدودیت در این مقاله از یک محیط حقیقت مجازی جهت مشاهده روند عملیات استفاده شده است. در شبیه سازی صورت گرفته در این پژوهش ابتدا تصاویر گرفته شده از میکروسکوپ نیروی اتمی پردازش شده و موقعیت و ابعاد نانو ذرات مشخص شده است. پس از آن با استفاده از مدلسازی دینامیک انتقال نانو ذرات و شبیه سازی نمودار نیرو زمان بحرانی، امکان انتقال کنترل شده ذرات فرآهم آمده است. شبیه سازی ها جهت استفاده از کانتیلور های مستطیلی، Dagger و V-Shape گسترش یافته است. محیط واقعیت مجازی ارائه شده امکان شبیه سازی دقیق فرآید کاربردی نمودن مدلسازی های ارائه شده جهت کاربران را فرآهم آوده است.
    کلیدواژگان: نانوربات AFM، محیط حقیقت مجازی، نانو ذرات استوانه ای
  • محمد مصطفی غفوریان، حمید نیازمند* صفحات 187-196
    در پژوهش حاضر به مدل سازی و بهینه سازی سیستم تولید همزمان برق، حرارت و برودت(CCHP) در ترکیب با آب شیرین کن اسمز معکوس(W)، برای یک هتل پرداخته شده است. در گام اول استراتژی عملکرد دو چیدمان مختلف برای سیستمCCHP و آب شیرین کن اسمز معکوس(W) به منظور تامین بارهای مورد نیاز ساختمان ارایه می شود و عملکرد این دو سیستم نسبت به سیستم های سنتی موجود توسط الگوریتم ژنتیک بهینه می شود. در فرآیند بهینه سازی از تابعی چند معیاره (انرژی، اقتصادی و زیست محیطی) تحت عنوان درصد سود سالیانه نسبی(PRAB) و موتور گازسوز (با قابلیت عملکرد در بار جزیی) به عنوان محرک اولیه، استفاده شده است. سپس رویکرد زیست محیطی این دو سیستم نسبت به سیستم های متداول مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان می دهد، که در هر دو چیدمان، انتشار هر سه آلاینده CO2 CO ، و NOx در محدوده ی گسترده ای از ظرفیت های نامی موتورگازسوز، کاهش می یابد. این درحالی است که در سیستم CCHPW ( چیدمان اول) با انتخاب موتورگازسوزی با ظرفیت 3250 کیلووات، عملکرد بهتری از نظر اقتصادی و زیست محیطی مشاهده می شود به طوری که علاوه بر داشتن بیشترین سود سالیانه با مقدار 106×21/5 دلار بر سال، تولید آلاینده های CO2 ، CO و NOx را به ترتیب61%، 79% و 86% کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: سیستم تولید همزمان برق حرارت و برودت(CCHP)، سیستم آب شیرین کن اسمز معکوس(W)، سیستم متداول
  • سید محمدرضا فریطوس، هادی همایی *، شهرام هادیان جزی صفحات 197-206
    این مقاله روش کنترل بهینه حلقه باز را برای طراحی مسیر بهینه بازوهای مکانیکی با رابط نهایی انعطاف پذیرو پایه ثابت در مساله تعقیب مسیر توسعه خواهد داد. در این روش بدون در نظر گرفتن انعطاف پذیری، فضای جواب مفاصل برای حرکت صلب بازوی مکانیکی بدست می آید. با انتخاب مناسب بردار حالت، تابع هدف و قیدهای سیستم به فرم کلاسیک مساله بهینه سازی تبدیل می گردند. با استفاده از اصل کمینگی پونتریاگین، معادلات به مساله مقدار مرزی دو نقطه ای تبدیل می شود. جهت تصدیق روش ارائه شده، شبیه سازی برای بازوی مکانیکی انعطاف پذیر با سه رابط انجام شده است. نتایج به دست آمده و بررسی های صورت گرفته، کارآمدی روش ارایه شده را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: بازوی مکانیکی افزونه، رابط انعطاف پذیر_ تعقیب مسیر، کنترل بهینه
  • باقر کاظمی نسب*، سوسن روشن ضمیر، حسین قدمیان صفحات 207-214
    عملکرد پیل سوختی غشا تبادل پروتون عمدتا به وسیله منحنی پلاریزاسیون بیان می شود. منحنی پلاریزاسیون با محاسبه پتانسیل ترمودینامیکی، افت ولتاژهای اهمی، فعال سازی و غلظتی مشخص می شود. با استفاده از معادلات برازش منحنی پلاریزاسیون، ولتاژ خروجی پیل به ازا یک چگالی جریان معین و در شرایط عملیاتی مشخص، محاسبه می شود. بنابراین معادلات فراوانی برای پیش بینی یا برازش منحنی پلاریزاسیون ارائه شده اند که به علت غیرخطی بودن منحنی، دقت آن ها چالش اصلی بوده است. با این وجود تاکنون مقایسه این معادلات یا به طور کامل یا در سراسر منحنی پلاریزاسیون انجام نشده است. در این تحقیق ابتدا معادلات برازش به معادلات تحلیلی، تجربی و نیمه-تجربی دسته بندی شده، سپس دقت آن ها به وسیله منحنی پلاریزاسیون و ابزارهایی نظیر مجموع مربع خطاها، ضریب تعیین، تکرارها و مقادیر پارامترهای متناظر معادلات، با نرم افزار MATLAB به صورت کمی و کیفی مقایسه شدند. نتایج نشان می دهد که از بین معادلات تجربی بررسی شده، معادله این تحقیق از دقت بالاتری برخوردار است. معادله اکیموتو بهترین معادله نیمه-تجربی و معادله هاجی نیز بهترین معادله تحلیلی تشخیص داده شدند. نهایتا معادلات برتر نیز با دو سری داده آزمایشگاهی باهم مقایسه شدند که معادله این تحقیق و معادله هاجی، با بیشترین دقت (ضریب تعیین بزرگتر از 999/0) درمجموع بهترین معادلات بررسی شده انتخاب شدند.
    کلیدواژگان: برازش منحنی پلاریزاسیون، معادلات تجربی، نیمه-تجربی، تحلیلی، پیل سوختی
  • داریوش کوه بر، عیسی احمدی * صفحات 215-224
    در این مقاله مساله برخورد سرعت پایین برای ضربه‏زننده فلزی با دماغه کروی شکل بر روی صفحه کامپوزیتی مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حاکم بر ورق طبق تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول و با استفاده از روش المان محدود گالرکین منفصل شده است. پدیده قفل شدگی برشی در مدلسازی منظور گردیده و برای غلبه بر این مشکل روشی ارائه شده که در آن ترم‏های مربوط به برش و خمش را از هم تفکیک کرده و برای رفع آن از روش انتگرال گیری گوسی بهره گرفته شده است. مدلسازی انجام گرفته قابلیت در نظر گرفتن دفعات متعدد بارگذاری و باربرداری را در فرآیند ضربه دارد. معادلات حرکت حاکم به صورت کوپل و با دو روش عددی نیومارک و نیکلسون حل شده است و تاثیر تغییر پارامترهای این روش ها به دقت مورد مطالعه قرار گرفته و مقدار بهینه برای این پارامترها انتخاب شده است. با توجه به نوع مدلسازی انجام گرفته، نتایج بدست آمده علاوه بر ورق‏های ضخیم در ورق‏های نازک نیز جواب‏های دقیقی ارایه می‏دهد. درانتها یک ورق تحت ضربه سرعت پایین دارای شرایط مرزی ترکیبی و گیردار به دقت مورد مطالعه قرار گرفته است و نمودارهای مختلف از پاسخ زمانی ورق شامل جابجایی، نفوذ، نیرو و انرژی آورده شده است.
    کلیدواژگان: روش اجزاء محدود گالرکین، قفل شدگی برشی، ضربه سرعت پایین، کامپوزیت چندلایه، روش انتگرال گیری گوسی
  • سید جواد محمدی بایگی*، مهدی مرتضوی صفحات 225-234
    در این مقاله امکان شبیه سازی حین پرواز رفتار دینامیک طولی و عرضی یک هواپیمای جت جنگنده توسط یک جت بدون سرنشین مورد ارزیابی قرار گرفته و کنترل گر مورد نیاز برای اجرای شبیه سازی حین پرواز و رهگیری مسیر پروازی آن طراحی شده است. طراحی کنترل گر بر اساس روش جایدهی قطب و رهگیری مسیر به انجام رسیده و در آن کنترل گر به نحوی طراحی شده است که جت بدون سرنشین قادر به تعقیب رفتار دینامیک طولی و عرضی هواپیمای جت جنگنده در حین پرواز باشد. در این راستا پس از به کارگیری کنترل گر طراحی شده در جت بدون سرنشین به شبیه سازی رفتار جت جنگنده توسط آن پرداخته و نتایج شبیه سازی حاکی از رهگیری مطلوب رفتار دینامیکی هواپیمای جت جنگنده توسط جت بدون سرنشین در محدوده مشترک عملکردی آنها می باشد. برای صحه گذاری بر طراحی انجام شده به شبیه سازی اطلاعات تست پروازی جت جنگنده توسط جت بدون سرنشین پرداخته شده است. مقایسه نتایج شبیه سازی با اطلاعات تست پروازی جت جنگنده، توانایی شبیه سازی حین پرواز رفتار دینامیکی جت جنگنده توسط جت بدون سرنشین را به اثبات می رساند.
    کلیدواژگان: مدل مشابه دینامیکی، شبیه سازی حین پرواز، جایدهی قطب، داده های تست پرواز
  • رسول مرادی دستجردی *، حامد مومنی خبیصی صفحات 235-241
    در این مقاله، ارتعاشات اجباری استوانه های هدفمندتقویت شده با نانولوله های کربنی منحنی شکل، تحت فشار داخلی وابسته به زمان به روش بدون المان بررسی شده است. در این روش بدون المان از توابع شکل MLS برای تقریب میدان جابجایی در فرم ضعیف معادله حرکت استفاده می شود. نانو کامپوزیت های بکار رفته، ترکیبی از نانولوله های کربنی تک جداره منحنی شکل و یک ماده پس زمینه ایزوتروپیک است که خواص مکانیکی آن ها بر پایه یک رابطه میکرومکانیکی و با استفاده از قانون اختلاط تخمین زده شده است؛ اما ازآنجایی که روابط در سطح میکرو قادر به بیان اختلاف بین نانو و میکرو نمی باشد لذا به کمک پارامترهای تصحیحی این مشکل مرتفع شده است. برای تعیین رفتار ارتعاشی، یک مدل متقارن محوری بکار گرفته شده که در آن برای توزیع نانولوله ها در راستای شعاع، سه مدل خطی هدفمند و یک مدل توزیع یکنواخت در نظر گرفته شده است. در این مقاله، ابتدا نتایج دینامیکی حاصل از روش بدون المان و نوع تقریب خواص مکانیکی نانو کامپوزیت با نتایج روش های المان محدود، تحلیلی و آزمایشگاهی مقایسه و مطابقت بسیار خوبی مشاهده شده و پس ازآن تاثیر نوع توزیع، ضریب منظری (نسبت طول به قطر)، انحنا و کسر حجمی نانولوله ها بر ارتعاشات استوانه های نانو کامپوزیتی هدفمند تقویت شده با نانولوله های کربنی بررسی شده است و مشاهده شد که انحنا و کسر حجمی نانولوله ها تاثیر مهمی بر رفتار ارتعاشی این استوانه ها دارد.
    کلیدواژگان: استوانه نانو کامپوزیتی، نانولوله کربنی منحنی شکل، توزیع هدفمند، ارتعاشات اجباری، روش بدون المان
  • داوود میرزایی*، علی جعفریان، محمدعلی بدری، احمدرضا زمانی صفحات 243-250
    در پژوهش حاضر ضرایب جرم افزوده یک وسیله زیرآبی با استفاده از روش المان مرزی محاسبه شده است. جریان سیال با استفاده از روش المان مرزی بر روی شبکه ی مثلثی توسط نرم افزار GAMBIT تولید و سپس در کد المان مرزی حل می شوند و پس از آن ضرایب ماتریس جرم افزوده محاسبه گردیده اند. به منظور صحت سنجی کد، ضرایب جرم افزوده ی کره و بیضیگون با نسبت منظری مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل برای کره و بیضیگون با نتایج تحلیلی مقایسه و نشان داده شده است که حل المان مرزی از دقت بسیار مناسبی برخوردار می باشد. پس از آن هندسه ی وسیله زیرآبی سابوف جهت نشان دادن کاربرد عملی و راهبردی پژوهش حاضر، شبیه سازی شده است. نتایج ضرایب جرم افزوده ی محاسبه شده با استفاده از روش المان مرزی با نتایج تجربی مقایسه گردیده است. نتایج حاصل تطابق بسیار مناسبی با نتایج تجربی برای سابوف را نشان می دهد. قابل ذکر است که در روش المان مرزی از اثرات لزجت، اغتشاش و گردابه ها صرف نظر شده و معادلات اویلر و لاپلاس برای حل جریان مورد استفاده قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: جرم افزوده، وسیله زیر آبی، روش المان مرزی
  • حسین مهدوی مقدم *، سیاوش علی زاده یغمایی صفحات 251-259
    در این مقاله ابتدا یک تزریقگر پیچشی تک پایه با روش کدنویسی بررسی و سپس نتایج آن با نمونه آزمایشگاهی تزریقگرهای احیا کننده و اکسید کننده از نظر اندازه های شعاع نازل، شعاع گذرگاه ورودی و شعاع محفظه چرخش مقایسه می گردد. فرایند پاشش و اتمیزاسیون در تزریقگر پیچشی دوپایه با همان شرایط کار تجربی به صورت پایا، شبیه سازی می شود. در ادامه تزریقگر پیچشی تک پایه با سوخت اتانول به صورت وابسته به زمان مدل شده و با نمونه تجربی مقایسه می گردد. در آخر نیز تزریقگرهای پیچشی تک پایه و دوپایه با سوخت های متفاوت نفت، کروسین، نیتروژن مایع، هیدروژن مایع و اکسید کننده های آب و اکسیژن شبیه سازی می شود. هدف از این شبیه سازی ها، مقایسه سرعت و قطر قطرات خروجی بین تزریقگرهای پیچشی تک پایه و دوپایه می باشد. کوچکترین قطر قطرات و بیشترین سرعت قطرات خروجی در پاشش مربوط به تزریقگرهای پیچشی با سیال هیدروژن مایع به عنوان احیا کننده می باشد. در ضمن مشاهده شد که قطر قطرات خروجی تزریقگر پیچشی دوپایه (6-e76/6 متر) نسبت به تزریقگر پیچشی تک پایه (6-e49/7 متر) کوچکتر و سرعت قطرات (84 متر بر ثانیه) نیز بیشتر می باشد.
    کلیدواژگان: موشک سوخت مایع، تزریقگر پیچشی، پاشش، قطر قطره، سرعت قطره
  • علیرضا مجیدیان * صفحات 261-269
    هوا گرم کن های خورشیدی(یا کلکتورهای هواگرم ) نوع خاصی از کلکتورهای خورشیدی هستند که سیال عامل آن ها هوا بوده و در سیستم هایی مانند سیستم تهویه مطبوع برای گرمایش هوای ورودی به ساختمان، خشک کن های خورشیدی و... مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر موارد فوق از هوای گرم خروجی نیز می توان برای استفاده در قسمت بازیاب سیستم های سرمایش یا رطوبت زدایی خورشیدی مانند سیستم سرمایش دسیکنت نیز بهره گرفت. در این پژوهش ابتدا یک نوع کلکتور هوا گرم کن خورشیدی با ساختار و کاربرد جدید معرفی شده است. سپس قسمت های مختلف آن مانند پوشش کلکتور، صفحه جاذب، سیال عامل(هوا) و... از لحاظ انتقال گرما، مدل سازی گردید. عمل کرد این سیستم در نرم افزار متلب شبیه سازی و صحت نتایج حاصله با استفاده از نتایج تجربی موجود بررسی، مشخصات کلکتور در بهترین حالت معرفی شده است. سپس نتایج حاصل از به کارگیری این نوع کلکتور برای گرمایش و سرمایش یک ساختمان نمونه در شرایط آب و هوایی گرم و مرطوب در شمال کشور مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای محاسبه بار حرارتی ساختمان، از نرم افزار کریر استفاده شده است.
    کلیدواژگان: هواگرم کن خورشیدی، کلکتور هواگرم، سرمایش خورشیدی، چرخ دسیکنت
  • حسین نامی، سیامک جمالی، فرامرز رنجبر *، مرتضی یاری صفحات 271-279
    تحلیل ترمودینامیکی چرخه ی تولید همزمان و ترکیبی توربین گازی با سوخت متان و چرخه ی کالینا به منظور استفاده از گرمای تلف شده ارائه شده است. به منظور شناسایی منابع برگشت ناپذیری در چرخه، برای تک تک اجزای چرخه راندمان اگزرژی و نیز تخریب اگزرژی محاسبه شده است. در نهایت یک مطالعه ی جامع پارامتری برای نشان دادن اثر پارامترهای مهمی همچون نسبت فشار کمپرسور هوا، راندمان آیزنتروپیک کمپرسور هوا، راندمان آیزنتروپیک توربین گازی، بیشینه فشار چرخه ی کالینا و غلظت آمونیاک در سیال کاری چرخه ی آمونیاک بر راندمان انرژی و اگزرژی چرخه ی پیشنهادی ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که راندمان انرژی و اگزرژی چرخه در یک مقدار مشخص نسبت فشار کمپرسور هوا بیشینه می شود که این مقدار نسبت فشار به پارامترهای دیگر نیز بستگی دارد. برای چرخه ی پیشنهادی بیشینه راندمان انرژی و اگزرژی به ترتیب 8/85 و %5/52 در نسبت فشار 26/15 محاسبه شده است. مقدار بیشینه توان تولیدی چرخه کالینا حدود kW 940 است که در فشار bar45 رخ می دهد و افزایش غلظت آمونیاک منجر به افزایش توان خالص تولیدی چرخه می گردد.
    کلیدواژگان: انرژی، اگزرژی، چرخه ی ترکیبی، چرخه ی کالینا، چرخه ی تولید همزمان
  • علیرضا نصرنیا، فرهاد حاجی ابوطالبی*، مهرداد پورسینا صفحات 281-286
    مواد ترد به علت سختی قابل توجه و هم چنین شکل پذیری اندک، کاربرد زیادی در صنایع گوناگون مانند اتوموبیل سازی، دریایی و هوایی دارند. بنابراین بررسی رفتار خرابی و شکست مکانیکی این مواد یکی از مهم ترین چالش های مهندسین و محققین است. هدف اصلی این مقاله مقایسه کارایی روش اجزای-محدود توسعه یافته با روش اجزای محدود متداول در پیش بینی ایجاد و رشد ترک در یک ماده ترد می باشد. برای این منظور ابتدا با به کارگیری مدل های آسیب موجود در نرم افزار اجزای محدود آباکوس بر مبنای روش اجزای محدود متداول و توسعه یافته، پیدایش و رشد ترک در یک نمونه گرافیتی دارای شیار کلیدی شکل شبیه سازی می گردد. سپس، مقادیر زاویه ایجاد ترک و حداکثر نیروی قابل تحمل در قطعه تحت شرایط مختلف بارگذاری ترکیبی پیش بینی شده، با نتایج تجربی مقایسه و اعتبارسنجی می گردد. مقایسه نتایج عددی حاصل از شبیه سازی های روش اجزای محدود متداول و توسعه یافته با نتایج تجربی آشکار می کند که در مقایسه با روش اجزای محدود متداول، روش اجزای محدود توسعه یافته علاوه بر کاهش هزینه محاسبات و هم چنین حساسیت به اندازه المان ها در المان بندی، از دقت بالاتری برخوردار بوده و کارایی بیشتری در پیش بینی ایجاد و رشد ترک در مواد ترد دارد.
    کلیدواژگان: روش اجزای محدود متداول، روش اجزای محدود توسعه یافته، شکست نمونه با شیار کلیدی شکل، بارگذاری مود ترکیبی
  • مصطفی هادی دولابی، حسین انصاریان * صفحات 287-296
    جریان های پایا روی یک بال مثلثی با زاویه پسگرایی 60 درجه و لبه حمله تیز، در رژیم های صوتی مختلف، به روش عددی بررسی شده اند. در تحلیل عددی با استفاده از نرم افزار Fluent، از شبکه بی سازمان، روش بالادست رو مرتبه دوم، مدل آشفتگی k-ω SST، حل ضمنی و پردازش موازی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی عددی الگوی جریان نشان می دهد که گردابه لبه حمله با یا بدون حضور جدایش ثانویه روی سطح بالایی بال مثلثی تشکیل می شود. این گردابه با افزایش عدد ماخ به سطح بال نزدیک تر و تدریجا کشیده تر می گردد. در اعداد ماخ بیش از 2، لبه حمله بال مافوق صوت شده و موج انبساطی منتشرشده از لبه حمله به جریان شتاب می دهد. در این حالت، امواج ضربه ای روی بال تشکیل می شود که با گردابه برهم کنش دارند. با افزایش عدد ماخ تا محدوده ماوراءصوت، موج ضربه ای بالای گردابه اولیه از بین رفته و قدرت و اندازه گردابه بر اثر انبساط شدید جریان روی سطح بالایی بال کاهش می یابد. اثر عدد ماخ بر محل مرکز گردابه، ضریب برآ، توزیع فشار سطحی و محل انفجار گردابه بررسی شده است. افزایش عدد ماخ سبب می شود ضرایب آیرودینامیکی در محدوده مادون صوت افزایش و در محدوده مافوق صوت کاهش یابند. همچنین محل انفجار گردابه به سمت پایین دست حرکت می کند و محل هسته گردابه تا ماخ 3 به سمت بال نزدیک و در ماخ های بالاتر از آن دور می شود.
    کلیدواژگان: بال مثلثی، عدد ماخ، الگوی جریان، گردابه لبه حمله، انفجار گردابه
  • میر نریمان یوزباشی*، نادر واحدی خراجویی، علی الماسی صفحات 297-305
    عامل اصلی کاهش عمر و عملکرد اسپیندل های ماشین افزار، ناشی از سایش می باشد. برای نیل به خواص سایشی بالا، فولادهای سری 51xx مورد استفاده در اسپیندل در شرایط کربن دهی و برگشت به کار گرفته می شوند. در تحقیق حاضر، خواص به دست آمده از سه چرخه مختلف کربن دهی با هم مقایسه شده و تاثیر دمای برگشت بر خواص سایشی نمونه های کربن دهی شده مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش سایش مورد استفاده در این تحقیق، از نوع بلوک روی رینگ می باشد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی، ریزسختی سنجی و متالوگرافی جهت تجزیه و تحلیل نتایج استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد؛ نمونه کربن دهی شده در دمای 920 درجه سلسیوس به مدت 5 ساعت + نرماله شده + آستنیته شده در دمای 840 درجه سلسیوس به مدت 30 دقیقه + کوئنچ شده در روغن و نهایتا برگشت داده در دمای 100 درجه سلسیوس، بیشترین مقاومت سایشی را نشان داده است. همچنین با افزایش دمای برگشت تا 250 درجه سلسیوس، مقاومت سایشی نمونه ها نه تنها هیچ بهبودی پیدا نکرد، بلکه مقاومت سایشی نسبت به نمونه خام ضعیف تر هم شد.
    کلیدواژگان: سایش، عملیات برگشت، کربن دهی، فولاد 5115، اسپیندل
  • شهروز یوسف زاده * صفحات 307-316
    در این مقاله کمانش حرار تی ورق دایره ای مدرج تابعی دو-جهته تحت دو نوع بار گذاری حرارتی بر اساس تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی صفحات تحلیل شده و دمای بحرانی کمانش در شرایط مرزی گیردار بدست آورده شده است. معادلات تعادل و پایداری ورق دایره ای بر اساس تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی صفحات با استفاده از روش انرژی و معادلات اویلر استخراج شده و پس از آن معادلات پایدار ی با توجه به شرایط مرزی مسئله و استفاده از سری های توانی و با نوشتن برنامه کامپیوتر ی حل شده است. سپس دمای بحرانی کمانش حرارتی بر اساس تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی صفحات بدست آمده و نتایج بصورت جداول و نمودارها ارائه شده و تاثیر پارامترهای مختلف از جمله نسبتهای کسر حجمی بر دمای بحرانی بررسی و مورد مقایسه با نتایج بدست آمده از مقالات موجود قرار گرفته است که از نحوه ی حل مسئله نیز اطمینان کافی حاصل شده است. نتایج نشان می دهد که در نسبت های کسر حجمی مختلف در جهت شعاع (μ)، افزایش نسبت کسر حجمی در جهت ضخامت (n) تاثیر چندانی در دمای بحرانی کمانش ندارد. همچنین اگر نسبت کسر حجمی در جهت شعاع مثبت باشد، دمای بحرانی کمانش با افزایش این نسبت افزایش و در صورت منفی بودن کاهش می یابد. علاوه بر این، برای ورق با ضخامت ثابت، دمای بحرانی کمانش با افزایش نسبت ضخامت بر شعاع ورق (h/a) افزایش یافته و با افزایش نسبت کسر حجمی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: ورق دایره ای، کمانش حرارتی، مواد تابعی مدرج، تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی
  • سهیلا خسروجردی، آرش میرعبدله لواسانی*، مسعود وکیلی صفحات 319-323
    هدف از این مطالعه مدلسازی و پیش بینی رسانایی گرمایی نانو سیال گرافن به کمک شبکه عصبی مصنوعی چند لایه پرسپترون است. پارامترهای دمای نانوسیال، کسرحجمی و رسانایی گرمایی نانو ذره به عنوان ورودی شبکه در نظر گرفته شده است. بااطلاعات مربوط به اندازه گیری های تجربی محققین قبلی در مورد رسانایی گرمایی نانوسیال گرافن در دمای 25 تا 50 درجه سلسیوس و در کسر حجمی 005/0 تا 056/0 تست عملکرد شبکه انجام شده است. جهت بررسی میزان دقت مدل در پیش بینی رسانایی گرمایی نانوسیال، از شاخص های جذر میانگین مربعات خطا، ضریب تشخیص و درصد میانگین مطلق خطا استفاده شده است که این مقادیر به ترتیبW/mK04/0 ،99 درصد و 26/0 درصد است. نتایج حاصل از شاخص ها ، دقت و اطمینان مدل ارایه شده را در مقایسه با نتایج تجربی و مدل های تئوری را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: رسانایی گرمایی، شبکه عصبی مصنوعی، نانوسیال، گرافن
  • فهیمه سلمانی*، احسان امیری راد، محمدرضا سلیمی صفحات 325-331
    محدودیت منابع سوخت فسیلی و حفظ محیط زیست، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر را دارای اهمیت نموده است. از بین انواع منابع انرژی های نو، بیوگاز قابل استحصال از لجن تصفیه خانه های فاضلاب به دلیل دائمی بودن فاضلاب بعنوان یک منبع پایدار انرژی به شمار می روند. در این تحقیق فرآیند موتور بیوگازسوز قابل اجرا در تصفیه خانه فاضلاب شهری کاشان بررسی شده است. اجرای این سیستم می تواند باعث کاهش هزینه سوخت و نیز استفاده از انرژی های نو در تولید انرژی های الکتریکی و حرارتی قابل اعتماد برای بخشی از مصارف فرآیندی شود. برای این منظور مشخصات بیوگاز تولیدی در تصفیه خانه فاضلاب شهری کاشان به عنوان نمونه مورد بررسی قرار گرفته و پس از تشریح کامل اجزای مورد نیاز جهت نصب و احداث موتور بیوگازسوز به طراحی آن جهت تولید 466 کیلووات برق و 556 کیلووات حرارت پرداخته شده است. هزینه های نصب و سرمایه گذاری لازم برای احداث دو واحد تولید همزمان حرارت و برق با بیوگاز حدود 270000 دلار برآورد شده است که با توجه به درآمدهای حاصل از فروش برق و محصولات جانبی می توان گفت طی 4 سال تمام سرمایه گذاری انجام شده برگشت داده خواهد شد. همچنین استفاده از لجن در فن آوری تولید بیوگاز باعث کاهش تولید گازهای گلخانه ای چون متان و دی اکسید کربن می گردد.
    کلیدواژگان: بیوگاز، موتور بیوگازسوز، تصفیه خانه فاضلاب، هزینه سرمایه گذاری، گازهای گلخانه ای
  • سید ابوذر فنایی*، مرتضی رضایی صفحات 333-338
    در این مقاله به بررسی تاثیر پارامترهای هندسی بر عملکرد مبادله کن های گرمایی لوله ای پره دار می پردازیم. برای این هدف 4 نوع زائده تولید کننده گردابه مثلثی ساده، مثلثی زاویه دار، مکعبی ساده و مکعبی زاویه دار را برای افزایش میزان انتقال گرما بین سیال و سطح پره و جداره لوله در نظر گرفته و اثرات افت فشار، اصطکاکی و عملکردی آن را در نظر می گیریم. مقایسه نتایج عددی با نتایج چاپ شده تطابق قابل قبولی با حداکثر خطای 3/5 درصد بین نتایج را نشان می دهد. بیشترین افزایش عدد ناسلت و افت فشار بر حسب عدد رینولدز به ترتیب با میزان 80% و 95/2% مربوط به مدل های بدون گردابه (مدل پایه) و مدل با گردابه مکعبی زاویه دار می باشند.
    کلیدواژگان: زائده های گردابه ای، مدلسازی عددی، مبادله کن گرمایی لوله ای - پره دار
  • اسماعیل لکزیان*، نجمه دباغ زاده، فرهاد رئوف شیبانی صفحات 339-342
    در برخی از معادن مس، آهن و روی از لوله جهت انتقال باطله جامد-مایع استفاده شده است، بهینه بودن قطر لوله ها به جهت صرفه جویی در انرژی و کاهش هزینه ها حائز اهمیت می باشد. با به دست آوردن تمامی هزینه ها و حداقل کردن هزینه کل می توان قطر بهینه را به دست آورد. نمودارهای تاثیر پارامترهای مهم نظیر: چگالی جامد، اندازه ذره های جامد، درصد حجمی جامد و لزجت بر قطر لوله باطله جامد- مایع ارائه شده است. همچنین؛ قطر بهینه در معدن مس سونگون بررسی شده که نتایج این تحقیق با نمونه ساخته شده انطباق خوبی دارد.
    کلیدواژگان: قطر بهینه، پارامترهای تاثیرگذار، انتقال باطله جامد- مایع
|
  • A. Ebrahimi-Moghadam *, M. Farzaneh-Gord, M. Deymi-Dashtebayaz Pages 1-10
    In this research, the amount of natural gas leakage from a small hole located on the lateral surface of the above-ground or buried distribution gas pipe lines is estimated. The geometry was designed and meshed by GAMBIT software and then numerical calculation is carried out by FLUENT software. The working fluid was considered as compressible ideal gas. The fluid flow was assumed turbulent and soil considered as a porous zone. The results indicate that for small hole diameters, discharge speed reaches to the sound speed and at the so-called, choking occurs at exit position. Also, the volumetric flow rate of leaked gas has a linear relation with pressure of initial point and second order relation with hole diameter. In the case of buried pipes, permeation depth of gas in soil at the small diameter holes, is more than large holes but volumetric rate of leaked gas is lower. Finally, with the goal of making the results applicable for the natural gas industry, two correlations were developed for estimating the amount of leaked gas in aboveground and buried pipelines.
    Keywords: Natural gas loss, Distribution gas pipelines, Buried pipe, CFD, Fluent
  • M. B. Ehghaghi, M. Vajdi *, M. Namazizadeh Pages 11-20
    Pumps are used in reverse direction as hydraulic turbines due to their simple structure but use of a pump as a turbine changes its characteristics. In this study reverse operation of a centrifugal pump is numerically investigated so Best Efficiency Point (BEP) and performance diagrams are obtained. Splitter blades as a passive flow control were used in many turbo machineries and are suggested in this study for pumps as turbines. Governing equations including continuity and momentum equations were employed in time-averaged form due to turbulent behavior of flow. Source term of momentum equation was used to consider rotating effect of impeller such as Coriolis acceleration and centrifugal force. Proposed numerical method uses k-ω SST turbulent model with standard wall function .To simulate the flow in rotating and stationary parts of the turbo machine, Multi Reference Frame (MRF) analysis was employed along with Frozen Rotor technique. Results showed that efficiency was improved and BEP tends to occur at higher flow rates in splitter bladed impellers, which results in higher energy production. On the other hand cavitation risk is reduced by means of splitter blades.
    Keywords: Radial pump, Pump as turbine, Splitter blades, Numerical solution, Cavitation
  • R. Ahmadi Kotamjani, M. Khaki Jamei *, M. Abbasi Pages 21-29
    In many industrial applications, fluids have non-Newtonian behavior and it is essential to access appropriate analytical models to study them. The Maxwell fluid model is one of the various models, proposed for the approximation of the non-Newtonian fluid behavior, which is used to study some of the industrial applications. In this research, the analytical investigation of a Maxwell flow on flat plate subjected to magnetic field in a porous media has been studied. For this purpose, the governing non-linear partial differential equations, are transformed to the ordinary non-linear equations by similarity variable and then analytically solved by the HPM. The results of the proposed method are compared to the numerical solution and validated. According to the results, increasing the magnetic field parameter, causes the velocity distribution decrement and increment of the boundary layer thickness. The most significant effect of the magnetic field parameter is observed for the stress on the plate. By increasing magnetic field parameter, the stress distribution on the plate substantially increases. Also increasing the magnetic field parameter, increases the skin friction coefficient on the surface and the velocity distribution.
    Keywords: Maxwell fluid model, Porous medium, Boundary layer, Homotopy perturbation method, M.H.D. flow
  • M. Baghban, M. B. Ayani * Pages 31-40
    This study deals with the solution of an inverse problem in a living tissue to estimate the time-dependent heat flux. The thermal properties such as thermal conductivity, blood perfusion and metabolic heat generation are considered temperature dependent. The Pennes bioheat model is applied to simulate thermal behavior. The Sequential Function Specification Method (SFSM) and Conjugate Gradient Method (CGM) with adjoint problem are applied to obtain the unknown surface heat flux. Two examples are considered to examine the accuracy and ability of the inverse analysis. A comparison of two methods in the solution of the nonlinear inverse bioheat transfer problem is done. Results confirm the accuracy of both methods in estimating unknown surface heat flux for exact data. The effects of measurement error, initial guess and measurement location upon the precision of the estimated results are evaluated. Results demonstrate that the accuracy of conjugate gradient method is more than the sequential method .However, in both methods; the precision of the inverse solutions decrease by increasing measurement error. Results show the time-dependent surface heat flux can be obtained by any arbitrary initial guess. In addition, the conjugate gradient method is more sensitive to measurement location than the sequential method.
    Keywords: Inverse bio-heat conduction problem, Sequential function specification method, Conjugate gradient method, Variables properties, Transient surface heat flux
  • A. Bagheri, M. H. Djavareshkian * Pages 41-50
    In this research, the plunging motion of wing in unsteady incompressible and laminar flow is simulated by a numerical method based on finite volume technique and using dynamic mesh. The effects of amplitude, reduced frequency and aspect ratio on the trust generation in MAVs and Fishes Reynolds number region, are investigated. For simulating this oscillating wing, dynamic mesh with rigid body motion is applied. The simulation results are compared with published data to confirm the validity of this research. In this simulation, the effect of reduced frequency, amplitude, their simultaneous effect of them and the effect of aspect ratios investigated. These simulations are in Reynolds 3000 and some aspect ratios, reduced frequencies and amplitudes. This simulation results show that by increasing reduced frequency and amplitude, relative angle of attack increases, which increase pressure deference around the wings. Results showed that increase in reduced frequency is of more importance than the increase in the amplitude because of more acceleration. Low aspect ratio of the wing has negative effect on the production of trust force due to backflow of wing tips.
    Keywords: Plunging Motion, Dynamic Mesh, Reduced Frequency, Amplitude, Aspect Ratio Styles
  • M. Dehghan Manshadi *, M. Karbasizadeh Pages 51-60
    The present research is mainly devoted to investigate the effect of pressure ratio (ᴨ) on the Shock Wave-Boundary Layer interaction phenomena along the wall surface in internal compressible flows. The implicit Reynolds Average Navier-Stokes equations and k-ω turbulent model have been used to numerical simulation and investigation the effect of pressure ratio on location, structure of the shock train and the boundary layer specification. The obtained results show that the present numerical results are in good agreement with the experimental data. On increasing ᴨ, not only the shock train moved toward the upstream flow but also the shock structure changed from X-shape to λ. Furthermore with increasing ᴨ the displacement of shock train along the duct is increased. With decreasing ᴨ the shock train moved to the downstream so that the length of the duct isn’t enough for complete recovery pressure. The flow separation bubble is formed near the wall, when the shock was strong. The experimental results of supersonic blow down wind tunnel in Cambridge University have been used for validation.
    Keywords: Supersonic Flow, Flow Confinement, Shock Boundary Layer Interaction, Pressure Ratio, CFD
  • S. H. Pourhoseini Hesari * Pages 61-67
    In industrial natural gas burner, due to high temperature of flame, radiation is the most important mode of heat transfer and a main portion of heat must be transferred via radiation. However, the natural gas burner does not have suitable thermal efficiency, which leads to several commercial and qualitative problem. In the present study, the impact of different synchronous combustion ratio of gasoil-natural gas on flame structure and heat transfer was investigated. The structural and outward flame properties were determined by photography and processing technique. Also, a Solar Power Meter and calibrated thermopile were used to determine the luminous radiation and the total radiation of flame, respectively. Due to the important role of soot particles in flame radiation, the combination of yellow and red chemiluminescence and IR photography of flame were employed to determine the qualitative distribution of soot particles in flame. Also, the spectral radiative characteristics of soot particles were measured by BOMEM FTIR. The result indicated that synchronous combustion of gasoil droplets into natural gas create a volume flame with uniform temperature and enhance the radiation and thermal efficiency of flame. Increase in synchronous combustion from 0 to 35%, rises the average temperature of flame from 735 K to 1088 K and enhance the radiation heat transfer and thermal efficiency 1.55 and 2.35 times greater than pure natural gas, respectively.
    Keywords: Gasoil-Natural gas synchronous combustion, Thermal efficiency, Soot, Radiation
  • S. Jabbari, M. Modabberifar *, M. Ghodsi Pages 69-75
    In this paper a new method for object handling is presented. It is based on the use of an intelligent gripper to detect the object stiffness and then setting a programmable force for grasping the object motion. The main components of this system includes sensors (sensors for measuring force and displacement), electrical (electrical and electronic circuits, tactile data processing and force control system), mechanical (gripper mechanism and driving system for the gripper) and the display unit. The system uses a rotary potentiometer for measuring gripper displacement. A microcontroller using the feedback received by the load cell, mounted on the finger of the gripper, calculates the amount of stiffness, and then commands the gripper motor to apply a certain force on the object. Results of Experiments on some samples with different stiffness show that the gripper works successfully. The gripper can be used in Haptic interfaces or robotic systems for object handling.
    Keywords: Gripper, Haptic, Stiffness, Robotic
  • S. Jafarmadar *, O. Moutabi Pages 77-85
    Vortex tube or Ranque–Hilsch vortex tube is a mechanical device with a simple geometry and without any intricacy in its components, which can produce two colder and hotter streams from compressible inlet air. In this investigation, computational fluid dynamics (CFD) technique is used to study of key design parameter influence, i.e. inlet pressure on the performance of vortex tubes and energy separation phenomenon. The novelty of the present paper is the special focus on the Mach number inside vortex chamber and its changes due to the inlet pressure effect which has not been investigated in other papers yet. The governing equations have been solved by FLUENT code in 3D compressible and turbulent model using standard k-ε turbulence model. In this study on the basis of obtained results by the CFD study, different inlet pressures of vortex tube are studied. Finally in order to attain the more temperature separation in the vortex tube system, some suggestions and results is presented. This article believes that every vortex tube has an optimum pressure which is commercially optimized in heating and cooling processes. This optimum pressure was found to be 4.8 bar in the present research. The present obtained software results indicate that for cooling purpose, the cold mass fraction of about 0.3 will be recommended for higher cold temperature difference and for heating purposes in throughput of the cold mass ratio of about 0.8 is used. The obtained CFD results are validated by available experimental results. Also the inlet pressure increment reveals the increase of entropy generation and irregularity in the system.
    Keywords: Vortex Tube, Inlet Pressure, Energy Pressure, Mach Number
  • H. Hajabdollahi, M. Hasanpour * Pages 87-94
    In this paper, flat plate solar collector is modeled and verified. Then, the sensitivity analysis for three different water mass flow rate including 0.1, 0.2 and 0.3 /s are performed and the effect of tubes size, geometrical characteristics of collector, collector structure and absorber plate emissivity and cover emissivity on the thermal efficiency are investigated. The results of sensitivity analysis revealed that by increasing the water mass flow rate the collector efficiency increases. Then optimization is performed by considering collector efficiency as objective function and by selection of seven design parameters including number of tubes, tubes diameter, collector length, collector width, edge insulation thickness and bottom insulation thickness and three constraints including the rate of heat transferred to the fluid by the collector, aspect ratio and fluid temperature difference in the inlet and outlet of the collector. To obtain the optimum value of collector efficiency, Real Parameter Genetic Algorithm (RPGA) is used and the results of optimum design parameters and objective function are presented. Optimizing results show that best possible efficiency is 0.7362. Finally, optimization process is done for three different mass flow rates and results are reported.
    Keywords: Flat plate solar collector, Thermal efficiency, Sensitivity analysis, Real Parameter Genetic algorithm
  • M. Hosseini *, A. Zandi Baghche Maryam Pages 95-104
    In this article, the forced vibration analysis of viscoelastic microscale pipes conveying fluid resting on visco-Pasternak foundation under a harmonic moving load is considered. Based on the strain gradient theory and Euler-Bernoulli theory, the governing equation of motion and boundary conditions are derived using extended Hamilton principle. The viscoelastic behavior of the micropipes is modeled by using the Kelvin-Voigt linear viscoelastic theory. The displacement field in the space domain is approximated by trial functions and the equation of motion are reduced into the time domain using Galerkin method. The coupled equation system in the time domain is solved by differential quadrature element method (DQEM) and the results of numerical analysis are obtained for two different boundary conditions, namely pinned-pinned and fixed- fixed. In the present work, the effects of different parameters such as the mass ratio, diameter of micropipe, Pasternak and Winkler foundation moduli, different boundary conditions on the nondimensional deflection of viscoelastic micropipe are investigated. Also, results are in well agreement with the ones obtained in previous work.
    Keywords: Forced vibration, Microscale pipes conveying uid, Strain gradient elasticity theory, Moving loads, Differential quadrature method
  • S. Khanian, N. Rezazadeh *, A. B. Khoshnevis Pages 105-111
    In present study the effects of plasma actuation on the position of the separation point by using the different types of voltage functions including the sinusoid, square and triangular has been investigated. Also, the ability of this actuator for increasing the lift coefficient of airfoil NACA 0015 at angles of attack 0, 5.3, 11.5 and 17.5 has been studied and the best voltage function type for increasing of lift coefficient and removing or weakening the separation point has been determined. At first the pressure coefficient over the airfoil was calculated when actuation was applied and was validated by comparing with experimental data of Sosa. Then the variation of the velocity profiles and position of separation point in the three regions over the airfoil and a region behind the airfoil according to the voltage types sinusoid, square and triangular for different angles of attack have been predicted time-dependent numerically by COMSOL Multiphysics.
    Keywords: Time dependent resolution, Plasma actuator, Lift coefficient, Separation point, NACA 0015 airfoil
  • S. Esmail Razavi *, B. Abapour Pages 113-118
    In this work, the effects of a splitter plate on the hydro-thermal characteristics around a circular cylinder in a channel was studied. The two-dimensional unsteady and incompressible flow and heat transfer was investigated numerically by solving the continuity, x - and y - momentum and energy equations using finite volume methodology by FLUENT. The second order upwind scheme is used to discretize convective and diffusive terms. The resulting algebraic equations are solved by PISO algorithm. The splitter plate length varies from 0.25D to 3D and it's angular position varies from 0° to 45° with Reynolds numbers 600, 800, 1000, 1200 and 1500. With increasing the splitter plate length Drag coefficient decreased continuously and the surface Nusselt number of cylinder is decreased with adding a splitter pale with length more than 1.5D. in this manner by increasing Reynolds number, effect of adding splitter plate decreases.
    Keywords: circular cylinder, splitter plate, laminar flow, Navier-Stokes equations, heat transfer
  • R. Sajedi, M. Jafari * Pages 119-127
    This work is devoted to find an appropriate criterion for thermal judging of nanofluids. The importance of this issue arises from the possible misleading which asserts an existence of extra heat transfer for nanofluid compared to the base fluid, neglecting the hydraulic effects such as increasing the pressure drop. To clarify the issue, an experimental apparatus with ability of making fixed Reynolds number and constant pumping power was constructed and thermal behavior of silicon oxide/ water nanofluid and distilled water are investigated in the laminar and developing regions. In this regard, heat transfer coefficient inside the finned air cooled heat exchanger is evaluated. Results are provided for different inlet temperatures and different nanofluid concentrations for two criteria of fixed Reynolds number and constant pumping .According to the results, the concentration of the nanoparticles in the base fluid will have a huge impact on the amount of deflection of these two measures, so that by increasing the concentration of nanofluids, the difference between these two measures becomes greater, hence in this work due to the low concentration of nanofluids, the use of any of the criteria did not make a significant difference in the results.
    Keywords: Experimental study, nanofluid, Reynolds number, Pumping power, Heat exchanger
  • H. Salehabadi, M. Nazari *, M. H. Kayhani Pages 129-138
    In this paper, penetration of drop and liquid film in layered porous media is studied by the two phase lattice Boltzmann-Shan and Chen model. Layered porous medium is generated by locating solid obstacles randomly, such that the amount of porosity in each layer and whole domain is a fixed value, making the porous medium more homogeneous. In this study, penetration pattern of liquid drop and liquid film in porous substrate is investigated and viscous fingering and capillary fingering regimes are considered and compared. The influences of porosity and the hydrophilicity or hydrophobicity property of surface are considered, too; generally, increasing the porosity and making the surface hydrophobic cause increasing the penetration rate. Because the porous medium being layered, the effects of using layers with different porosities and having an averaged-specified value in whole domain, on improving the penetration rate are discussed. Also, it is investigated how to change the penetration pattern from the viscous fingering to the capillary fingering regime by means of hydrophilic and hydrophobic surfaces inside the porous matrix. A unique feature of this research is to provide a mechanism to change the penetration path into specified one.
    Keywords: Layered Porous Media, Hydrophilic, Hydrophobic Surfaces, Liquid film Penetration, Lattice Boltzmann Method, viscous fingering regime
  • A. Aali, N. Pourmahmood, V. Zare * Pages 139-147
    The wellhead pressure and temperature in the geothermal wells at a region are different. In this paper a new combined flash-binary cycle, considering the temperature and pressure differences of wells, for power generation from geothermal wells of Sabalan region in Iran, is proposed. Four appropriate working fluids are considered for the binary cycle and the proposed system is analyzed thermodynamically by the EES software using the real data of sabalan geothermal wells and the optimum pressure values are calculated for two flash chambers. The results show that to achieve the maximum output power, the optimum pressure for the first flash chamber is 800 kPa and for the second flash chamber is 92 kPa. Also, the results indicate that, among the considered working fluids for the binary system, R141b is the best fluid. For this working fluid the net output power of the proposed cycle is calculated as 17.11 MW. To compare the performance of the proposed cycle by cycle proposed in the previous research for geothermal sources of Sabalan by considering the well conditions as previous research, the results show that the net output power of the proposed cycle in this paper is 26.3 % higher than the corresponding value obtained for Sabalan geothermal sources in a previous research.
    Keywords: Geothermal energy, Sabalan geothermal sources, Geothermal power plant, Power generation cycle, Thermodynamic analysis
  • E. Abdollahi, F. Ashenai Ghasemi *, R. Abdullah Mirzaie Pages 149-158
    The bipolar plate is one of the most important components in a PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cell .In this paper the mechanical behavior of the composite bipolar plates are studied and compared with Department of Energy (DOE) criteria. All specimens were prepared by casting under pressure and under the hot press. Phenolic resin powder was used as matrix of composite in manufacturing of bipolar plates. To increase the flexural strength and impact strength, the carbon fibers and carbon fabrics were used as filler. electrical conductivity of the samples was analyzed by adding natural graphite powder in the composite. In for the mechanical behavior of bipolar plates, samples with different weights of phenolic resin were produced and tested. The morphology of samples was conducted using a Scanning Electron Microscope (SEM). Finally, the results showed that increasing the percentage of resin, increases the flexural strength and impact strength of composite bipolar plates however the electrically conductivity reduces compare with DOE criteria.
    Keywords: Fuel cell, bipolar plate, composite, mechanical behavior
  • J. Alinejad * Pages 159-167
    In this article, the lattice Boltzmann method combines the immersed boundary technique to simulate the behavior and deformation of red blood cells with the primary different shape. Also, the blood flow inside an artery is simulated and some phenomena such as emboly and drug delivery have been analyzed. The results show that damage to the arterial wall will cause vortex flow and blood clotting. The quality of the drug injection in the arterial branch that is very impressive. Finally, comparing the results with other results show that the simulation accuracy is acceptable.
    Keywords: Red blood cell, Lattice Boltzmann method, Immersed boundary method, Drug delivery
  • H. Ghaebi *, M. Bahadorinejad Pages 169-178
    The Aquifers are underground porous formations containing water. Confined aquifers are surrounded by impermeable layers on top and bottom, called cap rocks and bed rocks. These aquifers are suitable for seasonal thermal energy storage.A confined aquifer with a very low groundwater flow velocity was considered to meet the annual cooling and heating energy needs of a residential complex located in Tehran, Iran.Three different alternatives of aquifer thermal energy storage (ATES) were employed to meet the heating/cooling demands of the complex. These alternatives were: using ATES for cooling alone, employing flat plate solar energy collectors for heating alone and employing a heat pump for cooling and heating. For the economical evaluation of the alternatives, a life cycle cost analysis was employed. For the environmental evaluation, Ret Screen software was employed. For the three considered operational alternatives, using ATES for cooling alone had the minimum payback period time of 2.41 year and life cycle cost of $16000. In the environmental consideration of the three alternatives, coupling of ATES with heat pump for cooling and heating had the minimum of CO2 generation, corresponding to 359 tons/year.
    Keywords: Aquifer thermal energy storage, economical evaluation, environmental evaluation, solar collector, heat pump
  • M. Ghofrani *, M. H. Korayem, A. K. Hoshiar Pages 179-186
    As nanotechnology develops, atomic force microscope Nano-robots attracted the attentions as an efficient instrument in order to Nano-structures transfer and construction. Lack of possibility of simultaneously observing the Nano-particles controlled pushing operation is one of the most important limitations on this method. In present research a virtual reality environment is used for observing the operation process in order to eliminate the limitations. At first, the images obtained from the AFM Nano-robots were processed in the simulation performed and then Nano-particles dimensions were determined. Then, the particles were transferred using Nano-particles transference dynamic simulation and simulating the critical time-force diagram. The simulations developed in order to make use of the rectangular, dagger and V-shaped cantilevers. The virtual reality environment provided allowed for the modeling applicability accurate process simulation for users.
    Keywords: AFM Nano-robot, Virtual Reality Environment, Cylindrical Nano-particles
  • M. M. Ghafoorian, H. Niazmand * Pages 187-196
    In present paper, the modeling and optimizing of the combined cooling, heating and power (CCHP) system coupled with the reverse osmosis desalination are performed for a hotel. At the first step, operation strategy of two different configurations of combined cooling, heating and power system and reverse osmosis desalination is presented to provide the building demands, and the operation of these systems in comparison with traditional system will be optimized by genetic algorithm. In optimization process, multi criteria objective function (energetic, economic and environmental), called the Percent of Relative Annual Benefit (PRAB), and gas engine as prime mover (with in partial load), were used. Then, the environmental performance of these systems in comparison with traditional system is examined. Present results show that pollutant emission of CO2, CO and NOx reduce in an extensive range of nominal power of gas engine in both configurations. However, in CCHPW configuration system, by selecting 3250 kW nominal power for gas engine, a better performance is observed in relation with economic and environmental considerations, such that the highest annual benefit of 5.21×106 $/year is obtained, while the emission of CO2, CO and NOx pollutants reduces by 61%, 79% and 86%, respectively.
    Keywords: Combined cooling heating, power generation system (CCHP), Reversal osmosis desalination system (w), traditional system
  • S. M. R. Faritus, H. Homaei * Pages 197-206
    This paper develops open-loop optimal control approach for path planning of redundant manipulators with the last flexible arm and fixed base in trajectory tracking. In this method, regardless of flexibility, the space of joints answer is obtained for the rigid motion of manipulator. By proper selection of state vector, the cost function and system constraints are turned to classic form of optimization problem. By using Pontryagin’s minimum principle, the obtained equations are changed into two point boundary value problem. To verify the proposed method, simulation for three-link flexible manipulator is conducted. The results and surveys show the effectiveness of the proposed methods.
    Keywords: Redundant Manipulator, Flexible Arm, Trajectory Tracking, Optimal Control
  • B. Kazeminasab *, S. Rowshanzamir, H. Ghadamian Pages 207-214
    The performance of a proton exchange membrane fuel cell is expressed mainly by the polarization curve. Polarization curve is determined by calculating the thermodynamic potential and activation, ohmic, and concentration losses. Applying the curve fitting equations of the polarization curve, the cell output voltage can be calculated for a specific current density and for the specific operating conditions. Therefore numerous equations have been presented to predict or fit the polarization curve, due to the nonlinearity of the curve; their precision is the main challenge. Nevertheless, the comparison of these equations has been accomplished neither wholly nor in the entire range of the polarization curve. In this study, first of all, equations are categorized into analytical, semi-empirical, and empirical equations, and then their precision were compared as quantitative and qualitative by polarization curve and tools such as sum of squares due to error, coefficient of determination (r2), iterations and values of corresponding parameters, with the aid of Matlab software. The results show that among the investigated empirical equations, our equation is more precise. Akimoto’s equation and Haji’s equation were found as the best semi-empirical and analytical equation, respectively. Finally, the best equations were compared together with two sets of experimental data, our equation and Haji’s equation totally had the highest precision (r2> 0.999); therefore they were introduced as the best investigated equations.
    Keywords: Polarization curve fitting, Empirical, Semi-empirical, Analytical equations, Fuel cell
  • D. Koohbor, I. Ahmadi * Pages 215-224
    In this paper, transient impact on a composite plate is studied using the spherical nose . The governing equations of the plate based on the first shear deformation, are discretized using the Galerkin finite element method. The mass, stiffness and force matrices are obtained such that the terms of bending and shear in the matrices are considered separately, and the Gaussian integration method is used to overcome the shear locking phenomena. The model is developed so that it is capable to taking frequent loading and unloading during the impact. The governing equations of the plate and the projectile are solved in the time domain using the Nikolson and Newmark integration methods. The results are compared with the results of other researchers and the accuracy of the model is verified. According to the numerical analysis, it is observed that the present model has accurate results for thick and thin plates. The low velocity impact on a composite plate with clamped and mixed boundary conditions is studied and the time history of response of the plate such as deflection, penetration, contact force and kinetic energy are presented.
    Keywords: Galerkin finite element method, Shear locking, Low velocity impact, Laminated composite, Gaussian integration method
  • S. J. Mohammadi Baygi *, M. Mortazavi Pages 225-234
    In this paper the possibility of in-flight simulation of longitudinal and lateral dynamic of fighter aircraft by an unmanned aerial vehicle (UAV) is evaluated and the required controllers for in-flight simulation and tracking the flight profile of fighter aircraft are designed. Controllers design are based on the method of pole placement and tracking method, and the controllers are designed to adapt the UAV platform to track the longitudinal and lateral dynamic behavior of the fighter aircraft. After applying these controllers on the UAV platform, the fighter behavior is simulated and the simulation results showes that, dynamic behavior of fighter aircraft is appropriately tracked by UAV platform on a common performance envelope. To validate the results, the flight test data of the fighter aircraft is simulated by the UAV platform. Comparing the results of the flight simulation and the flight test profile, the capability of in-flight simulation of fighter aircraft by UAV platform is approved.
    Keywords: Dynamically similar model, in-flight simulation, pole placement, flight-test data
  • R. Moradi-Dastjerdi *, H. Momeni-Khabisi Pages 235-241
    In this paper, forced vibration analysis of functionally graded (FG) nanocomposite cylinders reinforced by wavy carbon nanotubes (CNTs) subjected to time depended internal pressure is investigated by a mesh-free method. In the mesh-free analysis, moving least squares (MLSs) shape functions are used for approximation of displacement field in the weak form of motion equation. The applied nanocomposite is a mixture of wavy single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) reinforced in isotropic matrix material. Material properties are estimated by a micro mechanical model and new extended rule of mixture. Micromechanics equations cannot capture the scale difference between the nano and micro levels. In order to overcome this problem, some efficiency parameters are defined. In this simulation, an axisymmetric model is used and three linear types of FG distributions of wavy CNTs and a uniform distribution are considered along the radial direction of cylinder. The results of mesh-free method and mechanical properties are verified by finite element method (FEM), experimental and theoretical results. Effects of the distribution kind, aspect ratio, waviness and volume fraction of CNT are investigated on forced vibration analysis of the FG nanocomposite cylinders. It's observed that CNT waviness and volume fraction have a significant effect on the vibrational behavior of the CNT-reinforced cylinders.
    Keywords: Nanocomposite cylinder, Wavy carbon nanotube, Functionally graded distribution, Forced vibration, Mesh-free method
  • A. Jafarian, D. Mirzaei *, M. A. Badri, A. R. Zamani Pages 243-250
    In this paper, added mass coefficients of an underwater vehicle were calculate using boundary element method. Fluid flow was solve using boundary element method on triangular meshes created by GAMBIT. For verification purposes, added mass coefficient of typical ellipsoid and sphere in various aspect ratios were considerd. The results for typical ellipsoid and sphere were compared with analytical results. As an applicable research, Suboff submarine was investigated. Added mass coefficients of Suboff submarine which was determine by boundary element method was compare with experimental results then. The results show good consistency in comparison with experimental one.
    Keywords: Added Mass, Underwater Vehicle, Boundary Element Method
  • H. Mahdav-Moghaddam*, S. Alizadeh Yaghmaei Pages 251-259
    In this paper a single swirl injector has been investigated by writing a computer code and then its results have been validated by experimental work. The process of spraying and atomization of fuel and oxidizer in double swirl injector have been simulated steady state with same experimental conditions. Then, a single swirl injector with atonal fuel has been modeled time dependent and finally a single and double swirl injectors with different fuels, including oil, crosin, liquid nitrogen, liquid hydrogen as fuel, water and oxygen as the oxidizing simulated. The goal of this simulation is to compare the droplets diameters and velocity of swirl injectors. It can be noted that the output droplet diameter of double base swirl injector is less than a single one and the velocity of double swirl injector is greater than single swirl injector.
    Keywords: Liquid fuel rocket, Swirl injector, Spray, Droplet diameter, Droplet velocity
  • A. Majidian * Pages 261-269
    Solar air heater is a special solar collector that its working fluid is air. It is used for warming of inlet air in HVAC system, solar dryer and for regeneration of desiccant wheel in solar cooling system. In this paper, a new design of air heater collector is introduced and its mathematical model for heat transfer in collector elements like collector coating, absorber,… are derived. Then by simulation of this collector in Matlab software, the best dimension of collector is determined. The results are validated by experimental data. The behavior of this kind of collector is studied in humid and warm region in north of Iran. Carrier software is used for building thermal load calculation.
    Keywords: Solar air heater, solar refrigeration, desiccant wheel
  • H. Nami, S. Jamali, F. Ranjbar *, M. Yari Pages 271-279
    A thermodynamic analysis of a novel combined cycle which is combination of methane fired gas turbine cogeneration system (CGAM) with a Kalina cycle system (KCS) is reported In order to waste heat recovery. With the aim of detect irreversibility distribution in the cycle, exergy destructions and exergy efficiencies are calculated for components. Finally, a comprehensive parametric study is performed to investigate the effects of some important parameters i.e. air compressor pressure ratio, air compressor and gas turbine isentropic efficiency, maximum pressure of Kalina cycle and ammonia concentration of working fluid on energy and exergy performance of the proposed system. The results showed that, the cycle efficiency is maximized at a particular air compressor pressure ratio and its value depends on several operating parameters of the system. Maximum energy and exergy efficiencies are determined to be 85.8% and 52.5%, respectively, for the proposed system in air compressor pressure ratio of 15.26. The maximum net output power of Kalina cycle is 940 kW which occures in 45 bar and increase of ammonia concentration leads to net output power increasing.
    Keywords: Energy, Exergy, Combined cycle, Kalina cycle, cogeneration cycle
  • A. Nasrnia, F. Haji Aboutalebi *, M. Poursina Pages 281-286
    Due to the noticeable stiffness and also very low deformability, brittle materials have vast application in the various industries such as automobile, navy, and aero. Therefore, investigation of failure behaviour and mechanical fracture of these materials is one of the most important challenges of the engineers and researchers. The main aim of this paper is to compare the performance of the extended finite element method (XFEM) with the conventional finite element method (CFEM) in prediction of crack initiation and propagation in a brittle material. For this purpose first, applying the damage models based on the CFEM and XFEM available in ABAQUS finite element software, crack onset and growth in a graphite specimen with keyhole notch is simulated. Then, values of crack initiation angle and maximum load capacity in the sample under different mixed mode loading conditions are predicted, compared with experimental results and validated. Comparison of the numerical results obtained from the CFEM and XFEM simulations with the empirical results reveals that the XFEM in addition to decreasing the computational costs and also reducing sensitivity to the element size in the mesh has higher accuracy and more performance in prediction of crack initiation and propagation in the brittle materials, compared with the CFEM.
    Keywords: Conventional Finite Elements Method (CFEM), Extended Finite Element Method (XFEM), Fracture of Keyhole Notch Specimen, Mixed Mode Loading
  • M. Hadidoolabi, H. Ansarian* Pages 287-296
    Steady flows over a 60º delta wing with sharp leading edge are numerically studied at different sound regimes. In the numerical analysis using the Fluent software, an unstructured grid, Roe’s upwind scheme, k-ω SST turbulence model, implicit solution and parallel processing are utilized. Visualization results obtained by numerical simulations show that a leading edge vortex is formed on the upper side of the wing with or without the presence of the secondary separation which gradually expands and becomes closer to the wing surface with increasing Mach number. At Mach numbers higher than 2, the leading edge becomes supersonic and the expansion wave emanating from the leading edge accelerates the flow. At this condition, shock waves are formed on the wing which interact with the vortices. With increasing Mach number up to the hypersonic region, the shock waves above the primary vortex disappear and the vortex size and strength are decreased due to the severe expansion of the flow over the lee-surface of the wing. The effect of Mach number on the vortex core position, lift coefficient, surface pressure distribution, and vortex breakdown location is investigated. Increasing Mach number causes that aerodynamic coefficients increase in subsonic range and decrease in supersonic range. Also, vortex breakdown location moves downstream, and vortex core location gets closer to the wing surface until M = 3 and gets far from it at higher Mach numbers.
    Keywords: Delta Wing, Mach Number, Flow Pattern, Leading-Edge Vortex, Vortex Breakdown
  • M. N. Yoozbashi *, N. Vahedi, A. Almasi Pages 297-305
    Wear is the main cause of reduced life expectancy and performance of spindle used in machine tools. To achieve high wear properties, the AISI 51XX series steel used as a spindle be applied in the carburized and tempered condition. In the current work, obtained properties from three different cycles of carburizing were compared with each other and the influence of tempering temperature on wear resistance of carburized samples were surveyed. The used wear test type was block on ring. Also, scanning electron microscopy, microhardness and metallography have been used for further investigation. The results show that; samples carburized at 920 °C for 5 hours, then normalized, next austenitized at 840 °C for 30 in, afterward quenched in oil and finally tempered at 100 °C has a good wear resistance compared with the other samples. Also, with increasing of tempering temperature to 250 °C, not only wear resistance of samples has not been improved, but also abrasion resistance, has been worsened rather to the raw samples.
    Keywords: Wear, Tempering treatment, Carburizing, 5115 Steel, Spindle
  • Sh. Yousefzadeh * Pages 307-316
    In this research, the critical buckling temperatures of a 2-Directional FGM circular plate under the two types of temperature rise are calculated based on first order shear deformation plate theory (FSDT) in the cases of clamped support edge. The equilibrium and stability equations for 2-Directional FGM circular plate are derived according to FSDT and using the energy method and Euler equations and then the stability equations are solved by series method and computer programming and the critical buckling temperatures are derived. At the end, the results are illustrated by tables and graphs and the effect of various parameters such as the volume fraction indexes on the critical buckling temperatures are studied and compared with results of some other articles. The results show that for different values of volume fraction indexes in r-direction (µ), the volume fraction index in z-direction (n) has a little effect on the critical buckling temperatures. Also when µ is positive, the critical buckling temperatures are decreased by increasing µ but when µ is negative, vice versa. Also, for FGM thickness constant, critical buckling temperature is increased by increasing the aspect ratio (h/a), while decreased by increasing volume fraction exponent.
    Keywords: Circular Plate, Thermal Buckling, Functionally Graded Materials, First-Order Shear Deformation Theory
  • S. Khosrojerdi, A. Mirabdolah Lavasani *, M. Vakili Pages 319-323
    The purpose of this study is to model and predict the thermal conductivity of graphenenano fluid through the artificial neural network of multilayer perceptron. Nano Fluid temperature, volumetric fractions and thermal conductivity of nanoparticles are considered as network inputs. According to the experimental data of previous experiments on thermal conductivity of graphene nanoparticles at the temperature of 25 to 50 ° C and the volume fraction of 0.055-0.066, the network performance tests were performed.In order to evaluate the accuracy of the model in predicting the thermal conductivity of the nanofluid, the root mean square error indices, detection coefficient and absolute error percentage are used. These values are0.04 W/ mK, 99% and 0.26% , respectively.The results of the indicators show the accuracy and reliability of the proposed model in comparison with experimental results and theoretical models.
    Keywords: thermal conductivity, artificial neural network, nanofluids, grapheme
  • F. Salmani *, E. Amirirad, M. R. Salimi Pages 325-331
    Limitation of fossil fuel resources together with commitment to conservation of environments have caused the views to be focused on the use of renewable energy resources. Biogas is produced by the anaerobic decomposition of organic matter in WWTPs (wastewater treatment plants) and is considered to be a sustainable energy resource due to permanency of wastewater flow. This research focuses the process of biogas fuel engine implemented in Kashan WWTPs. This system can reduce the fuel consumption rate and use renewable energies in production of heat and electrical power reliable a part of processing consumption of WWTPs. Specifications of biogas production in Kashan WWTPs is taken as sample and the necessary elements for installation and construction of biogas fuel engine are described and then two cogeneration units are designed for producing 466 kW electricity and 556 kW heat.. Costs of installations and total capital investment required for this power plant is calculated about 270,000$, which can be returned in 4 years through sales of electricity and other by-products. Also using wastewater for producing biogas reduces greenhouse emission such as methane and carbon dioxide.
    Keywords: Biogas, Biogas engine, Wastewater treatment, Total capital costs, Greenhouse
  • S. A. Fanaee *, M. Rezaei Pages 333-338
    In this paper, the effect of geometric parameters on the performance of tubes - finned heat exchanger is investigated. For this purpose, four triangular vortex generating process such as simple and angled types of triangle and square appendages are considered to increase the rate of heat transfer between the fluid and the fin and tube walls. Furthermore, the effects of these appendages on heat exchanger pressure, friction and its performance are demonstrated. The comparisons between numerical data with the published results show an accurate agreement with an error up to 5.3%. The maximum increasing the Nusselt number and pressure loss versus Reynolds number is concerned to base model and angled cubic appendages respectively with values of 80% and 2.95%.
    Keywords: appendages vortex, numerical model, tube-finned heat exchanger
  • E. Lakzian *, N. Dabaghzade, F. Raouf Sheibani Pages 339-342
    In some copper, iron and zinc mines, the pipelines are used to transport the solid-liquid mixtures. In this case, the pipeline diameter is important in order to reduce energy consumption and costs. Therefore, the optimal diameter must be determined to minimize the sum of the aforementioned costs. Therefore, diagrams of the influence of significant parameters for slurry solid-liquid pipe diameter e.g. density of solid, size of solid particles, volumetric fraction of solid and dynamic viscosity have been represented. So, the optimal diameter of Sungun copper mine has been investigated, and the results are in good agreement with those obtained from the manufactured model.
    Keywords: Optimal diameter, effective parameters, transportation of solid-liquid mixtures