فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال هشتم شماره 1 (بهار 1397)
  • سال هشتم شماره 1 (بهار 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/04/20
  • تعداد عناوین: 20
|
  • پوریا اولیا زاده، انوشیروان فرشیدیانفر * صفحات 1-11
    در این مقاله دو روش آزمایشگاهی تماسی و غیرتماسی برای تحریک ارتعاشی یک ورق مستطیلی نازک با شرایط مرزی گیردار در هر چهار لبه آن، به کار رفته است. در روش تماسی از یک چکش مودال برای اعمال ضربه به سطح ورق استفاده شده و در روش غیرتماسی سه بلندگو برای فرستادن سیگنال نویز سفید و تحریک ورق به کار رفته است. بلندگوها سه محدوده فرکانسی پایین، متوسط و بالا را پوشش می دادند. موقعیت های مختلفی برای اتصال شتاب سنج بر روی ورق پیشنهاد شده است تا بهترین موقعیتی که بتواند بیشترین فرکانس های طبیعی را اندازه گیری کند، مشخص شود. مقایسه دو روش تحریک نشان می دهد که روش غیرتماسی در فرکانس های متوسط و بالا کارآیی بهتری دارد درحالی که روش تماسی در فرکانس های پایین عملکرد بهتری دارد. یک روش تحلیلی-تقریبی بر اساس روش رایلی-ریتز نیز برای محاسبه فرکانس های طبیعی ورق مستطیلی نازک به صورت تئوری ارائه شده و فرکانس های طبیعی بدست آمده به دو روش آزمایشگاهی با نتایج تئوری مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: روش تماسی، روش غیرتماسی، ورق مستطیلی نازک، فرکانس طبیعی
  • پوریا چاوش نژاد، موسی آیتی، مجید بنی اسدی *، عزیز عباسپور، مریم مزرعه ئی فراهانی، علیرضا حیردی روچی صفحات 13-21
    اصلاح بدشکلی استخوان فمور، با استفاده از دو فیکسچر داخلی و خارجی انجام می شود. مزیت استفاده از فیکسچر خارجی دوار، آسیب رسانی کمتر به بافت نرم، هم راستایی بهتر و افزایش کرنش در مقطع برش، که باعث تسریع در ترمیم استخوان می شود، است. این مقاله به مطالعه تنش های ایجادشده در استخوان در زمان به کارگیری قاب فضایی تیلور که یک ساختار مدور خارجی با دو حلقه و شش اتصال دهنده تنظیم شونده است، پرداخته است. مدل سازی استخوان فمور با استفاده از نرم افزار Mimics و تحلیل استاتیکی المان محدود توسط نرم اقزار ABAQUS انجام شد. شرایط بارگذاری به صورت یک فرد ایستاده و خواص استخوان به صورت همگن و همسانگرد در دو فاز متراکم و اسفنجی، در نظر گرفته شد. جهت صحت سنجی نتایج تحلیل، آزمایش تجربی انجام، و کرنش های حاصل مقایسه شد. در تمامی نیرو ها، تنش های بیشینه ایجادشده در استخوان، در نقاط اتصال پین ها و هاف پین ها به استخوان رخ داده است. همچنین، بیشینه تنش ایجادشده در استخوان با اعمال نیروی N350، در محل اتصال پین ها از مقدار معادل آن در هاف پین ها بیشتر است به طوری که مقادیر آن به ترتیب برابر MPa130 وMPa 86 محاسبه شد. این مسئله بیانگر این نکته است که جایگزینی هاف پین بجای پین در جراحی سبب کاهش تنش های وارد بر استخوان می شود.
    کلیدواژگان: استخوان فمور، قاب فضایی تیلور، آنالیز تنش، بیومکانیک استخوان، بدشکلی استخوان
  • مهدی غمامی *، مسعود شریعت پناهی، مهدی مندعلی صفحات 23-33
    رشد روزافزون صنعت حمل و نقل ریلی در جهان باعث افزایش توجه محققان و مهندسان برای ایجاد تکامل، ایمنی و سرعت بیشتر در این صنعت شده است. به طوری که باید اذعان داشت که راه آهن در صنعت حمل و نقل از نظر هزینه ایمنی و کیفیت حمل کالا و مسافر، حرف اول را می زند. بررسی فرکانس طبیعی اجزا مختلف سیستم و عدم انطباق آنها بر یکدیگر به منظور جلوگیری از پدیده تشدید از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این تحقیق سازه بدنه لکوموتیو مورد نظر تحت تحلیل مودال و استاتیکی قرار گرفته است. ابتدا مدل اجزا محدود بدنه براساس نقشه های ساخت و مشخصات فنی شرکت سازنده لکوموتیو ایجاد گردیده و سپس توسط نتایج بدست آمده از شرکت طراح لکوموتیو صحه گذاری می گردد. با توجه به معیارهای مختلفی که براساس استانداردهای صنعت ریلی باید در طراحی بدنه لکوموتیو در نظر گرفته شود، مساله فوق در قالب یک مسئله بهینه سازی ارائه می شود که با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی نسبت به حل آن اقدام گردیده است. تحلیل استحکام بدنه لکوموتیو برای اطمینان از دارا بودن حداقل استانداردهای طراحی و شناسایی نقاط بحرانی به منظور بهینه سازی، یکی از مهمترین مراحل در طراحی لکوموتیو می باشد. پاسخ پیشنهاد شده توسط الگوریتم بهینه سازی بر مدل اجزا محدود اعمال شده است و نتایج حاکی از موفقیت الگوریتم های جستجوی تصادفی و فرضیات در نظر گرفته شده در بهینه سازی سازه بدنه لکوموتیو است.
    کلیدواژگان: لکوموتیو، تحلیل مودال، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم مجموعه ذرات، تحلیل استاتیکی
  • رضا پاک نژاد، فرامرز آشنای قاسمی *، کرامت ملک زاده فرد صفحات 35-49
    در این پژوهش، اثر شرایط مرزی دلخواه روی یک ورق چندلایه کامپوزیتی که تحت بار ضربه ای با جرم بزرگ و سرعت پایین قرار گرفته، بررسی شده است. هنگامی ضربه زننده جرم بزرگ تعریف می شود که نسبت جرم آن به جرم هدف بزرگتر از 2 باشد. به این منظور، تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی به عنوان میدان جابجایی ورق در نظر گرفته شده است. سپس با استفاده از روش تحلیلی بر پایه چند جمله ای های جبری مناسب و تابع وزنی گالرکین، معادلات حرکت برای چند نوع شرط مرزی مختلف حل شده است. همچنین، رفتار متقابل بین ضربه زننده و ورق مرکب به کمک یک سیستم دو درجه آزادی جرم- فنر مدلسازی شده است. نتایج نشان داد که شرایط مرزی اختیار شده روی فرکانس طبیعی ورق چندلایه کامپوزیتی موثر است. این تاثیرات در نیروی تماسی و جابه جایی ورق برای تکیه گاه های گیردار نسبت به ساده و آزاد قابل ملاحظه است. پارامترهایی مانند شرایط مرزی مختلف، جرم و سرعت ضربه زننده در یک مقدار انرژی جنبشی ثابت و شعاع ضربه زننده از عوامل مهم و تاثیرگذار در بررسی پدیده ضربه و طراحی سازه ها می باشد.
    کلیدواژگان: ضربه، ورق مرکب، شرایط مرزی اختیاری، روش گالرکین، مدل جرم، فنر
  • سیدامیر حسینی سبزواری *، الهه امیری صفحات 51-57
    مطابق اعلام سازمان بهداشت جهانی، افتادن های ناگهانی دومین عامل در آسیب های تصادفی منجر به مرگ شناخته می شود. در این مقاله هدف بررسی پارامترهای موثر در تعادل انسان به منظور جلوگیری از افتادن می باشد. برای این منظور آزمایش های متعددی جهت بررسی شدت تاثیر این پارامترها در تعادل به هنگام ایستادن و راه رفتن پیشنهاد و انجام شده است. در این راستا یک بانک داده به وسیله ی نتایج حاصل از این آزمایش ها ایجاد شده است. بانک داده ی فوق حاوی اطلاعات و نتایج آزمایش های انجام شده بر روی 30 دانشجو هنگام ایستادن و راه رفتن و تحت تاثیر پارامترهای مختلف می باشد. در الگوی پیشنهادی تاثیر پارامترهای بینایی، مایع گوش و قدرت عضلات در دو حالت ایستادن و راه رفتن به صورت مجزا مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه به منظور بررسی تعادل به هنگام استفاده از تلفن همراه به عنوان یکی از پرتکرارترین رویدادهای روزمره، آزمایش هایی طراحی و انجام شد. یافته های گزارش شده از این پژوهش میزان تاثیر پذیر تعادل انسان از پارامترهای مختلف را نشان می دهد. همچنین مطابق نتایج آزمایش های انجام شده، مردان تعادل استاتیکی بهتری نسبت به زنان برخوردار هستند اما حفظ تعادل زنان در مقایسه با مردان به هنگام استفاده از تلفن همراه در حین حرکت بهتر می باشد.
    کلیدواژگان: افتادن ناگهانی، تعادل انسان، راه رفتن، تلفن همراه
  • ساسان فولادپنجه، علی دادرسی *، عبدالرضا علوی قره باغ صفحات 59-70
    در این مقاله، یک مطالعه ی تجربی و عددی بر استحکام فشاری، انرژی و تغییر طول کامپوزیت های تقویت شده با گرافن اکساید و نانوذرات هیدروکسی آپاتیت انجام شده است. گرافن اکساید تا 5/0 درصد وزنی و نانوذرات هیدروکسی تا 7 درصد وزنی مورد استفاده قرار گرفته و درصدهای وزنی از طریق طراحی آزمایش و با روش کامپوزیت مرکزی بدست آمده اند. درصد وزنی پرکننده ها به عنوان پارامترهای ورودی جهت مدلسازی نتایج توسط روش سطح پاسخ و شبکه عصبی مصنوعی در نظر گرفته شده اند. نتایج تجربی نشان می دهد افزایش محتوای نانوذرات باعث افزایش استحکام فشاری شده است. همچنین نتایج مدلسازی نشان می دهد میانگین خطای بدست آمده از روش شبکه عصبی مصنوعی دارای کمترین میانگین خطا بوده است. بهینه سازی به روش الگوریتم ژنتیک صورت گرفته و نتایج نشان می دهد مقدار بهینه ی استحکام فشاری در 7 درصد وزنی از نانوذرات هیدروکسی آپاتیت و 289/0 درصد وزنی از گرافن اکساید حاصل می شود که مقدار آن برابر 95/23 مگاپاسکال می باشد. مقدار بهینه ی انرژی معادل J 3/33 گزارش شده که در عدم حضور نانوذرات هیدروکسی آپاتیت و 239/0 درصد وزنی گرافن اکساید بدست آمده است. همچنین مقدار بهینه ی تغییر طول در 224/0 درصد وزنی گرافن اکساید و عدم حضور هیدروکسی آپاتیت گزارش شده که معادل 98/23 درصد می باشد.
    کلیدواژگان: استحکام فشاری، شبکه عصبی مصنوعی، هیدروکسی آپاتیت، گرافن اکساید، الگوریتم ژنتیک
  • محمد صدیقی *، بهزاد قنبری، امیر حسین جباری مستحسن صفحات 71-81
    عایق های حرارتی چندلایه از قرارگیری لایه های متوالی مواد عایق متخلخل و سپرهای تشعشعی در کنار یکدیگر ایجاد شده و در دماهای بالا و نیز شرایط برودتی مورد استفاده قرار می گیرند. در این نوع عایق ها، انتقال حرارت می تواند به سه حالت هدایتی، جابجایی و تشعشعی وجود داشته باشد. اما زمانی که چگالی مواد عایق متخلخل بیش تر از kg/m^3 20 باشد، انتقال حرارت جابجایی قابل چشم پوشی است. در این مقاله خواص مربوط به سپرهای تشعشعی از جمله ضخامت، ضریب صدور، تعداد و فاصله ی سپرهای تشعشعی مورد بررسی و بهینه سازی قرار گرفته است. جهت بررسی تاثیر خواص مذکور بر ضریب هدایت حرارتی موثر عایق چندلایه، از کد نرم افزاری نوشته شده استفاده گشته و نتایج با دیگر پژوهش های انجام گرفته در این زمینه مقایسه شده است. همچنین بهینه سازی پارامترها با استفاده از روش پاول انجام پذیرفته است. نتایج نشان دهنده آن است که مقدار ضریب صدور سپرهای تشعشی و نیز نحوه چیدمان آنها تاثیر بسزایی در مقدار ضریب هدایت حرارتی موثر عایق چندلایه دارد. همچنین در رابطه با فواصل بهینه سازی شده بین سپرهای تشعشعی، مشاهده گردید که با فاصله گرفتن از ناحیه گرم عایق (در جهت انتقال حرارت)، فاصله ی بهینه بین سپرها نیز بیش تر می شود.
    کلیدواژگان: عایق حرارتی چندلایه، سپر تشعشعی، عایق متخلخل، بهینه سازی
  • فرزاد بازدیدی تهرانی *، ودود امدادی حور، سعید مقدم صفحات 83-97
    هدف از مقاله حاضر، تحلیل انتقال حرارت ترکیبی (تشعشع گرمایی-جابجایی مختلط) آشفته در یک کانال سه بعدی قائم تحت شرایطی که خواص سیال با تغییرات دما تغییر می کند است. جریان سیال در عدد رینولدز برابر با 6200 بر مبنای عرض کانال و عدد گراشف برابر با 107 بر مبنای عرض کانال و اختلاف دمای دیواره گرم و سرد، با سرعت و دمای یکنواخت وارد این کانال می شود. دیواره سمت راست گرم بوده و جریان سیال در نزدیکی آن دارای اثرات شناوری هم سو و دیواره سمت چپ سرد بوده و جریان سیال در نزدیکی آن دارای شناوری ناهم سو می باشد. خواص ترموفیزیکی سیال مانند ویسکوزیته و ضریب هدایت حرارتی بر مبنای قانون توانی با دما تغییر می یابد. چگالی سیال نیز بر مبنای قانون گاز کامل تغییر می کند. نتایج نشان می دهد که در حضور تشعشع گرمایی، به دلیل کاهش اثرات شناوری، پروفیل های دما مسطح تر می شود. هم چنین، تشعشع گرمایی باعث افزایش انتقال گرما در هر دو سمت هم سو و ناهم سو می گردد و گرادیان سرعت در سمت هم سو کاهش و در سمت ناهم سو افزایش می یابد. علاوه بر آن، فرض خواص متغیر با دما باعث کاهش گرادیان های سرعت و دما در ناحیه هم سو و افزایش آنها در ناحیه ناهم سو می شود.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت ترکیبی، جریان آشفته، کانال قائم، خواص متغیر با دما، روش جهات مجزا
  • عزیز عظیمی *، احسان دانشگر صفحات 99-109
    شبیه سازی توزیع انتشار آلودگی در فضاهای داخل، معمولا با استفاده از روش های بسیار زمان بر و پرهزینه دینامیک سیالات محاسباتی ‏انجام می گردد. در مقاله حاضر به منظور دست یابی به روشی با دقت مناسب و سرعت بالا، جهت شبیه سازی سه بعدی انتشار آلودگی بر ‏اثر وجود منبع آلودگی گازی در اتاق، روش ناحیه ای نسخه فشار توسعه داده شده است. به منظور نشان دادن قابلیت روش توسعه داده ‏شده، دو مساله انتشار آلودگی مورد بررسی قرار گرفته شده است. در مساله اول که برای اعتبارسنجی نتایج این تحقیق می باشد، ‏شبیه سازی انتشار آلودگی به واسطه ورود هوای آلوده به یک اتاق با ابعاد 5/2×4×3 متر از طریق دریچه تهویه مطبوع تعبیه شده روی دیوار ‏و نزدیک به سقف انجام شده و نتایج آن با داده های آزمایشگاهی و نتایج حل عددی معادلات ناویراستوکس مقایسه شده است. نتایج نشان ‏می دهند که درصد خطای متوسط حل ناحیه ای نسبت به داده های تجربی برابر با 8/26 و نسبت به حل عددی معادلات ناویراستوکس ‏برابر با 10 است. در ادامه، با در نظر گرفتن دو نوع منبع آلودگی گازی ثابت و لحظه ای در یک اتاق با ابعاد 3×4×3 متر، توزیع آلودگی در ‏محیط داخل مورد بررسی قرار گرفته است. با مشاهده نتایج حاصل از این تحقیق، می توان نتیجه گرفت که این روش، نتایج قابل قبولی را ‏در زمان بسیار کمتری نسبت به روش های آزمایشگاهی و حل عددی معادلات ناویراستوکس به دست می دهد. در نتیجه این روش می تواند ‏در بررسی مسائل زیست محیطی زمان بر، کارآمد باشد.‏
    کلیدواژگان: روش ناحیه ای هوا، نسخه فشار، انتشار آلودگی، منبع آلودگی گازی
  • احمدرضا رحمتی *، محمد نعمتی صفحات 111-126
    در کار حاضر، برای اولین بار، انتقال حرارت جابجایی ترکیبی نانوسیال درون محفظه K شکل در حضور میدان مغناطیسی با استفاده از روش شبکه بولتزمن شبیه سازی شده است. دیواره های سمت راست و چپ محفظه در دمای ثابت سرد قرار دارند. دیواره افقی پایینی محفظه در دمای ثابت گرم است. دما روی دیواره افقی بالایی محفظه بصورت خطی تغییر می کند. در شبیه سازی صورت گرفته میدان جریان و دما با حل همزمان توابع توزیع جریان و دما محاسبه شده است. تاثیر پارامترهای مختلفی چون عدد رینولدز (200-50)، عدد هارتمن (60-0)، نسبت ابعاد محفظه (1-4/0) و کسر حجمی نانوذرات (05/0-0) بر روی انتقال حرارت جابجایی ترکیبی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد با ثابت ماندن تمامی پارامترها، افزایش نسبت ابعاد محفظه و عدد رینولدز سبب افزایش انتقال حرارت می شود. بعلاوه در یک عدد رینولدز و نسبت ابعاد ثابت، افزایش عدد هارتمن باعث کاهش سرعت جریان درون محفظه و انتقال حرارت می شود. همچنین تغییر کسر حجمی نانوسیال بر روی انتقال حرارت تاثیرگذار بود.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، جابجایی ترکیبی، نانوسیال، میدان مغناطیسی، محفظه K شکل
  • حمید جعفری *، حمید پرهیزکار، رضا آقایی طوق، امیر مردانی صفحات 127-133
    در سالهای اخیر، بهینه سازی پارامترهای عملکرد در توربوماشینها یکی از مهمترین موضوعات است که مورد توجه پژوهشگران و محققان صنعتی قرار گرفته است. تاکنون الگوریتمها و روش های مختلفی برای بهینه سازی آیرودینامیکی پره ها استفاده شده است؛ با این حال پیدایش ابزارهای جدید افقهای جدیدی در این زمینه گشوده است.
    پژوهش حاضر، مدلسازی سه بعدی جریان آشفته حول پره های روتور یک توربین و بهینه سازی آئرودینامیکی هندسه پره ها است. جریان حول پره ها با استفاده از روش AUSM+ و آشفتگی جریان حول پره ها با به کارگیری روش SST k-ω مدل شده است. عملیات بهینه سازی با استفاده از روش گرادیانی الحاقی انجام شده است. این الگوریتم در پژوهشهای گذشته، به صورت کدهای بهینه سازی برای هندسه های دو بعدی مورد استفاده قرار گرفته است و در این پژوهش برای اولین بار از این روش برای بهینه-سازی پره یک توربوماشین به صورت سه بعدی استفاده شده است.
    برای اعتبارسنجی کار، بازده آیزنتروپیک کل به کل روتور (86/73 درصد) در کنار برخی دیگر از پارامترها، انطباق خوبی در مقایسه با مقادیر تجربی نشان میدهد. همچنین این پارامتر به عنوان تابع هدف مسئله بهینه سازی نیز تعریف شده است. با استفاده از بهینه سازی با الگوریتم الحاقی بازده آیزنتروپیک پره در حدود 18/0 درصد بهینه گردیده است که با استناد به کار دیگران و با درنظر گرفتن شرایط مدلسازی و نیز نتایج بهینه سازی با تابع هدف راندمان آیرودینامیکی، نشان از یک فرآیند بهینه سازی قابل قبول برای این روتور است.
    کلیدواژگان: پره توربین، روش بهینه سازی الحاقی، بازده آیزنتروپیک
  • سید علیرضا ذوالفقاری *، حسن حسن زاده، محمد رئیسی، مرتضی طاهری صفحات 135-146
    بهبود شرایط آسایش حرارتی در وسایل نقلیه، بخصوص در وسایل نقلیه عمومی به دلیل محدودیت های طراحی در جانمایی دریچه ها، جمعیت زیاد و یکسان نبودن شرایط برای تمامی افراد، همواره با چالش های زیادی روبرو است. در این تحقیق تاثیر هم‏پوشانی عدم تقارن حرارتی و وزشی بر ایجاد شرایط حرارتی یکنواخت کلی و موضعی برای مسافران اتوبوس توسط مدل 65 نقطه ای آسایش حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، دمای هوای ورودی چنان تنظیم شده که بتواند شاخص میانگین رای افراد را در محدوده مجاز نگه دارد. همچنین، برای حل معادلات جریان و انرژی از حلگر ایرپک و برای معادلات آسایش حرارتی موضعی از کد نویسی عددی استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که تحت شرایط عدم تقارن حرارتی، لازم است تا از یک الگوی توزیع جریان غیرمتقارن به منظور تامین احساس حرارتی یکنواخت تر برای مسافران استفاده شود. در این صورت دمای هوا در ناحیه سر افراد در حدود °C 22 است که در مقایسه با الگوی جریان متقارن در حدود °C 2 کم‏تر است. نتایج مدل 65 نقطه ای نشان می دهد که استفاده از یک الگوی توزیع غیرمتقارن در اتوبوسی با شرایط حرارتی غیرمتقارن و سیستم تهویه اختلاطی عملکرد مطلوب-تری دارد و دمای سطح پوست در این حالت به حالت خنثی نزدیک تر است.
    کلیدواژگان: اتوبوس، عدم تقارن حرارتی، تهویه اختلاطی، آسایش حرارتی موضعی، مدل آسایش 65 نقطه ای
  • ایرج جعفری گاوزن *، امیر محمد جدیدی صفحات 147-156
    برای بررسی رفتارهای حدی پدیده جریان کاویتاسیون حول استوانه مدور در تونل کاویتاسیون سرعت بالا، استوانه هایی با قطرهای مختلف از جنس استیل ساخته شده اند که قطر آنها 10، 15 و 20 میلی متر می باشد. با تعبیه دو سوراخ راه بدر محوری و شعاعی و نصب فشارسنج، فشار پشت مدل به ازاء اعداد مختلف کاویتاسیون اندازه گیری می شود. قبل از ایجاد حالت شفاف نقره ای در پشت مدل، نوسان فشار پشت مدل شدید بوده و بعد از ظاهر شدن حالت مذکور، شدت نوسان کاهش یافته و طول حباب بشدت افزایش می یابد. نوسان طول بصورت نامنظم و تصادفی اتفاق می افتد. فشار حدی کمینه برای تمامی مدلها تقریبا یکسان و برابر 13500 نیوتن بر مترمربع می باشد و همچنین با افزایش فشار اولیه، مقدار فشار حدی تقریبا ثابت است. وقتی طول حباب کاویتاسیون کوتاه است، نشر گردابه ها بر اساس الگوی ون- کارمن بصورت منظم رخ می دهد. در حالت سوپرکاویتاسیون صدای انهدام برای استوانه با قطر 20 میلی متر بسیار شدیدتر از مدل 10 میلی متر است. با کاهش قطر مدل، عدد کاویتاسیون کمینه بشدت کاهش می یابد. عدد کاویتاسیون کمینه، بترتیب برای مدل 10 و 20 میلی متری برابر با 0.125 و 0.49 می باشد. نتایج حاکی از آنست که اختلاف عدد کاویتاسیون کمینه میان محاسبات تئوری و آزمایشگاهی تقریبا 14% می باشد.
    کلیدواژگان: تونل کاویتاسیون سرعت بالا، رژیم ابری، استوانه، رفتار حدی، اندازه گیری آزمایشگاهی
  • مصطفی ورمزیار *، مهدی میراعلم، محمدرضا حبیبی، مصطفی دهقانی مبارکه، آرش محمدی صفحات 157-169
    در این مطالعه به بررسی اثر تغییرات خواص فیزیکی سیال از جمله لزجت سینماتیکی و ضریب پخش حرارتی بر روی ناپایداری اولیه جریان جابجایی آزاد رایلی بنارد به صورت نیمه تحلیلی پرداخته شده است. بر این اساس معادلات حاکم بر لحظه شروع جابجایی آزاد با استفاده از پارامترهای اغتشاش دما و اغتشاش سرعت و با حل پایه هدایت خالص محاسبه گردیده است. با کمک تئوری پایداری خطی و شرط پایداری در فضای موج گونه، می توان کمینه مقدار رایلی را به عنوان رایلی بحرانی در دستگاه معادلات مقدار ویژه مذکور تعریف نمود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد تابع عدد موج بحرانی نسبت به پارامترهای موثر در تغییر خواص، یک تابع زوج بوده و رفتار کاملا متقارن نسبت به مقادیر قرینه از خود نشان می دهد. هم چنین وابستگی دامنه و فرکانس نوسان اغتشاشات دما و سرعت بر اساس پارامترهای موثر در تغییرات خواص مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج تحلیل گردید. می توان گفت رفتار رایلی بحرانی نسبت به تغییرات ضریب پخش حرارتی و لزجت سینماتیکی کاملا معکوس است و لذا اثر همزمان آنها در حل معادلات منجر به کاهش بازه نوسان رایلی بحرانی خواهد شد.
    کلیدواژگان: تئوری پایداری خطی، تغییرات خواص فیزیکی، جریان جابجایی آزاد، رایلی بحرانی
  • علیرضا پورموید *، رضا رحمتی، محسن غلامی صفحات 171-182
    در این تحقیق، مدل حجم سیال برای شبیه سازی جریان دو فازی بخار- مایع درون یک آب شیرین کن خورشیدی شیب دار یک طرفه به کار گرفته شد. این مدل توانایی ردیابی فصل مشترک بین فازهای مایع و بخار را هنگام تغییر فاز دارا می باشد. به منظور ارزیابی دقت مدل ارائه شده، نتایج حل عددی بدست آمده توسط این مدل با نتایج تجربی و نتایج عددی مدل دیگر شبیه سازی آب شیرین کن خورشیدی (مدل هوای مرطوب) مقایسه شده اند. نتایج نشان داد که مدل حجم سیال ارائه شده، نتایج دقیق تر و نزدیک تر به نتایج تجربی را نسبت به مدل پیشین شبیه سازی آب شیرین کن خورشیدی (هوای مرطوب) ارائه می کند. پس از شبیه سازی، پتانسیل استفاده از اسفنج به عنوان یک ماده متخلخل ارزان برای افزایش تولید آب مقطر درون آب شیرین کن خورشیدی بررسی شد. اسفنج سطح موثر بیشتری برای تبخیر و جذب تشعشع درون آب شیرین کن فراهم می کند. همچنین این ماده دارای خاصیت فتیله ای بوده و آب را به سطح خود جهت تبخیر منتقل می کند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که میزان تولید آب مقطر توسط آب شیرین کن خورشیدی حدود 10 درصد با به کارگیری اسفنج با نفوذپذیری 6/0 افزایش می یابد. همچنین مشاهده شد که میزان تولید آب مقطر با کاهش نفوذپذیری لایه متخلخل برای نفوذپذیری های بیشتر از 6/0 افزایش می یابد درحالی که میزان تولید آب مقطر با کاهش نفوذپذیری لایه متخلخل برای نفوذپذیری های کمتر از 6/0 کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: آب شیرین کن خورشیدی شیب دار یک طرفه، مدل حجم سیال، اسفنج، بهره وری
  • بهمن قاسمی، حسین مرعشی، عبدالمجید خوشنود *، مانی فتحعلی صفحات 183-202
    در این پژوهش اثرات تلاطم مایع درون یک مخزن حمل شونده توسط وسیله نقلیه همزمان با عملکرد دینامیکی وسیله نقلیه بررسی شده اند. بدین منظور حلگر غیرخطی سه بعدی دینامیک سیال با حلگر دینامیک وسیله نقلیه با سه درجه آزادی در یک فضای شبیه سازی همکار تحت مدیریت یک نرم افزار واسط جهت شبیه سازی تلاطم سیال درون مخزن حمل شونده با وسیله مورد استفاده قرار گرفته است. به جهت اعمال اثرات حرکت شتاب دار مخزن از روش نیروهای وزنی استفاده شد. بنابراین اصلاحاتی به سبب استفاده از روش نیروهای وزنی جهت اعمال اثرات حرکت شتاب دار مخزن بر معادلات ناویر-استوکس اعمال شده اند. روش مذکور در شبیه سازی مخازن دو بعدی که با شتاب در راستای افق حرکت می کنند مورد استفاده قرار گرفت که نتایج با نتایج تجربی پیشین در مقالات مقایسه و اعتبارسنجی شده اند. در مورد اول، مخزن در پایان مسیر حرکت شتاب دار با یک مانع برخورد کرد که سطح آب در دیواره سمت چپی آن با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد که مطابقت خوبی نشان داد. در شبیه سازی مخزن دوم نیز حرکت شتاب دار متناوب یک مخزن دو بعدی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج فشار روی دیواره با مقادیر اندازه گیری شده مقایسه شدند که مطابقت خوبی نشان داد. علاوه بر این حرکت وسیله نقلیه حامل مخزن همزمان با دینامیک سیال درون آن حین عبور از دست اندازهایی متقارن به جهت ارزیابی اثر تلاطم سیال درون مخزن بر دینامیک وسیله نقلیه و عملکرد آن در تحریک عمودی شبیه سازی شد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی چند موضوعی، شبیه سازی همکار، تلاطم سیال، روش حجم محدود، دینامیک سامانه چندجسمی
  • امیرحسین عباس زاده راد، بهمن وحیدی * صفحات 203-213
    مژک اولیه اندامکی است که تقریبا در تمامی سلول های بدن مهره داران وجود دارد. این اندامک که مانند شاخک از سطح سلول بیرون زده است به عنوان حسگر سلول شناخته می شود که می تواند تحریکات مکانیکی و شیمیایی وارد بر سلول را حس کند. در اثر عبور جریان سیال از سطح سلول، مژک اولیه خم می شود و غشای اطرافش تحت کرنش قرار می گیرد. در اثر این کرنش کانال های یونی موجود در غشا فعال می شوند و می توانند یون های کلسیم را از خود عبور دهند. به این ترتیب مژک اولیه می تواند تحریک مکانیکی را به پیام یونی تبدیل کند و باعث شود که سلول به نحوی جریان سیال اطراف خود را حس کند. در تحقیق پیش رو مدلی جدید برای مژک ارائه شده است که هم چرخش و هم خمش آن را تحت اثر جریان سیال ممکن می سازد. در این مدل سه بعدی، مژک توسط یک لایه ی نازک الاستیک که یک نوع شرط مرزی است به سلول متصل شده است. دامنه ی مژک با ماده الاستیک خطی مدل شده و از روش اجزا محدود در کنار تکنیک های برهم کنش سیال و سازه به منظور حل معادلات کاملا جفت شده ی حاکم بر دامنه ها استفاده شده است . بیشینه ی تنش به دست آمده در پایه ی مژک بسته به سختی لایه ی الاستیک بین 10 تا 50 کیلو پاسکال متغیر است. به کارگیری این شرط مرزی خاص باعث انتقال محل رخ دادن تنش و کرنش بیشینه از نواحی داخلی پایه ی مژک به کناره های آن می شود. به همین دلیل این مدل می تواند حساسیت پاسخ مژک اولیه به تحریکات مکانیکی را بهتر توجیه کند.
    کلیدواژگان: مژک اولیه، لایه ی نازک الاستیک، حس تحریکات مکانیکی، برهم کنش سیال و سازه
  • جواد امینی فروشانی، محمد گندم کار * صفحات 215-228
    در این مقاله نحوه استخراج برخی از ضرایب هیدرودینامیک یک رونده زیرسطحی با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی، ارائه شده و نتایج با نتایج تجربی مدل هندسی دارپا سابوف موجود در مراجع مقایسه شده است. این تحقیق روش کاربردی در استخراج ضرایب در مسائل صنعتی ارائه نموده که بدون نیاز به تولید شبکه مجدد برای هر مانور دینامیکی انجام شده و در بازه زمانی منطقی قابل اجرا باشد. در این روش با استفاده از شبیه سازی برخی مانورهای دینامیک استاندارد، مانند مانور یاو خالص و سوای خالص، تعدادی از ضرایب هیدرودینامیک شامل ضرایب خطی Y_v ، Y_v ، N_v ، N_v ̇و ضرایب Y_r ، Y_r ، N_r، N_r ̇در صفحه یاو قابل استخراج هستند. با تغییر صفحه مانور از یاو به پیچ، هشت ضریب دیگر نیز قابل استحصال خواهد بود. اطلاعات لازم جهت انجام تحلیل عددی، هندسه، مرکز جرم وسیله و سرعت کاری آن است. تحلیل عددی مطابق با شرایط ذکر شده برای تست تجربی مدل سابوف در مراجع، انجام گرفته و نمودارهای نیرو و ممان به صورت تابعی از زمان ارائه شده اند. با به کار بردن معادلات دینامیکی حرکت متناظر با نقاط خاص شامل نقاط صفر شدن سرعت و یا شتاب جانبی وسیله، ضرایب هیدرودینامیک مربوط به هندسه مورد نظر استخراج می گردد. نتایج بدست آمده از روش عددی با نتایج حاصل از تست تجربی ، مقایسه شده و نشان داده شده است که از این روش برای استخراج ضرایب هیدرودینامیک با دقت مناسبی می توان بهره برد و تطابق خوبی بین نتایج تحلیلی و تجربی دیده می شود.
    کلیدواژگان: رونده زیرسطحی، ضرایب هیدرودینامیک، مانورهای دینامیکی، دینامیک سیالات محاسباتی
  • رحیم شمس الدینی *، روح الله قدسی صفحات 229-240
    در این مقاله پدیده سوپرکاویتاسیون بر روی سطوح زیر سطحی در حالت تزریق گاز بررسی می گردد. پدیده کاویتاسیون، یکی از پیچیده ترین مسائل در دینامیک سیالات است، که تاکنون توسط محققان بسیاری مورد بررسی قرار گرفته است. به دلیل ماهیت پدیده کاویتاسیون، در بعضی از موارد وجود آن مشکل ساز است، که باید از بوجود آمدن آن پیشگیری کرد. ولی در بعضی از موارد وجود آن مفید است که محققان سعی بر تولید، توسعه و کنترل آن دارند. در این مطالعه وجود پدیده کاویتاسیون به عنوان یک عامل موثر و مثبت در نظر گرفته می شود که به دلیل کاربرد و حساسیت آن باید کنترل دقیقی برروی آن داشت. برای افزایش دقت محاسبات، مدل جریان مغشوش RSM به عنوان مدل جریان آشفته مناسب برای بررسی جریان در تحلیل پدیده کاویتاسیون انتخاب گردید. بخش عمده این مقاله به بررسی مسئله تزریق گاز در مدل های زیرسطحی برای تقویت ابرکاواک به منظور کاهش نیروی پسا در سیستم مربوط می شود. از آنجا که تحلیل های مربوط به اجسام زیر سطحی در اندازه های دقیق، بسیار زمانبر و پر هزینه است لذا در این مقاله مقایسه عدد بدون بعد نسبت طول ابر کاواک به طول جسم در دو مدل مشابه و متناسب اما با اندازه های متفاوت انجام پذیرفت. نتایج نشان می دهد که تزریق بخار آب باعث کاهش نیروی مقاوم نخواهد شد در حالی که تزریق هوا باعث می شود که اطراف زیر سطحی لایه نازکی از هوا قرار گیرد که باعث کاهش نیروی مقاوم سیال می شود.
    کلیدواژگان: ابر کاواک، کاویتاسیون، تزریق گاز، زیر سطحی
  • فردین روزبهانی *، کاظم هجرانفر صفحات 241-252
    در مطالعه حاضر، شبیه سازی عددی جریان سطح آزاد و اندرکنش موج-اجسام شناور با استفاده از یک روش هیدرودینامیک ذرات هموار کاملا تراکم ناپذیر بر پایه ایده تراکم پذیری مصنوعی انجام شده است. معادلات حاکم دوبعدی در فرمولاسیون متغیرهای اولیه، با استفاده از روش تراکم پذیری مصنوعی کورین در چهارچوب مرجع لاگرانژی بیان شده تا یک الگوریتم هیدرودینامیک ذرات هموار مناسب برای حل جریان های تراکم ناپذیر ارائه شود. از یک شیوه ضمنی دوزمانه برای انتگرال گیری در زمان با قابلیت حل مسائل گذرا استفاده شده است. برخلاف روش کلاسیک تراکم پذیر جزئی ، روش فوق با مشکلات تقریب های شرایط تراکم ناپذیری که باعث ایجاد محدودیت در گام زمانی و نوسانات نادرست در میدان جریان می شود، مواجه نیست. برخلاف الگوریتم تصویرسازی هیدرودینامیک ذرات هموار ، روش فوق نیازی به حل با تکرار معادله پواسون فشار ندارد و میدان فشار به صورت محلی از حل معادلات حاکم محاسبه می شود. دقت روش فوق با حل یک مساله نمونه دوبعدی جریان تراکم ناپذیر در مخزن هیدرواستاتیک نشان داده شده است. در ادامه، اثر متقابل امواج و شناورها در جریان سطح آزاد شبیه سازی شده و نتایج حاصل با نتایج آزمایشگاهی و عددی موجود مقایسه شده اند. این مطالعه نشان می دهد که روش هیدرودینامیک ذرات هموار بر پایه تراکم پذیری مصنوعی به کار گرفته شده برای حل مسائل جریان تراکم ناپذیر سطح آزاد و اندرکنش موج-اجسام شناور از دقت و انعطاف پذیری خوبی برخوردار است.
    کلیدواژگان: روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)، جریان تراکم ناپذیر، روش تراکم پذیری مصنوعی، شیوه ضمنی دوزمانی، اندرکنش موج، اجسام شناور
|
  • P. Oliazadeh, A. Farshidianfar * Pages 1-11
    In this paper, two excitation methods, namely contact and non-contact methods were used to excite a thin rectangular plate with clampled boundary conditions at all four edges. A modal hammer was used to apply an impact on the surface of the plate in the contact method while for the non-contact method, three loudspeakers were utilized to excite the plate by emitting a white noise signal. The loudspeakers covered low, medium and high ranges of frequency. Different positions for excitation point were suggested in order to find the best position in which the accelerometer is more capable of measuring the vibration of plate surface at natural frequencies. By comparing two types of excitation, the non-contact method was discovered to have advantages over contact method in medium and high frequency ranges and the contact method had better performance in low frequency range. An approximate analytical method based on Rayleigh-Ritz method was also studied in order to compare and validate the experimental results in predicting natural frequencies of a thin rectangular plate.
    Keywords: Contact method, Non-contact method, Thin rectangular plate, Natural frequency
  • P. Chavoshnejad, M. Ayati, M. Baniassadi *, A. Abbaspour, M. Mazraeh Ei Farahani, A. Heidary Rouchi Pages 13-21
    Correction of femur deformity can be accomplished using both external and internal fixtures. The advantages of using circular external fixture include less soft tissue injury, better bone alignment and enhanced strain on cutting section, which causes less healing time. This paper focuses on experimental and Finite Element Analysis (FEA) study of circular external fixture, including two rings and six adjustable struts, with six degrees of freedom (Taylor Spatial Frame (TSF)). Femur 3d model was created using Mimics® software while FEA was accomplished using ABAQUS® software. The FEA was based on the assumptions, that the bone is loaded equal to a standing person load. The femur model was assumed to be isotropic and homogeneous in both cortical and spongy phases. FEA results were verified by corresponding strain measured in experimental tests. Based on these results, the maximum value of stress occurs in the location of pins and half-pins. Moreover, the maximum stress in the connection location of pins is higher than those of half-pins. Results show that substitution of half-pins with pins, in the points with maximum stress, causes reduction of stress and thus the pain is reduced.
    Keywords: Femur, Taylor Spatial Frame (TSF), Stress analysis, Bone Biomechanics, Femur deformity
  • M. Ghamami *, M. Shariat Panahi, M. Mondali Pages 23-33
    In today's design, the system complexity and increasing demand for safer, more efficient and less costly has created new challenges in science and engineering. Locomotives is product that is designed according to customer order and technical needs of most customers, targets of companies based designer and manufacturer of locomotives always be on the path of progress, and seeks to offer products with higher technology than other competitors.
    In each engineering and design problem, optimization can be applied. The objective of the op-timization is to choose the best plan among acceptable plans. Body structures quality based primarily on indicators such as natural frequency, displacement, fatigue life and the maximum stress occurring in the body takes place. Natural frequency of the various components of the system and adapt them to each other in order to avoid the phenomenon of resonance is impor-tant.In this study, body structures locomotive ER 24 has been studied. A combination of particle swarm algorithm (PSO) and artificial neural networks is proposed to find the optimal weight of structures subject to multiple natural frequency constraints. Optimization of locomotive's structure has been done with an emphasis on maintaining locomotive abilities in Static and dynamic field. The results indicate that the use of optimization techniques in the design process is powerful and effective tool for identifying and improving the main dynamic characteristics of structures and also op-timizing performance in stress, noise & vibration field.
  • R. Paknejad, F. Ashenai Ghasemi *, K. Malekzadeh Fard Pages 35-49
    In this research, the effects of arbitrary boundary conditions on a laminated composite plate response subjected to large mass and low-velocity impact has been studied. When the impactor is defined large-mass, its mass ratio to the target mass is greater than 2. For this purpose, the first-order shear deformation theory was considered as the displacement field of the composite laminated plate. Then, using the analytic method based on suitable algebraic polynomials and the Galerkin function, the motion equations for several types of different boundary conditions was solved. Also in this work, the interaction between the impactor and the composite laminated plate were modeled using a two degrees-of-freedom system, consisting of springs-masses. The results indicate that the arbitrary boundary conditions are effective on the natural frequency of the composite plate. These effects are remarkable on contact forces and displacements of the composite plate for clamped to simply support and free boundary conditions. Some of parameters like arbitrary boundary conditions, mass and velocity of the impactor in a constant impact energy level and radius of impactor are important factors affecting the impact process and the design of structures.
    Keywords: Impact, Composite Plate, Arbitrary Boundary Conditions, Galerkin's Method, Springs-Masses Model
  • S. A. Hoseini Sabzevari *, E. Amiri Pages 51-57
    Sudden falls are known as the second cause of accidental injury deaths by the world health organization. In this paper effective parameters caused in human balance are analyzed in order to prevent fall. As experimental examples, effect of the parameters on human balance during standing and gaiting were investigated. For this purpose, a database is gathered. These information were recorded while 30 student balances were affected by the parameters changing in both standing and gaiting situation. In the specified pattern, the effect of vision, vestibular system and muscle strength were studied in both standing and gaiting, individually. Furthermore, in order to study the human balance while using a cell phone in gaiting, several experiments were extended. The results show the influence of the parameters on human balance. Although, men had better balance rather than women while standing but women were shown beter balanve while using a cell phone in gaiting.
    Keywords: Sudden Fall, Human Balance, Gaiting, Cell Phone
  • S. Fooladpanjeh, A. Dadrasi *, A. Alavi Gharebagh Pages 59-70
    In this article, an experimental and numerical study on compression strength, energy and elongation at break of epoxy based nanocomposites reinforced by graphene oxide and hydroxyapatite has been done. Graphene oxide and hydroxyapatite were used up to 0.5 & 7 wt.%, respectively. Filler's weight fractions that used as design parameters have been achieved by design of experiment through central composite design method. Weight fractions of fillers have been considered as input parameters for modeling by RSM, ANN & regression tree method. Experimental results show the addition of nanoparticles increase compression strength. Also, modeling results show that average error of ANN has the lowest average error. Optimization has been done by genetic algorithm method and the results show that the optimum value of compression strength was 23.95 Mpa in 7 wt.% of HA and 0.289 wt.% of GO. The optimum value of energy has been reported 33.3 J in 0.239 wt.% GO and in absence of HA nanoparticles. Also, the optimum value of elongation at break is in 0.224 wt.% GO and absence of HA that is equal to 23.98 percent.
    Keywords: Compression strength, Artificial Neural Network, Hydroxyapatite, Graphene oxide, Genetic algorithm
  • M. Sedighi *, B. Ghanbari Oranj, A. H. Jabbari Mostahsan Pages 71-81
    Multi-layer thermal insulations are fabricated by locating consequtive porous insulation and radition shields, which could be used at high temperature and cryogenic applications. In this type of insulations, different heat transfer methods such as conduction, convection and radiation would be occurred, although by using high density insulation (more than 20 kg/m^3 ), convection could be neglected. In this paper, radiation shiels parameters such as thickness, emissivity, distance and number of screens are studied and optimized. For investigating the effect of these parameters on effective thermal conductivity of multi-layer thermal insulation, a mathematical code has been improved in EES software. Then, the obtained results have been validated by another study. Moreover, Powell method has been applied in order to optimize the parameters. The results show that the amount of shield emssivity and shields arrangement have the most impact on the effective thermal conductivity of multi-layer thermal insulations. Also, the optimized distances between radiation shields indicate that this distance increased in the direction of heat transfer.
    Keywords: Multi-Layer Thermal Insulation, Radiation Shield, Porous Insulation, Optimization
  • F. Bazdidi-Tehrani *, V. Emdadi Hor, S. Moghaddam Pages 83-97
    The aim of the present paper is to analyse the effect of thermal radiation on turbulent mixed convection in a vertical duct with variable thermos-physical properties. The Reynolds number based on duct width is 6200 and the Grashof number based on duct width and hot to cold wall temperature difference is 107. The right wall is the hot wall and buoyancy effect in its vicinity is aiding where the left wall is cold and buoyancy effect in its vicinity is opposing. Changes of dynamic viscosity and thermal conductivity of the medium follow the power law. Density is based on the perfect gas equation of state. Results show that with the presence of thermal radiation, due to the reduction in bouyancy effects, temperature profiles become more flattened. Also, radiation causes an increase in heat transfer on both the aiding and opposing sides whereby the velocity gradient reduces on the aiding side and increases on opposing side. Also, the assumption of variable properties results in a reduction of the velocity and temperature gradients on the aiding side and an augmentation on the opposing side.
    Keywords: Combined Heat Transfer, Turbulent Flow, Vertical Duct, Variable Thermophysical properties, Discrete Ordinates Method
  • A. Azimi *, E. Daneshgar Pages 99-109
    Simulating the distribution of emissions in indoor spaces is usually done using very time-consuming and costly ýcomputational fluid dynamics methods. In this paper, in order to achieve a suitable accuracy and high-speed method for ýsimulating three-dimensional emission propagation in a room due to a gaseous pollution source, a pressure version of the ýzonal method has been developed. To demonstrate the capabilities of this developing method, two problems of the air ýemission within a room have been investigated. At the first problem, for validating the results of this research, the emission ýsimulation through contaminated air into a room with dimension of 3×4×2.5 m via an air-conditioning gate mounted on the ýwall near the ceiling is done and the results have been compared with the experimental data and the results of the numerical ýsolution of Navier-Stocks Equations. According to this comparison, the percentage of average error between the present ýresults and the experimental data is 26.8 and also the percentage of average error between the present results and the results ýof numerical solution is 10. After that, considering both constant and instantaneous gaseous pollution sources in a room with ýdimensions of 3×4×3 m, pollution distributions in the room have been evaluated. According to the results of this research, ýthis zonal method can obtain acceptable results in far less time than those of the experimental and computational fluid ýdynamics methods. Therefore, this method can be efficient for considering time-consuming environmental problems.ý
    Keywords: Air Zonal Method, Pressure Version, Contaminant Distribution, Gaseous Contaminant Source
  • A. R. Rahmati *, M. Nemati Pages 111-126
    In the present work, for the first time, mixed convection heat transfer of nanofluid in a uniform magnetic field inside a lid-driven K-shaped cavity is simulated via lattice Boltzmann method. Both left and right walls are maintained at constant cold temperature. The bottom -horizontal wall is maintained at constant hot temperature. Temperature on the top-horizontal wall is varied linearly. The flow and temperature field is calculated by solving flow and temperature distribution functions. The effects of different parameters such as Reynolds number (50-200), Hartman number (0-60), aspect ratio of the K-shaped cavity (0.4-1), nanoparticle volume fraction (0-0.05) on mixed convective heat transfer are investigated. The obtained result show that for a fixed Hartman number, increase in aspect ratio and Reynolds number causes increase in heat transfer. Also in a fixed Reynolds number and aspect ratio, increasing of Hartman number decreases velocity of flow and heat transfer. In addition, changing solid volume fraction can affect heat transfer directly.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Mixed Convection, Nanofluid, Magnetic Field, K-shaped Enclosure
  • H. Jafari *, H. Parhizkar, R. Aghaei Tog, R. Mardani Pages 127-133
    In recent years, optimization of Turbomachinery performance parameters is one of the most important topics for researchers and industrial scholars. The aerodynamic optimization of blades has been done by variety of algorithms and methods until now; however new tools have better suggestions in this field.
    This paper reports a 3D numerical analysis and geometrical optimization of fully turbulent flow around a turbine's rotor blades. Numerical analysis is done using the AUSM scheme and SST k –ω turbulence model. An Ad-joint Algorithm gradient method is used in geometrical aerodynamic optimization of blades. This algorithm has been used previously for 2D models as build-in codes and for 3D models is done for the first time in this research.
    The total to total isentropic efficiency as objective function and other performance parameters have a good agreement with the experimental measurements in validation process. Through the optimization process, the objective function is improved by 0.18, which in comparison with other's reported works is a good progress in performance improvement.
    Keywords: Turbine blade, Adjoint optimization method, Isentropic efficiency
  • A.R. Zolfaghari *, H. Hassanzadeh, M. Raeesi, M. Taheri Pages 135-146
    Improving thermal comfort in vehicles, especially in public transport due to design constraints in locating inlet diffusers, overpopulation and difference condition for passengers, is always faced with many challenges. In this paper, the effect of thermal asymmetry on the sensation of passenger inside a bus with overhead mixing ventilation system in three different air distribution patterns is studied by using the 65-nodes thermal comfort model. Moreover, the inlet air temperature has been set at the value which can maintain the passengers’ predicted mean votes within the allowable range. Also, the Airpak solver has been utilized for solving the flow and energy equations; and a numerical code has been developed for solving the local thermal comfort equations. The results show that under thermal asymmetry conditions, it is necessary to use an asymmetric air distribution in order to provide more uniform thermal sensation for the passengers. In this case, air temperature of the head segment is about 22℃ which is less about 2℃ in symmetric flow pattern. The results of 65-nodes model show that using an asymmetrical distribution pattern in the mixing ventilation system improving its performance and under the mentioned conditions, the skin temperature is closer to neutral skin temperature.
    Keywords: Bus, Thermal asymmetry, Mixing ventilation, Local thermal comfort, 65-nodes comfort model
  • Iraj Jafari Gavzan *, A. M. Jadidi Pages 147-156
    To investigate the limit behaviors of cavitation flow around a circular cylinder at a high speed cavitation tunnel, stainless steel models with different diameters, including 10 mm, 15 mm and 20 mm were made and tested in a supercavitation tunnel.Two holes designed in a way that the radial hole is connected to the axial one to measure the back pressure at various cavitation numbers. Before appearing clear silver regime at the model back pressure fluctuating is violent and after becoming visible stable clear silver regime the fluctuating pressure will be reduced and the length of attached bubble will be increased strongly. In this case, the longitudinal oscillation occurs randomly. The minimum back pressure for all models is the same and is equal to 13500 Pa. When the cavitation length is small, shedding vortices occur regularly, based on von-karmen pattern. In supercavitation regime, the collapse noise of bubble for 20 mm model is very stronger than 10 mm model. The ultimate cavitation number (chocking regime), will be reduced by decreasing the model diameter. The minimum cavitation number for 10 and 20 mm models are 0.125 and 0.49 respectively. The results show that the difference in ultimate cavitation number between experimental and theory methods are approximately 14%.
  • M. Varmazyar *, M. Miralam, M.R. Habibi, M. Dehghani Mobarake, A. Mohammadi Pages 157-169
    In this research, the effects of variation of physical transport coefficient of fluid, such as kinematic viscosity and thermal diffusivity coefficient, on the primary instability of natural convection has been investigated. Accordingly, the governing equations are calculated for the onset of free convective flow by using the perturbation theory on the variation of temperature and velocity. Using the theory of linear stability and the wave function, it can be defined the minimum Rayleigh number as critical Rayleigh number in assumed eigenvalue problem. It is assumed that the flow variables, such as the thermal diffusivity coefficient and kinematic viscosity, change exponentially relative to the location. The simulation results show that the critical-wave number function is a even function. Also, the dependence of the amplitude and frequency of oscillation of temperature and velocity disturbances on effective parameters on properties changes was evaluated and the results were analyzed. It can be said that critical Rayleigh number behavior is completely inverse in relation to the thermal emission and kinematic viscosity coefficients, and therefore their simultaneous effect in solving the equations will lead to a decrease in the critical interval of the oscillation.
    Keywords: Linear Stability Theory, Variation of Physical Coefficient, Free Convection, Critical Rayleigh Number
  • A.R. Pourmoayed *, R. Rahmati, M. Golami Pages 171-182
    In this research, the volume of fluid (VOF) model is used to simulate the vapor-liquid two-phase flow in a single slope solar still. This model has an ability to track the interface between liquid and vapor phases during the phase change. To benchmark the accuracy of VOF model, the numerical results are compared with the experimental data and the results of previous model for simulating solar still (moist air model). It was found that the volume of fluid model predicts the experimental data with more accuracy in comparison with the moist air model. After simulation, the effect of using a sponge layer as the cheap porous material on productivity of the solar still is investigated. Sponge layer provides more effective area for evaporation and solar radiation absorption inside the solar still. Moreover, this material has wick property and transfers the water to evaporation surface. The results showed that the productivity of the solar still enhances about 10% by using a sponge layer with porosity of 0.6. Moreover, it is observed that the productivity increases with decreasing the porosity of sponge layer for porosities higher than 0.6, while the productivity decreases with decreasing the porosity of sponge layer for porosities less than 0.6.
    Keywords: Single slope solar still, Volume of fluid model, Sponge, Productivity
  • B. Ghasemi, M. H. Marashi, Abdol M. Khoshnood *, M. Fathali Pages 183-202
    In the current study impacts of fluid sloshing on the dynamic performance of a partially filled tank vehicle have been investigated. A nonlinear and three-dimensional solver of fluid flow equations were coupled with dynamic equations of a three degrees of freedom moving tank vehicle through an intermediate software to simulate the fluid sloshing behavior inside the tank and the vehicle dynamic performance influenced by liquid sloshing. The fluid sloshing solver is based on corrected Navier-Stokes equations which are included some additional terms owed to taking tank vehicles motions into account. In the present work we used “body weighted method” to consider the effects of accelerating motions of the tank on fluid’s elements. The mentioned method was used to simulate the partially filled container during accelerating horizontal motion which crashed an obstacle after a while from the start point. Computed results were compared to experimental results from literatures to valid the proposed method. The water level evolution on the left wall of the container compared to the experimental one showed a good agreement. Moreover, the two-dimensional rectangular container subjected to periodic external excitation was considered. The pressure history on the tank wall was compared to the measured impact pressure to figure out the ability of the scheme to capture the flow properties to anticipate the exerted forces on the walls. One is observed that there is a good agreement between the computed and measured results. Furthermore, the coupled tank vehicle-fluid simulation has been done during vertical excitations through passing symmetric bumps.
    Keywords: Multidisciplinary simulation (MDS), Coupled simulation, Fluid sloshing, Volume of fluid method, Multi-body dynamics
  • A.H. Abbasszadeh Rad, B. Vahidi * Pages 203-213
    The primary cilium is an organelle which occurs singly on nearly every cell in the vertebrate body. This organelle which extends out of the cell surface like an antenna is known as cell sensor which is able to sense mechanical and chemical stimuli applied to the cell. Upon flow of fluid over the cell surface, primary cilium bends and the surrounding membrane experiences strain resulting in activation of ion channels and transfer of calcium ions. Thus, primary cilium is able to transduce mechanical stimuli to ion signals and to make the cell somehow sense the surrounding fluid flow. In this study a novel model which accommodates for both pivoting and bending of cilium in response to the fluid flow was presented. In this 3D model primary cilium is attached to the cell using a thin elastic layer which is a kind of boundary condition. The domain of the cilium is modeled with linear elastic material and finite element method was used along with fluid-structure interaction teqniques to solve the fully coupled governing equations. The maximum stress obtained at the base of the cilium is between 10 to 50 kPa depending on the stiffness of the elastic layer. Results show that application of this boundary condition causes the maximum stress and strain to move from the inner parts of the ciliary base to the lateral parts of it. That is why this model is able to better explain the sensitivity of response of the primary cilium to mechanical stimuli.
    Keywords: Primary Cilium, Thin Elastic Layer, Mechanosensation, Fluid-Structure Interaction
  • J. Amini Foroushani, M. Gandomkar * Pages 215-228
    This article describes how to extract some hydrodynamic coefficients of an underwater vehicle using computational fluid dynamics, and has been implemented on DARPA Suboff geometric model. In this article, a procedure has been provided to efficiently extract hydrodynamic coefficients, without using mesh regeneration for each maneuver. In this method by using simulation of some standard dynamic maneuvers, such as pure yaw and pure sway, a number of hydrodynamic coefficients have been obtained such as Y_v , Y_v , N_v , N_v and Y_r , Y_r , N_r, N_r . The parameters, required for numerical analysis, are geometry, center of mass and velocity of underwater vehicle. Using numerical analysis, hydrodynamic forces and moments have been ploted as functions of time. Hydrodynamic coefficients in relevant to the desired geometry is derived by investigation on the equations of motion in sinusoidal maneuver at specific points such as zero lateral velocity or zero acceleration points. The results of the present procedure have been compared with the experimental results that reported in the literature and a good agreement between analytical and experimental results has been observed.
    Keywords: Underwater Vehicle, Hydrodynamic Coefficients, Dynamic Maneuvers, Computational fluid dynamics
  • R. Shamsoddini *, S.R. Ghodsi Pages 229-240
    In the present study, the super cavitation phenomenon with gas injection is investigated. The cavitation phenomena is one of the most complex problems of fluid dynamic. Cavitation usually creates problems in the some application and should be prevented. However, it is useful for some application. One of the advantages of the cavitation is drag reduction on the surface of underwater vehicles. However, it should be controlled. In the present study, the super cavitation phenomena is modeled and investigated using the RSM turbulence method. The main aim of the present study is to investigate the gas injection for stabilization this phenomena for drag reduction. Whereas the investigation on the exact dimension is a time consuming process, a scaled model was used for numerical modeling. The results shows that vapor injection don’t reduce the drag forces. However, the air injection by creation a thin layer of flow around the under vehicle reduces considerably the drag force.
    Keywords: Super cavitation, RSM model, Gas injection, Under water vehicle
  • F. Rouzbahani *, K. Hejranfar Pages 241-252
    In the present study, the numerical simulation of free-surface flow and wave-floating bodies interaction is performed by a truly incompressible smoothed particle hydrodynamics based on the artificial compressibility method (ACISPH). The two-dimensional governing equations in the primitive variables formulation using Chorin's artificial compressibility method are written in the Lagrangian reference frame to provide an appropriate incompressible SPH algorithm for computing the incompressible flows. An implicit dual-time stepping scheme is used for the time integration to be capable of time accurate analysis of unsteady flows. Unlike the weakly compressible SPH (WCSPH) method, the ACISPH method does not involve any approximate enforcement of the incompressibility condition that usually implies time step restrictions and spurious oscillations in the flow field. Unlike the projection SPH algorithm, the ACISPH method does not involve an iterative solution of the pressure Poisson equation and the pressure field is efficiently computed locally through the solution of the governing equations. The accuracy of the ACISPH method is demonstrated by solving the incompressible flow in a 2-D Hydrostatics tank. Then, the wave-floating bodies interaction is simulated and the results obtained are compared with the available experimental and numerical results. The study shows that the artificial compressibility-based ISPH (ACISPH) method applied is accurate and robust for simulating the wave-floating bodies’ interaction.
    Keywords: Smoothed particle hydrodynamics (SPH), Incompressible flow, Artificial compressibility approach, Dual-time stepping scheme, wave-floating bodies interaction