فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - سال چهل و هشتم شماره 1 (پیاپی 82، بهار 1397)

مجله مهندسی مکانیک
سال چهل و هشتم شماره 1 (پیاپی 82، بهار 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/03/31
  • تعداد عناوین: 40
|
  • امیر ابراهیمی مقدم *، سید مجید هاشمیان، امین ابراهیمی مقدم صفحات 1-7
    نیاز به انرژی در زندگی کنونی به سرعت در حال افزایش است و این در حالیست که منابع انرژی محدود می باشند. در این مقاله با استفاده از روش های عددی و با بررسی ضریب جذب رنگ های مختلف دیواره خارجی یک ساختمان واقع در شهر مشهد، مناسب ترین رنگ دیواره بیرونی جهت کاهش مصرف انرژی در تمام فصول سال انتخاب شده است. ساختمان مورد بررسی توسط نرم افزار Gambit به صورت سه بعدی مدل سازی و شبکه بندی شده است. شبیه سازی انرژی تابش خورشیدی تابیده شده به ساختمان که محور اصلی پژوهش می باشد، توسط نرم افزار Fluent و با توجه به موقعیت مکانی قرارگیری ساختمان و در یک جریان آشفته انجام شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد با انتخاب مناسب ترین رنگ، در کل طول سال با کاهش دما به میزان 5/1 درجه سلسیوس در فصل گرم و افزایش دمای حدود یک درجه سلسیوس در فصل سرد به میزان قابل توجهی انرژی برق و گاز مصرفی را کاهش خواهیم داشت. در انتها با بررسی ضریب جذب رنگ های مختلف، بر اساس نتایج پژوهش رنگ طوسی به عنوان مناسب ترین رنگ در جهت کاهش مصرف انرژی ساختمان انتخاب شده است.
    کلیدواژگان: کاهش مصرف انرژی، ضریب جذب، ساختمان مسکونی، شبیه سازی عددی
  • رضا اسراری، یونس محمدی* ، محمد مهدی خیری خواه صفحات 9-17
    در این تحقیق، یک نظریه تغییر شکل برشی معکوس هیپربولیکی جدید برای تیرهای کامپوزیتی ارائه شده است. این نظریه معتبر برای انواع نمونه های عددی از تیرهای کامپوزیتی برای بررسی پاسخ استاتیکی ودینامیکی می باشد. نظریه ارائه شده مبتنی بر تابع شکل کرنش برشی می باشد که توزیع غیرخطی تنش برشی عرضی را نتیجه داده و همچنین شرایط مرزی آزاد کششی را ارضا می کند. ازاصل کار مجازی برای استخراج معادلات دیفرانسیل حاکم استفاده شده است. برای حل معادلات دیفرانسیل حاکم، توابع مثلثاتی به صورت سری فوریه یگانه (حل لوی) برای تیر کامپوزیتی با لایه های متقاطع عرضی روی تکیه گاه ساده بکار گرفته شده است. این روش حل، پاسخ دقیقی را برای تحلیل تیر کامپوزیتی ارائه می دهد که به دور از هر نوع خطای عددی و محاسباتی می باشد. همچنین دیده می شود که نظریه حاضر می تواند با دقت بیشتری برای مدلسازی تیرهای کامپوزیتی نسبت به سایر نظریه های تغییر شکل برشی در حجم محاسبات یکسان استفاده شود.
    کلیدواژگان: رفتار استاتیکی، تیر کامپوزیتی، نظریه تغییر شکل برشی معکوس هیپربولیکی
  • رضا اسلامی فارسانی *، علیرضا شهرابی فراهانی صفحات 19-26
    کامپوزیت های مشبک به علت طراحی خاص (متشکل از شبکه ای از تقویت کننده ها که عموما روی یک پوسته قرار گرفته اند) ، از استحکام و سفتی ویژه بالا، و جذب انرژی فوق العاده خوبی برخوردار هستند. در تحقیق حاضر، نمونه های صفحات مشبک کامپوزیتی زمینه پلیمری ساخته شده و اثر افزودن نانولوله های کربنی چندجداره در درصدهای وزنی مختلف (0، 1/0، 25/0 و 4/0) بر رفتار ضربه سرعت بالای این کامپوزیت ها به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، ابتدا نانولوله های کربنی چندجداره با استفاده از همزن مکانیکی و امواج اولتراسونیک درون زمینه پلیمری توزیع شدند. سپس صفحات مشبک کامپوزیتی پلیمری حاوی نانولوله های کربنی با هندسه شش ضلعی با استفاده از روش لایه گذاری دستی ساخته شدند و آزمون ضربه سرعت بالا بر روی این صفحات به وسیله پرتابه استوانه ای با دماغه مخروطی صورت پذیرفت. نتایج تجربی نشان داد که بهترین رفتار ضربه سرعت بالا به ازای افزودن 4/0 درصد وزنی نانولوله های کربنی حاصل می شود. در این حالت، سرعت حد بالستیک و میزان انرژی جذب شده طی فرآیند ضربه به ترتیب به میزان 11 و 22 درصد نسبت به صفحات مشبک کامپوزیتی فاقد نانولوله های کربنی، افزایش یافت. همچنین به ازای افزودن نانولوله های کربنی چندجداره، میزان سطح تخریب صفحات مشبک کامپوزیتی کاهش یافت.
    کلیدواژگان: کامپوزیت مشبک، نانولوله های کربنی چندجداره، ضربه سرعت بالا، انرژی جذب شده
  • محمدرضا افتخاری نیا، محمد محمدیون* ، قباد شفیعی ثابت، حمید محمدیون صفحات 27-33
    در این تحقیق روش گرادیان مزدوج با مساله الحاقی برای حل مسئله انتقال گرمایی معکوس و تخمین شار گرمایی وابسته به زمان با استفاده از توزیع دمای یک نقطه در یک هندسه نامنظم، مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین تاثیر داده های نویزدار بر روی جواب نهایی مساله بررسی شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش تفاضل محدود حل شده اند. برای حل این مساله روش های مختصات عمومی و B. F. C مورد استفاده قرار گرفته اند. در این روش ناحیه نامنظم در صفحه فیزیکی (r, z) به یک مستطیل در صفحه محاسباتی تبدیل می شود. فرمول بندی ارائه شده کلی است و می تواند برای حل مسائل رسانش گرمایی معکوس روی هر ناحیه ای که قابل تبدیل به یک مستطیل باشد به کار گرفته شود. نتایج به دست آمده دقت بالای روش ارائه شده را نشان می دهند. همچنین حتی اگر داده های ورودی دارای نویز باشند روش ارائه شده از پایداری خوبی برخوردار است. مساله در حالت متقارن محوری حل شده است. از جمله کاربردهای این مدل می توان به کاربرد آن در طراحی سیستم های محافظ حرارتی اشاره کرد.
    کلیدواژگان: روش گرادیان مزدوج، شار گرمایی وابسته به زمان، داده های نویزدار، متقارن محوری، هندسه نامنظم، روش مختصات عمومی
  • محسن بت شکنان دهکردی* ، ایرج رجبی، سید حسن نوربخش صفحات 35-44
    در این مقاله، تحلیل دینامیکی ضربه سرعت پایین یک ورق ساندویچی با رویه های چندلایه کامپوزیتی و هسته انعطاف پذیرتحت شرایط دمایی بررسی شده است. بدین منظور اثرات گرمایی و خواص هسته وابسته به دما در نظر گرفته شده است. در این تحقیق معادلات حرکت، بر مبنای یک فرمولاسیون المان محدود هیبریدی لایه گون- تک لایه با در نظر گرفتن اثرات گرمایی استخراج شده است که در آن تعداد مجهولات مستقل از تعداد لایه ها می باشد. این فرمولاسیون در محدوده کاری فرمولاسیون واحد کررا (کوف) می باشد. فرمولاسیون واحد کوف با استفاده از تغییر مرتبه بسط و همچنین تعریف متغیرها در راستای ضخامت، بسیاری از نظریه ها را به شکل واحد متحدالشکل می سازد. در این تحقیق به منظور برقراری پیوستگی تنشهای عرضی بین لایه ای از نظریه تغییراتی مختلط رایزنر استفاده شده است و همچنین برای لحاظ کردن اثرات گرمایی، کرنشها به شکل غیرخطی در نظر گرفته شده اند. در این پژوهش به منظور مدلسازی ضربه، با استفاده از یک مدل جرم و فنر دو درجه آزادی و همچنین قانون خطی سازی چوی، یک مدل جرم و فنر اطلاح شده در برخورد سرعتهای پایین پیشنهاد شده است نتایج حاصل از این مدلسازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده که بیانگر دقت بالای مدل ارائه شده می باشد. نتایج نشان می دهد که با افزایش دما، به شکل چشمگیری نیروی ضربه کاهش و زمان ضربه افزایش می یابد. در این تحقیق نتایج جدیدی بر حسب شرایط دمایی متفاوت، نسبت منظر، نسبت ضخامت رویه ها و همچنین انرژی اولیه ضربه زننده ارائه شده است.
    کلیدواژگان: ورق ساندویچی، هسته انعطاف پذیر_ تحلیل ضربه سرعت پایین، خواص وابسته به دما، فرمولبندی واحد
  • محمدعلی بدری* ، علی اکبر عالم رجبی، بتول زمانی صفحات 45-54
    امروزه با توجه به رشد روز افزون مصرف انرژی در جهان، انرژی های تجدیدپذیر و مخصوصا انرژی خورشید مورد توجه ویژه ای قرار دارند. از میان سیستم های خورشیدی رایج می توان به سیستم های فتوولتاییک اشاره کرد. استفاده از سیستم های متمرکزکننده برای افزایش شدت تابش روی سلول های خورشیدی موجب افزایش توان سیستم های فتوولتاییک و در نتیجه کاهش قیمت برق تولید شده توسط سیستم می شود. در بین سیستم های متمرکزکننده، سیستم های تمرکز پایین، با نسبت تمرکز کمتر از 10، به دلیل استفاده از سلول های خورشیدی مونوکریستال و عدم نیاز به سیستم های خنک کاری پیچیده اهمیت دارند. در مقاله حاضر، عملکرد سلول های خورشیدی با سه مدل ایده آل، تک دیود و دو دیود بررسی شده و اعتبار و دقت این مدل ها با نتایج تجربی مقایسه شده است. در میان سه مدل ارائه شده، مدل دو دیود دقت بیشتری نشان داده است. سپس اثر تمرکز نور خورشید بر روی عملکرد سلول های خورشیدی مونوکریستال به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین عملکرد پنل خورشیدی مونوکریستال مدل شده و شبیه سازی به منظور بررسی تغییرات ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه و توان خروجی با تغییر شدت تابش روی پنل خورشیدی و دمای پنل انجام شده و با نتایج تجربی حاصل از سیستم متمرکزکننده مقایسه شده است. در این آزمایش ها که با متمرکز کردن نور خورشید به وسیله آینه ها صورت گرفته است، پارامترهای شدت تابش و دمای سلول ها تغییر کرده و بر عملکرد آن تاثیر گذاشته اند. با استفاده از سیستم متمرکزکننده، توان خروجی پنل خورشیدی تقریبا تا 9/1 برابر توان خروجی پنل در شرایط استاندارد افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: سلول خورشیدی، متمرکزکننده های فتوولتاییک، مدل ایده آل، مدل تک دیود، مدل دو دیود
  • محمد جواد بذرگر، مجتبی دهقان منشادی* صفحات 55-63
    نیروهای آئرودینامیکی و فیزیک جریان یک بال لامبدا با لبه حمله تیز و زوایای پس گرایی °5/29 و °5/54 در ناحیه اثر سطح به روش عددی بررسی شده است. در عدد ماخ 2/0، زوایای حمله از °0 تا °8 و ارتفاعات پرواز از جریان آزاد تا ارتفاع بی‎بعد 05/0 تغییر می کند. معادلات بر اساس روش حجم محدود حل می شود. جهت مدل سازی آشفتگی از مدل دو معادله ای k-ω SST استفاده شده است. پسا، برآ، ممان پیچش، بازده آئرودینامیکی، پسای پارازیت با کاهش ارتفاع، افزایش و پسای القایی کاهش می یابد. درصد تغییرات ضرایب نسبت به جریان آزاد با کاهش ارتفاع و زاویه حمله افزایش یافته به طوری که بیش ترین درصد تغییرات مربوط به ارتفاع بی بعد محدوده 3/0 تا 05/0 است. مطالعه فیزیک جریان در زاویه حمله °8 نشان می دهد، با کاهش ارتفاع پرواز، فشار استاتیک زیر بال به علت مسدود شدن جریان بین بال و زمین افزایش و فشار دینامیکی کاهش می‎یابد. هم چنین گردابه اولیه قوی تر و فشار مکش بیش تری ایجاد می کند. با کاهش ارتفاع، گردابه محل شکستگی بال ضعیف تر و فروپاشی آن به بالادست جریان انتقال می یابد.
    کلیدواژگان: اثر سطح، حل عددی، بال لامبدا، گردابه های لبه حمله
  • محمدحسین بیاتی چالشتری، کرامت ملک زاده فرد *، محمد جعفری، علیرضا پورموید صفحات 65-74
    صفحه حاوی گشودگی در کاربردهای صنعتی بسیاری دیده می شود. گشودگی به وجود آمده، منجر به تمرکز تنش و در نهایت به شکست و خرابی صفحه میگردد. از این رو، دانستن مقدار تمرکز تنش به دست آمده سبب طراحی مطمئن تری می شود. در این مقاله، به تحلیل تنش صفحه ای ارتوتروپیک و همسانگرد نامحدود حاوی گشودگی شبه مربعی که متاثر از زاویه بار است، پرداخته می شود. نکته حائز اهمیت این تحلیل به کارگیری از یک روش بهینه سازی به نام الگوریتم رقابت استعماری است که به وسیله ی آن پارامترهای بهینه کلی جهت دستیابی به کمترین مقدار تمرکز تنش در اطراف این گشودگی در صفحه های همسانگرد و ارتوتروپیک حاصل می گردد، سپس این الگوریتم با تقلید از روند تکامل اجتماعی، اقتصادی و سیاسی کشورها و با مدل سازی ریاضی بخش هایی از این فرآیند، عملگرهایی را در قالب منظم به صورت الگوریتم ارائه می دهد که می توانند به حل مسائل پیچیده بهینه سازی کمک کنند. نتایج تنش بهینه به دست آمده از الگوریتم رقابت استعماری حاکی از رقابتی بودن این الگوریتم جهت اجتناب از قرار گرفتن در نقطه بهینه محلی است. پایه های اصلی این الگوریتم را سیاست همسان سازی، رقابت استعماری و انقلاب تشکیل می دهند. متغیرهای طراحی در این پژوهش عبارتند از: زاویه ی الیاف، زاویه ی بار، شعاع انحنای گوشه ی گشودگی، زاویه ی چرخش گشودگی و در نهایت جنس صفحه. نتایج حاصل شده از الگوریتم رقابت استعماری بیانگر مناسب بودن این روش در بهینه سازی صفحات می باشد. در این تحقیق برای اثبات درستی نتایج، از حل عددی اجزای محدود استفاده شده است. نتایج نشان می دهند. با انتخاب مناسب پارامترهای بهینه می توان مقدار تنش اطراف گشودگی را به میزان قابل توجهی کاهش داد.
    کلیدواژگان: صفحات ارتوتروپیک نامحدود، الگوریتم رقابت استعماری، حل تحلیلی، گشودگی شبه مربعی
  • مرتضی بیاره * صفحات 75-84
    مهندسان جهت شبیه سازی فرآیندهای پالایشگاهی معادلات حالتی مورد نیاز هستند که بتوانند به نیازهای آنها پاسخ دهند. در پژوهش حاضر، از معادله حالت PC-SAFT یا نظریه آماری سیالات تجمعی جهت بیش بینی خواص ترمودینامیکی هیدروکربن ها استفاده شده است. بدین منظور، روابط ترمودینامیکی موردنظر به صورت تحلیلی استخراج و با کمک نرم افزار MATLAB تمامی مقادیر عددی روابط مربوط به خواص ترمودینامیکی هیدروکربن ها نظیر چگالی، انتروپی، انتالپی، انرژی درونی و ظرفیت گرمایی هیدروکربن ها پیش بینی و ارائه شده است. مقایسه نتایج به دست آمده از کار حاضر با نتایج تجربی نشان داد که این معادله دقت مناسبی در پیش بینی خواص ترمودینامیکی هیدروکربن ها دارد و قادر است این خواص را در فشارهای بالا و دماهای پایین پیش بینی نماید. نتایج حاصل از معادله حالت نظریه سیالات تجمعی کمترین خطا را برای هیدروکربن های خالص و بیشترین خطا را برای هیدروکربن های مرکب نشان می دهند. علاوه بر این، مقدار حداکثر انحراف مطلق میانگین محاسباتی برای چگالی، انتالپی، انتروپی، انرژی درونی، ظرفیت گرمایی در حجم ثابت و ظرفیت گرمایی در فشارثابت، به ترتیب برابر با 18/1%، 5/2%، 43/0%، 77/0%، 33/3% و 4% به دست آمد که نشان دهنده دقت بالای این معادله حالت است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی فرآیندهای پالایشگاهی، نظریه آماری سیالات تجمعی، خواص ترمودینامیکی، هیدروکربن
  • میلاد پایدار، محمدعلی اشجاری اقدم * صفحات 85-94
    مقاله حاضر نوع جدیدی از سیستم گرمایش از کف را معرفی و ارزیابی می کند که در آن منبع تامین کننده گرما، خورشید انتخاب شده است تا از مزایای سیستم گرمایش از کف و تامین رایگان گرمای استفاده شود. این سیستم ترکیبی برای یک ساختمان خاص در اقلیم های متفاوت مدل سازی شده و مزیت های فنی و اقتصادی آن نسبت به سیستم سنتی رادیاتور مقایسه شده است. دمای آب داغ ورودی به سیستم گرمایش از کف اهمیت فراوانی دارد و کارآیی آن را تحت تاثیر قرار می دهد. نتایج برای اقلیم خیلی سرد نشان می دهد که برای حذف محدودیت دمای آب داغ ورودی نیاز به یک سیستم خورشیدی است که به مراتب بزرگتر از اندازه مورد نیاز برای تامین گرما ساختمان می باشد. در مقابل برای اقلیم معتدل محدودیت دمای آب داغ ورودی، اندازه و کارآیی سیستم خورشیدی را چندان تحت تاثیر قرار نمی دهد به طوری که سیستم جدید برتری محسوس پیدا می کند.
    کلیدواژگان: گرمایش از کف، ساختمان، بهینه سازی مصرف انرژی، شرایط اقلیمی، انرژی خورشیدی، محیط زیست
  • رضا تقوی زنور* ، امیر حسامی، احسان سلکی، بهزاد اشجعی صفحات 95-103
    در کار تحقیقاتی حاضر، رفتار جریان در یک کمپرسور گریز از مرکز در شرایط عملکردی مختلف دور تا نزدیک سرج و در سرعت های دورانی متفاوت به صورت تجربی مورد ارزیابی قرار گرفته است. پس از معرفی تجهیزات آزمایشگاهی، نوسانات سرعت در ورودی کمپرسور، به عنوان یک پیش نشانگر رخ داد سرج، ارائه شدند. جریان سنجی سیم داغ با توانائی ثبت اطلاعات با فرکانس بالا جهت اندازه گیری این نوسانات در سه سرعت دورانی 9000، 10000 و 13000 دور بر دقیقه و نیز در سه حالت عملکردی بیشینه ضریب جریان، شرایط نزدیک نقطه طراحی و سرج مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمون ها نشان داد که کاهش ضریب جریان از مقدار بیشینه ضریب جریان تا شرایط سرج، میزان نوسانات سیگنال های سرعت لحظه ای را در سه سرعت دورانی مذکور به ترتیب 6/2، 9/1 و 57/1 برابر افزایش می دهند. هم چنین ازدیاد سرعت دورانی کمپرسور میزان نوسانات را در شرایط سرج به طور متوسط به میزان 17/1 برابر افزایش می دهد. در نهایت بررسی طیف فرکانسی سیگنال های سرعت در سه نقطه عملکردی مذکور نشان از وجود فرکانس غالب سرج در حوالی 30 درصد فرکانس عبوری پره ها را داشت.
    کلیدواژگان: کمپرسور گریز از مرکز، سرج، طیف فرکانسی، جریان سنج سیم داغ، عملکرد کمپرسور
  • علی جلالی، امین امیری دلویی *، امیر محمد گل محمدی، مجتبی خوراشادیزاده صفحات 105-113
    در مطالعه حاضر جریان سیال غیرنیوتنی از روی مانع دایروی در یک کانال دو بعدی با استفاده از روش شبکه بولتزمن مورد بررسی قرار گرفته است. از مدل غیرنیوتنی کاریو-یاسودا برای شبیه سازی خواص سیال بهره گرفته شده است. از مدل توانی با ضرایب باریک شوندگی دمایی مختلف برای بررسی اثرات دما بر لزجت سیال غیرنیوتنی استفاده شده است. با توجه به خاصیت محاسبات محلی در روش شبکه بولتزمن، خواص وابسته به برش و دما در سیال کاریو-یاسودا به آسانی و با دقت مرتبه دو مدل سازی شده اند. اعتبارسنجی نتایج برای پارامترهای جریان سیال و انتقال گرما با موفقیت انجام پذیرفته است. نتایج نشان می دهند با کاهش اندیس توانی در مدل غیرنیوتنی کاریو-یاسودا، خصوصا در اعداد رینولدز بالاتر، عدد ناسلت متوسط حول سیلندر افزایش می یابد. شبیه سازی ها نشان می دهند با افزایش عدد کاریو اندازه گردابه های پشت سیلندر افزایش و ضریب پسا کاهش می یابد. نتایج بررسی تغییرات ضریب پسا بر حسب ضریب باریک شوندگی دمایی نشان می دهند که لزجت تابع دما اثر قابل توجهی در میدان جریان سیال خواهد داشت؛ به نحوی که با افزایش ضریب باریک شوندگی دمایی، ضریب پسا و اندازه گردابه ها به ترتیب روندی صعودی و نزولی را تجربه خواهند کرد.
    کلیدواژگان: سیال غیرنیوتنی، مدل کاریو-یاسودا، روش شبکه بولتزمن، لزجت تابع دما
  • فرهاد حاجی ابوطالبی *، داود دفاعی اصفهانی صفحات 115-121
    امروزه شرکت های خودروسازی معتبر برای جلوگیری از صرف هزینه و زمان زیاد از شبیه سازی کامپیوتری برخورد خودرو و نرم افزارهای مختلف استفاده می کنند. در این تحقیق ابتدا، با استفاده از معیار آسیب نرم جانسون-کوک در کد ABAQUS صریح، برخورد تعدادی از قطعات مهم بدنه خودرو پراید مانند گلگیر، کاپوت، درب و صندوق عقب که بیشتر در معرض تصادف قرار دارند به مانع شبیه سازی می شود. شرایط مرزی سرعت، شکل مانع و زاویه برخورد از نمونه های واقعی تصادف، اقتباس شده و در نرم افزار اعمال می گردد. با انجام شبیه سازی ها، نتایج تغییر شکل و آسیب در هر یک از قطعات فوق پیش بینی شده، نواحی متحمل آسیب بیشینه و در معرض شکست مشخص می گردند. سپس، به منظور ارزیابی معیار آسیب جانسون-کوک و خواص ماده، نتایج شبیه سازی ها با نتایج نمونه های واقعی مقایسه می شود. مقایسه نتایج عددی و واقعی آشکار می کند که معیار آسیب جانسون-کوک به خوبی می تواند تغییرشکل ها و استحکام قطعات مختلف خودرو را در هنگام برخورد به مانع پیش بینی نماید.
    کلیدواژگان: قطعات خودرو پراید، برخورد به مانع، معیار آسیب جانسون-کوک، شبیه سازی عددی
  • سوران حسنی فرد *، امین معماری، سیروس امینی، محمدرضا خوشروان آذر صفحات 123-132
    واماندگی خستگی که در اکثر قطعات مهندسی رخ می دهد عموما به بارگذاری چند محوره ارتباط داده می شود. تغییر محورهای اصلی تنش و کرنش در بارگذاری چندمحوری سبب سخت شوندگی اضافی شده و به عنوان عامل اصلی در کاهش عمر خستگی تلقی می شود. منشا چندمحوره بودن ریشه در دلایل مختلفی دارد و ممکن است ناشی از چند محوره بودن بارگذاری خارجی، هندسه پیچیده اجزا و یا تنش های پسماند باشد. در تحقیق حاضر معیارهای خستگی چند محوره گوناگونی برای پیش بینی عمر خستگی قطعه ای از جنس آلیاژ مورد استفاده قرار گرفته است و با استفاده از روش اجزا محدود یک نمونه استوانه ای توخالی از جنس آلیاژ GH4169 تحت بارگذاری چند محوره کرنش کنترلی در دمای بالا، شبیه سازی شده است. حلقه های پسماند و تخمین عمر حاصل از نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی نمونه مرجع صحت سنجی شده اند. نتایج نشان می دهند رهیافت هایی که اثر همزمان تنش، کرنش و سخت شوندگی اضافی را (خصوصا در دمای بالا) در نظر می گیرند تخمین بهتری از عمر پیش بینی شده ارائه می کنند. از میان چندین معیار ارائه شده، به ترتیب معیارهای فاطمی- کورات، معیار فاطمی- سوسی و معیار انرژی بیشترین قرابت و همخوانی را با نتایج تجربی دارند.
    کلیدواژگان: خستگی چند محوره، حلقه های پسماند، خستگی در دمای بالا، خستگی کم چرخه
  • زهراالسادات حسینی* ، حسن حاج عبدالهی صفحات 133-141
    یک سردخانه به کمک چرخه تبرید تراکمی بخار مدلسازی و بهینه سازی شده است. پارامترهای طراحی عبارتند از: فشار تبخیرکن، فشار چگالنده، طول، ضخامت دیوارها، عرض و ارتفاع سردخانه، نرخ جریان مبرد و میزان مافوق گرم کردن و مادون سردکردن در تبخیرکن چگالنده، به منظور یافتن مقادیر بهینه پارامترهای طراحی ازالگوریتم چند هدفه ژنتیک استفاده شده است. به علاوه در این سیستم سه مبرد که شامل R22, R134a و R407c است، بکاربرده شده است. هزینه کل سالیانه و ضریب عملکرد به عنوان دو تابع هدف انتخاب شده اند. حل بهینه نشان می دهد که R407c بهترین مبرد هم از دیدگاه ترمودینامیکی و هم دیدگاه اقتصادی، با 2/9148 دلار برسال به عنوان هزینه کل سالیانه و 12/6 ضریب عملکرد. نتایج بهینه R407c نشان میدهد که هزینه کل سالیانه 074/5 و 68/8 درصد و ضریب عملکرد 97/9 و 72/13درصد به ترتیب در مقایسه با R134a و R22 ، بهبود یافته است. شایان ذکراست که نتایج بهینه برای دو تابع هدف سازگارند، یعنی در کمترین هزینه کل سالانه، بیشترین مقدار ضریب عملکرد را داریم. به هرحال با استفاده از R407c به عنوان مبرد مبرد در سیستم کمترین مساحت زیربنایی برای سردخانه را داریم، R134a و R22 در رتبه بندی بعدی قرار دارند.
    کلیدواژگان: سردخانه به کمک چرخه تبرید تراکمی بخار، مبرد، بهینه سازی الگوریتم چندهدفه ژنتیک، هزینه کل سالانه
  • علی حسینی مقدم امامی، یوسف یاسی* ، سیداحمد نوربخش، امیرفرهاد نجفی صفحات 143-152
    در سال های اخیر، نیاز به تولید انرژی با هزینه پایین، به کارگیری توربین های هیدرولیکی در ابعاد میکرو را مورد توجه گسترده جهانی قرار داده است. هزینه پایین ساخت، راه اندازی و نگهداری، هد و دبی پایین مورد نیاز، ابعاد کوچک، بی نیازی از شبکه گسترده انتقال برق و تمرکز زدایی از تولید برق با حذف نیروگاه های بزرگ حرارتی، آبی و… از جمله ویژگی های منحصر به فرد توربین های میکرو هستند. توربین هیدروکویل به عنوان یک توربین جریان محوری به روز، کارا و ارزان قیمت، یکی از بهترین گزینه ها برای تولید پراکنده برق است. هیدروکویل با الهام از توربین پیچی ارشمیدس طراحی شده است و تفاوت آن با توربین ارشمیدس در متغیر بودن گام پره و زاویه نصب توربین است. در این پژوهش، توربین هیدروکویل در دو نمونه با گام ثابت و گام متغیر تحت شرایط یکسان مورد مطالعه عددی قرارگرفته است تا اثر تغییر گام بر نقطه ی بهینه عملکرد در هد ثابت و پنج سرعت دورانی مختلف تعیین گردد. نتایج به دست آمده، افزایش 30 تا 40 درصدی توان تولیدی و بازده توربین گام متغیر نسبت به توربین گام ثابت را نشان می دهد. این نتایج زمینه ی لازم جهت ساخت نمونه بهینه توربین هیدروکویل با گام متغیر را برای اولین بار در کشور فراهم می سازد.
    کلیدواژگان: هیدروکویل، پیچی، گام متغیر، گام ثابت
  • امین حمزه ای، عماد جمعه زاده*، مسعود رضایی زاده صفحات 153-157
    گرافین بدون عیب دارای خصوصیات مکانیکی فوق العاده ای است، ولی گرافین دارای عیوب ساختاری ازجمله عیب استون-والز است که باعث تغییر خواص فیزیکی آن می گردد. از طرفی، گرافین به طورکلی در اثر شرایط ترمودینامیکی به صورت کاملا صاف نیست و دارای موج هایی است و وجود ناهمواری در سطح گرافین باعث تغییر رفتار گرافین می شود. در این مقاله خصوصیات مکانیکی گرافین موج دار دارای عیب استون-والز تحت کشش تک محوره مورد مطالعه قرار گرفته است. سطح ناهموار گرافین موج دار بوسیله تابع تصادفی با استفاده از نرم افزار MATLAB مدل شده است و گرافین بدون موج و گرافین موج دار دارای عیب استون-والز با یکدیگر مقایسه شده اند. از شبیه سازی دینامیک مولکولی برای بررسی تاثیر عیب استون- والز بروی استحکام نهایی گرافین استفاده شده و برای مدل کردن پیوندهای کووالانسی بین اتم های کربن از تابع پتانسیل AIREBO استفاده شده است. همچنین کنترل دمای سیستم توسط ترموستات نوز-هوور انجام گرفته است. نتایج نشان می دهند که عیب استون-والز استحکام نهایی گرافین آرمچیر را به شدت کاهش می دهد، اما تاثیر کمتری بر استحکام نهایی گرافین در جهت زیگزاگ دارد. همچنین موجدار کردن گرافین عیب دار باعث افزایش استحکام کششی در جهت زیگزاگ و کاهش آن در جهت آرمچیر خواهد شد.
    کلیدواژگان: گرافین موجدار، دینامیک مولکولی، عیب استون-والز، استحکام نهایی
  • منصور خانکی *، مصطفی مافی، حمیدرضا آجرلو صفحات 159-167
    در این تحقیق امکان افزایش کارایی سیستم خنک کننده تبخیری مستقیم با استفاده از تلفیق آن با یک مخزن آب ذخیره کننده انرژی سرمایشی مورد مطالعه قرار گرفته است. آب درون این مخزن، در طی ساعات شب، سرما را در خود ذخیره کرده و از آن در طول ساعات روز جهت کاهش دمای هوای خروجی از کولر استفاده می شود. در این مقاله، ابتدا معادلات حاکم بر سیستم تبخیرکننده تلفیقی فوق الذکر استخراج شده اند و سپس در ادامه، اثر جرم آب درون مخزن بر مشخصات هوای خروجی از کولر تبخیری، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بیانگر این موضوع است که در شرایط نمونه استفاده از مخزن آب ذخیره کننده انرژی سرمایشی با جرمی معادل با سه برابر جرم هوای خشک ورودی به کولر در یک ساعت، سبب کاهش دمای هوای خروجی از کولر به میزان °C2. 02 در ساعت 14:00 خواهد شد. انتقال ساعات بیشینه و کمینه دمای هوای خروجی از کولر به ساعات دیگر و همچنین کاهش دامنه تغییرات هوای خروجی از سیستم از حدود °C6 به حدود °C3. 5 ، مهم ترین مزایای سیستم تلفیقی پیشنهادی فوق الذکر است.
    کلیدواژگان: سیستم سرمایش ترکیبی، خنک کننده تبخیری مستقیم، مخزن آب ذخیره کننده اترژی سرمایشی
  • سهیلا خسروجردی، آرش میرعبدالله لواسانی* ، شهرام دلفانی صفحات 169-177
    از آنجا که انرژی خورشید یکی از شناخته شده ترین منابع مهم انرژی تجدیدپذیر می باشد راهکارهای افزایش جذب انرژی خورشیدی نقش قابل توجهی را در اثربخشی سیستم گردآورنده گرمایی ایفا می کند. هدف از این مطالعه تحلیل تجربی عملکرد گردآورنده جذب مستقیم خورشیدی با استفاده از نانوسیال نانوصفحات گرافن اکساید بر پایه آب دیونیزه می باشد. درصد وزنی گرافن اکساید در سیال پایه آب دیونیزه به ترتیب درصدهای 005/0 ، 015/0 و 045/0 انتخاب شده است. گردآورنده مورد استفاده مطابق با استاندارد EN 12975-2 در دماهای مختلف سیال ورودی و در دبی های 0075/0 ، 015/0 و 0225/0 کیلوگرم بر ثانیه مورد آزمون قرار گرفته است. نتایج حاصل از این آزمایش نشان می دهد با افزایش درصد وزنی نانوسیال، کارآیی گردآورنده افزایش یافته است و همچنین راندمان گردآورنده در بیشترین مقدار و در دبی kg/s 015/0 و در درصد وزنی 005/0 ، 015/0 و 045/0 به ترتیب 28/63 ، 59/72 و 07/ 75 است که این مقدار برای سیال پایه 25/58 می باشد.
    کلیدواژگان: گردآورنده جذب مستقیم خورشیدی، نانوسیال، نانوصفحات گرافن اکساید، کارآیی
  • آرزو خسروی، میلاد سلیمی بنی، حسین بحرینی زاد * صفحات 179-185
    گرافت رگ مصنوعی از جمله عمل های پرکاربرد در بدن انسان است. برای جلوگیری از آسیب به همودینامیک خون، رفتار مکانیکی این پروتز باید هرچه نزدیکتر به رفتار رگ طبیعی باشد. هدف اصلی این مقاله ایجاد یک مدل مناسب برای بررسی رفتار رگ مصنوعی و سپس ارائه یک رگ مصنوعی مناسب با استفاده از مواد هدفمند تابعی است. در این مقاله، هندسه، ضخامت سه لایه ای مرکب و شرایط فشار خون در قسمت صعودی رگ واقعی آئورت به روش المان محدود درون نرم افزار Adyna شبیه سازی شده و جابجایی شعاعی بر حسب زمان، جابجایی شعاعی بر حسب طول، تنش پیرامونی و تنش فون مایزز رگ به دست آمده است. پس از اعتبار سنجی شبیه سازی های انجام شده با نتایج کدنویسی، از دو ماده مصنوعی موجود و متداول برای ساخت رگ های مصنوعی جهت طراحی مواد هدفمند با ضرایب ناهمگنی مختلف استفاده شد. پس از شبیه سازی مواد هدفمند توانی و رگ واقعی (منظور از رگ واقعی اعمال خواص مکانیکی و لایه های مشابه رگ واقعی درون نرم افزار می باشد) در نرم افزار بصورت جامد-سیال، پارامترهای پاسخ برای مقادیر مختلف ناهمگنی محاسبه و با رفتار رگ واقعی مقایسه شد. نتایج این پژوهش پیشنهاد می کنند که استفاده از ماده هدفمند ساخته شده از داکرون، تفلون و پلی اورتان با ضریب ناهمگنی مناسب می تواند نزدیکترین رفتار را نسبت به رگ واقعی داشته باشد.
    کلیدواژگان: استوانه جدار ضخیم، رگ مصنوعی، روش المان محدود، ضریب ناهمگنی، مواد هدفمند
  • مرتضی رحمانپور *، ابوالفضل پوررجبیان، رضا ابراهیمی صفحات 187-196
    اندازه قطرات و توزیع مولفه های سرعت محوری و شعاعی قطرات در یک الکترواسپری تولید شده از مخروط تیلور، توسط توسعه یک کد کامپیوتری در محیط FORTRAN، مدل شده است. دینامیک قطرات با درنظرگرفتن جریان دو-فازی رقیق و روش لاگرانژی، شبیه سازی شده و تاثیر هوای ساکن اطراف آن بصورت یکطرفه لحاظ گردیده است. مدلی نیز برای تعیین قطر اولیه قطرات و فاصله فروپاشی اولیه جت ارائه شده که قادر به محاسبه فروپاشی اولیه است. این مدل به صورت تابعی از دبی، فاصله نازل تا صفحه زیرین، ولتاژ اعمالی، و مشخصات سیال در یک میدان الکتریکی بصورت الکتروهیدرودینامیکی دو-بعدی شبیه سازی شده است. تغییر اندازه قطرات در عبور از اسپری بدلیل تبخیر تا رسیدن به حد رایلی در نظر گرفته شده است. در مدل بکار رفته سیال عامل به صورت سیال لزج و تراکم ناپذیر در هوای ساکن تک دما لحاظ و میدان الکتریکی خارجی با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی بین نازل و صفحه زیرین ایجاد گردیده است. در نهایت توزیع مکانی، زاویه چتراسپری، اندازه و سرعت آنها با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است که نشان دهنده مطابقت خوب نتایج ارائه شده می باشد.
    کلیدواژگان: الکتروهیدرودینامیک، الکترواسپری، فروپاشی اولیه، قطرات باردار، حد رایلی
  • نیکی رضازاده، مهدی دیمی دشت بیاض، احسان کوهی * صفحات 197-204
    یکی از فاکتورهای مهم و هزینه بر در صنعت مرغداری سوخت فسیلی و انرژی مصرفی برق می باشد. این هزینه ها به طور مستقیم در قیمت تمام شده تولیدات تاثیر داشته و باعث بالا رفتن هزینه سرانه تولید در بخش گوشت و تخم مرغ که از عمده محصولات پرورش طیور می باشند را موجب می گردد. میزان تهویه یکی از عوامل بسیار مهم در مصرف سوخت و انرژی است. میزان تهویه کافی و لازم برای پرورش طیور در سنین مختلف با توجه به نیاز آن ها و با در نظر گرفتن میزان وزن زنده تعیین می گردد. این مقدار هوا برای طیور حدود 7-4 مترمکعب در ساعت به ازا هر کیلو وزن زنده تعیین می شود. در این پژوهش با مدیریت صحیح تهویه که شامل ارائه ی روشی برای باز بودن تعداد مشخصی از پنجره های ورودی هوا است تلاش شده تا مصرف سوخت کاهش یابد. نتایج نشان می دهد برای یک مرغداری 20000 قطعه ای استفاده از این روش در فصول سرد سال باعث کاهش 5 الی 80 درصدی مصرف سوخت با توجه به گستره دماهای مختلف محیط شده است. همچنین این روش برای مرغداری ای که از سوخت گازوئیل (گاز طبیعی) برای گرمایش استفاده می کند به طور میانگین موجب صرفه جویی 2500 لیتر سوخت در یک سال خواهد شد که باعث کاهش 11% در مصرف سوخت می شود. برای فصول گرم نیز به منظور کاهش هزینه های سرمایش استفاده از تمامی ظرفیت پنجره های ورودی توصیه شده است.
    کلیدواژگان: تهویه مرغداری، هوای موردنیاز، تعداد پنجره های باز، کاهش مصرف سوخت
  • مرتضی سعادت طرقی، جواد خادم *، محمود فرزانه گرد صفحات 205-213
    فرآیند اصلی که در جایگاه های سوخت رسانی گاز طبیعی فشرده رخ می دهد، فرآیند پر شدن سریع می باشد. هدف اصلی تحقیق حاضر، دست یابی به یک آنالیز ترمودینامیکی دقیق تر فرآیند پر شدن سریع نسبت به تحقیقات قبلی می باشد. با استفاده از این آنالیز ترمودینامیکی، یک جایگاه سوخت رسانی گاز طبیعی فشرده، شبیه سازی گردیده است. با مقایسه مدل گاز واقعی و ایده آل، دیده می شود که توزیع دما بسیار متفاوت است، به طوری که افزایش دما در مدل گاز ایده آل بیشتر است. عمده دلیل این تفاوت عدم در نظر گرفتن تاثیر کاهش دمای ضریب ژول تامسون است. نتایج نشان می دهد که در مدل گاز واقعی افزایش دمایی حدود K 50 و در مدل گاز ایده آل حدود K 80 وجود دارد. نتایج تحقیق حاضر با نتایج تجربی و نتایج تحقیقات قبلی، مقایسه گردیده است. جهت محاسبه خواص ترمودینامیکی گاز طبیعی فشرده از معادله حالت AGA8 استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که مقدار کار مصرفی کمپرسور برای یک چرخه حدود kWh 1/55 و مقدار متوسط کار مصرفی برای سوخت گیری یک خودرو، kWh 6/1 می باشد.
    کلیدواژگان: مدل سازی، پر شدن سریع، معادله حالت AGA8
  • رحمن سیفی*، کاوه عباسی صفحات 215-224
    اتصالات تداخلی در صنعت کاربرد گسترده ای دارند. ساخت این اتصالات همواره مستلزم دقت بالا و محدودیت های فراوانی است. برای کاهش هزینه های تولید مطالعه اثر عیوب بر استحکام اتصال ضروری می نماید. استانداردهای مربوط به اتصالات تداخلی بر مبنای وجود تداخل یکنواخت و ثابت در سرتاسر اتصال است. اما تغییر در مقدار تداخل، در سطح تداخل به صورت معمول و در فرآیندهای تولید این اتصالات به وجود خواهند آمد. در این پژوهش تلاش می گردد تا با پیشنهاد تعریف متوسط تداخل برای قطعات داری عیوب هندسه بتوان مقدار استحکام تداخل را به نحو موفقی پیش بینی نمود. در ادامه با استفاده از حل لامه و با استفاده از متوسط تداخل، استحکام اتصال محاسبه می گردد. همچنین مدل واقعی اتصال تداخلی با استفاده از روش اجزاء محدود تحلیل می گردد. برای اعتبارسنجی، نتایج تئوری با نتایج تجربی مقایسه می گردند. نتایج تئوری حاصل تطابق خوبی با نتایج نیروی استخراج تجربی محور نشان می دهند. نتایج حاصل نشان می دهد که در قطعات دارای عیوب هندسه، در صورت برابری متوسط تداخل با مقدار مورد نظر در طراحی، می توان به نحو موفقی از اتصال استفاده نمود.
    کلیدواژگان: اتصال تداخلی، عیوب هندسه، تحلیل اجزاء محدود، نیروی استخراج محور
  • مرتضی شهروی* ، علیرضا آقالاری، سعید شکراللهی صفحات 225-232
    در این مقاله رفتار ارتعاش غیرخطی عملگر چرخ عکس العملی ماهواره با مدل روتور انعطا ف پذیر/ دیسک صلب و یاتاقان، تحت تغییرات دما بررسی شده است. برای مدل کردن روتور از نظریه تیر تیموشنکو استفاده شده و رفتار یاتاقانها با استفاده از فنر غیرخطی/ دمپر مدل شده است. در این مدل تمام پارامترهای مربوط به تیر تیموشنکو، خاصیت ژیروسکپی و نیروهای حاصل از نابالانسی دیسک در نظر گرفته شده است. با توجه به اینکه یاتاقانها اجازه افزایش یا کاهش طول در اثر تغییرات دما را به روتور نمی دهند لذا تغییرات دما در سیستم به صورت یک نیروی محوری ثابت ظاهر می شود. برای حل معادلات غیرخطی از روش معیارهای چندگانه به صورت مستقیم استفاده شده و پاسخ فرکانسی سیستم استخراج شده است. شبیه سازی عددی بر مبنای مقادیر کمی مدلهای واقعی انجام شده و رفتار دینامیکی سیستم در قالب نمودارهای زمانی و فرکانسی و نیز اثرات کمی تغییرات دما نشان داده شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که تغییرات دما تاثیر بسزایی در رفتار دینامیکی غیرخطی سیستم دارد.
    کلیدواژگان: چرخ عکس العملی، رفتار دینامیکی، نوسانات دما، نابالانسی، اثرات ژیروسکپی
  • حامد صفی خانی *، غلامرضا ابراهیمی زاده، حسام الدین مشیدی صفحات 233-239
    استفاده از گرم کننده های فشار بالا در صنایع مختلف نفت و گازی و نیروگاهی همانند نیروگاه شهر شازند بسیار مرسوم است. در نیروگاه مذکور جهت محافظت از تیوب شیت، از روش های مختلفی همانند استفاده از صفحه فداشونده در ورودی سمت لوله ها و پیش از تیوب شیت استفاده می گردد. هدف از این مقاله یافتن شکل بهینه صفحه فداشونده به صورت چندهدفی با استفاده از ترکیب دینامیک سیالات محاسباتی و الگوریتم های بهینه سازی چندهدفی می باشد. با پارامتری نمودن هندسه، صفحه فداشونده کاملا آزادانه می تواند در شکل های مختلف تغییر شکل دهد به نحوی که به صورت همزمان: بیشنیه سرعت ظاهر شده در گرم کننده (که در میزان فرسایش، خوردگی و کاویتاسیون موثر می باشد) و همچنین نیروی وارده بر صفحه فداشونده کمینه گردند. خروجی نهایی این فرآیند، نمودار بسیار مهم و پرکاربرد به نام نمودار پارتو می باشد که در قسمت نتایج ارائه شده و مورد بحث قرار خواهد گرفت. با استفاده از این نمودار نکات طراحی بسیار زیادی را می توان استخراج نمود که تنها با استفاده از رویکرد ارائه شده در این مقاله یعنی ترکیب دینامیک سیالات محاسباتی و بهینه سازی چندهدفی قابل استخراج می باشد. در پایان لازم به ذکر است که فرآیند بهینه سازی چندهدفی در دو مرحله جداگانه انجام شده است به نحوی که در یک مرحله ضخامت صفحه فداشونده می بایست ثابت بماند (شرایط فعلی نصب شده در نیروگاه) و در حالت دوم ضخامت صفحه فداشونده نیز می تواند تغییر نماید.
    کلیدواژگان: صفحه فداشونده، بهینه سازی شکل، بهینه سازی چندهدفی، دینامیک سیالات محاسباتی، الگوریتم NSGA II
  • یاسر طاهری، مهران رجبی زرگرآبادی * صفحات 241-249
    در این مطالعه تحلیل عددی اثر ورودی هوای سینوسی بر مشخصه های احتراق آشفته مخلوط متان-هوا مورد بررسی قرار گرفته است. گام زمانی در تحلیل عددی برابر یک هشتم زمان چرخه کامل نوسان در نظر گرفته شده است نتایج حاصل از ورودی هوای نوسانی در سه فرکانس 20، 50 و 100 هرتز با ورودی هوای پایا مقایسه شده است. روش تابع چگالی احتمال (PDF) برای تخمین برهم کنش آشفتگی و احتراق بکار گرفته شده و برای پیش بینی رفتار آشفتگی جریان از روش k-ε استاندارد استفاده شده است. برای پیش بینی اکسیدهای نیتروژن حاصل از احتراق، از مکانیزم توسعه یافته زلدوویچ استفاده شده است. در این تحقیق نتایج شبیه سازی عددی در حالت پایا مطابقت قابل قبولی با داده های تجربی دارد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که ورودی هوای نوسانی بر اختلاط سوخت و هوا و توزیع کسر مخلوط در محفظه تاثیر قابل توجهی دارد. همچنین استفاده از ورودی هوای نوسانی منجر به افزایش دما و در نتیجه افزایش میزان اکسیدهای نیتروژن در محفظه احتراق خواهد شد.
    کلیدواژگان: آشفتگی، تابع چگالی احتمال، اکسیدهای نیتروژن، ورودی هوای نوسانی
  • امین عالی، نادر پور محمود، وحید زارع * صفحات 251-260
    در این مقاله یک چرخه ترکیبی جدید بر مبنای سیستم تبخیر آنی و سیستم باینری برای تولید توان از چاه های زمین گرمایی منطقه سبلان در ایران پیشنهاد شده است. چرخه جدید به گونه ای طراحی شده است که قابلیت جذب انرژی گرمایی با در نظر گرفتن اختلاف فشار و دمای چاه های زمین گرمایی موجود در منطقه را داشته باشد. سه سیال آلی مناسب برای سیستم باینری در نظر گرفته شده و چرخه پیشنهادی با استفاده از داده های واقعی سیال خروجی از چاه ها از دیدگاه قانون اول و دوم ترمودینامیک تحلیل شده است. نتایج نشان می دهد برای دو مخزن تبخیر آنی مقادیر فشار بهینه وجود دارد به طوری که عملکرد چرخه به ازای آن مقادیر بهینه سازی می گردد (توان و بازده بیشینه می شود). برای سیال R141b، به عنوان مناسب ترین سیال برای چرخه باینری، توان خالص تولیدی، راندمان انرژی و اگزرژی چرخه پیشنهادی به ترتیب برابر با 11/17 مگاوات، 35/14 % و 38/53 % به دست آمده است. نتایج تحلیل اگزرژی نشان می دهد که کندانسور قسمت باینری دارای بیشترین تخریب اگزرژی می باشد. با مقایسه عملکرد چرخه پیشنهادی با چرخه پیشنهاد شده در پژوهش های قبلی برای منابع زمین گرمایی سبلان، با در نظر گرفتن شرایط یکسان برای چاه ها، نتیجه شده است که توان خالص تولیدی چرخه پیشنهادی در این مقاله 3/26%، راندمان حرارتی 8/31% و راندمان اگزرژی 23% بهبود یافته اند.
    کلیدواژگان: منابع زمین گرمایی سبلان، نیروگاه زمین گرمایی، چرخه تولید توان، تحلیل اگزرژی، تخریب اگزرژی
  • حسین علی اکبری، فرامرز آشنای قاسمی *، بهرام رمضان زاده صفحات 261-269
    در این تحقیق، پوشش های نانو کامپوزیت های بر پایه پلی یورتان حاوی درصدهای وزنی مختلف از نانو ذرات آلومینا تهیه و خواص فیزیکی/مکانیکی آن ها بر روی زمینه فولادی مورد بررسی قرار گرفت. خواص فیزیکی/ مکانیکی پوشش ها توسط آزمون های ضربه، خمش، کشش و آنالیز دینامیکی مکانیکی حرارتی ((DMTA مطالعه گردید. چگونگی پخش نانوذرات در پوشش توسط میکروسکوپ الکترونی روبش میدان مغناطیسی (FE-SEM) بررسی شد. نتایج ارزیابی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها نشان داد که با افزایش درصد وزنی نانو ذرات تا 2 درصد افزایش قابل ملاحظه استحکام کششی و انرژی در نقطه شکست کامپوزیت و تا چهار درصد وزنی افزایش چگالی اتصالات عرضی و مدول ذخیره پوشش مشاهده گردید. همچنین مقاومت در برابر ضربه و خمش کامپوزیت ها به دلیل انعطاف پذیری خوب پلی یورتان، با غلظت های پایین نانو ذرات تحت تاثیر قرار نگرفت. بهبود خواص فیزیکی/ مکانیکی به پخش مناسب نانوذرات در پوشش و مدول بالای آن ها ارتباط داده شد. همچنین نانوذرات توانستند تا انرژی وارده به پوشش را در فصل مشترک پوشش/نانوذرات تلف نموده و استحکام آن را در برابر تنش وارده افزایش چشمگیر دهند.
    کلیدواژگان: پلی یورتان، نانوذرات آلومینا، رفتار فیزیکی- مکانیکی، رفتار حرارتی
  • محمد غفاری، محمود پسندیده فرد *، علی نوکلی صبور صفحات 271-280
    در این تحقیق از روش چند شبکه غیر خطی همراه با پیش شرط جهت بهبود نرخ همگرایی و کاهش زمان محاسباتی معادلات حاکم بر جریان تراکم پذیر استفاده شده است. روش شبکه های چندگانه، به مجموعه ای از الگوریتم های محاسباتی گفته می شود که توسط سلسله مراتبی از گسسته سازی های متفاوت، برروی شبکه های فیزیکی مختلف با ابعاد متفاوت، فرایند حل معادلات دیفرانسیل را تسریع می بخشند. زمانی که در فرایند حل معادلات جریان، از الگوریتم چند شبکه غیر خطی جهت کاهش خطاهای عددی استفاده می شود، انتخاب روشی مناسب جهت هموار کردن نوسانات در سطوح مختلف شبکه، نقش مهمی در بهبود عملکرد آن ایفا می کند. در این پژوهش، از روش های پیش شرط گذاری جهت کاهش ناپایداری های سیستم معادلات خطی که در هر تکرار تولید می شوند استفاده شده است. از جمله نتایج این کار تحقیقاتی می توان به انتخاب روش پیش شرط گذاری مناسب جهت ترکیب با روش چند شبکه، ارزیابی روش چند شبکه در برخورد با جریان های مغشوش، آرام و غیر لزج و همچنین بررسی الگوریتم های مختلف جابجایی بین شبکه ها (چرخه) ، اشاره کرد.
    کلیدواژگان: نرخ همگرایی، روش چند شبکه، جریان تراکم پذیر، پیش شرط گذاری، شبکه نامنظم
  • حسن غیاثی* ، مصطفی سلطانلو صفحات 281-286
    خرابی قطعات ممکن است تحت تاثیر یکی از چهار عامل طراحی، مواد، فرآیند تولید و استفاده نادرست یا ترکیبی از هر یک از این عوامل رخ دهد. لذا هدف از بررسی علت شکست قطعات، مشخص نمودن هریک از عوامل فوق و جلوگیری از تکرار آنهاست. میل لنگ قسمت مهمی از یک موتور احتراق داخلی است که تعداد زیادی از نیروهای خمشی و پیچشی تکرار شونده را در عمر کاری خود تحمل می نماید. خستگی از عوامل مهم خرابی دراکثر میل لنگ ها می باشد. در این تحقیق با انجام آزمایشهایی همچون بررسی های ماکروسکوپی، آنالیز شیمیایی، اندازه گیری زبری سطح ژورنال ها و شعاع گلویی آنها، خواص مکانیکی، متالوگرافی و بررسی سطح شکست با میکروسکوپ الکترونی روبشی، علت شکست یک میل لنگ قطار مورد مطالعه واقع شد. در این مطالعات مشخص شد که شکست در اثر خستگی رخ داده است؛ که علت احتمالی آن کاهش مقاومت به خستگی بواسطه زبری بالای سطح ژورنال، وجود مقادیر زیاد و حجیم ناخالصی های سولفیدی و نیتریدی و کربن سوزی جزئی ناشی از ماشینکاری می باشد.
    کلیدواژگان: میل لنگ، خستگی، ناخالصی، زبری، کربن سوزی جزئی
  • مجید قدیری *، خشایار قربانی، محمد مهین زارع صفحات 287-296
    در این پژوهش اثر گرما بر فرکانس طبیعی حاصل از ارتعاش آزاد یک نانو صفحه ی دایره ای متقارن نازک مورد بررسی قرار می گیرد. توزیع گرما به صورت یکنواخت در نظر گرفته شده و خواص مواد در راستای ضخامت صفحه تغییر می کند. از نظریه تنش کوپل اصلاح شده به منظور اعمال اثر اندازه استفاده شده و معادلات حاکم برحرکت و شرایط مرزی با استفاده از اصل هامیلتون و بر اساس نظریه کلاسیک صفحه به دست آمده و به صورت تحلیلی با استفاده از توابع بسل برای شرط مرزی کاملا مهار شده و تکیه گاه ساده حل می شوند. نتایج حاصله نشان می دهد که افزایش تغییرات دما، نسبت ضخامت به پارامتر اثر اندازه، توان توزیع ماده و نسبت شعاع به ضخامت منجر به کاهش فرکانس طبیعی سیستم در هردو شرط مرزی می شود. اثر افزایش نسبت ضخامت به پارامتر اثر اندازه بر روی فرکانس طبیعی صفحه در شرایط مرزی کاملا مهار شده بیشتر از شرایط مرزی تکیه گاه ساده است ولی در هر دو شرط مرزی در نسبت های بالاتر این اثر کاهش می یابد. اثر افزایش تغییرات دما بر روی فرکانس های طبیعی در شرایط مرزی تکیه گاه ساده نسبت به شرایط مرزی کاملا مهار شده بیشتر است به گونه ای که تغییرات دماهای پایین تری منجر به رفتار غیر خطی صفحه می شود.
    کلیدواژگان: ارتعاش آزاد، نانو صفحه ی دایره ای با ساختار مواد درجه بندی شده، اثر حرارت، تنش کوپل اصلاح شده
  • محمدرضا کارگر، احسان بنی اسدی * صفحات 297-306
    ماهیت تناوبی انرژی خورشیدی از مهمترین مشکلات این نوع انرژی به شمار می آید. در این راستا، یک سیستم ذخیره سازی انرژی گرمایی کارآمد می تواند در افزایش بهره وری یک نیروگاه خورشیدی بسیار موثر باشد. در این مقاله، چندین چیدمان مختلف برای مبادله کن گرمایی فوق گرمایش بخار برای ذخیره سازی انرژی گرمایی بر اساس مواد تغییر فاز دهنده به صورت عددی شبیه سازی شده، سپس بر اساس قانون دوم ترمودینامیک مورد ارزیابی قرار گرفته است تا مناسب ترین چیدمان مشخص شود. همچنین عملکرد یک سیستم ذخیره سازی انرژی بتنی با سیستم های دیگر مقایسه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد با افزایش تعداد ماژول های ماده تغییر فاز دهنده از یک تا سه عدد، میزان بازگشت ناپذیری کاهش می یابد و راندمان سیستم یک تا سه درصد افزایش می یابد. همچنین افزایش تعداد ماژول ها باعث کاهش گرادیان دمای خروجی می شود. نتایج بررسی تاثیر دبی و دمای ورودی بخار نشان می دهد با افزایش این دو پارامتر راندمان اگزرژی سیستم کاهش می یابد. با افزایش پنج برابری دبی ورودی و یا افزایش بیست درجه‍ای دمای بخار ورودی حین زمان شارژ سیستم ذخیره انرژی، راندمان سیستم تقریبا پنج درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: مواد تغییر فاز دهنده، نیروگاه خورشیدی، ذخیره سازی انرژی گرمایی، اگزرژی
  • رضا کروبی، محسن ایرانی رهقی * صفحات 307-314
    در این مقاله یک روش تحلیلی به منظور تحلیل ارتعاشات آزاد یک پوسته استوانه ای ساندویچی از جنس مواد مدرج تابعی که توسط دو لایه پیزوالکتریک احاطه شده است، ارائه می شود. لایه های پیزوالکتریک که در درون و بیرون پوسته مرکزی قرار گرفته اند، به عنوان حسگر و محرک جهت کنترل ارتعاشات پوسته مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از نوآوری های این مقاله در این است که لایه های پیزوالکتریک نیز به صورت مواد مدرج تابعی در نظر گرفته شده اند. برای مدل سازی سیستم از نظریه برشی مرتبه اول استفاده شده است. ابتدا با در نظر گرفتن جملات ون-کارمن، معادلات حرکت سیستم به صورت غیر خطی، با استفاده از اصل هامیلتون استخراج شده اند. معادلات حرکت سیستم به صورت معادلات با مشتقات جزئی است که با استفاده از روش ناویر به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده اند. سپس با توجه به اینکه جابجایی های سیستم کوچک است و لذا می توان از جملات شامل توان های بالای جابجایی صرف نظر کرد، معادلات حرکت سیستم خطی سازی شده اند. در انتها شبیه سازی در نرم افزار MATLAB صورت گرفته است و نتایج مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج حاصل از این بررسی نشان می دهد که با افزایش ضریب ناهمگنی مربوط به پوسته مرکزی، فرکانس های طبیعی سیستم کاهش می یابد. همچنین افزایش ضخامت پوسته مرکزی، سبب افزایش فرکانس های طبیعی سیستم خواهد شد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات، پوسته استوانه ای، مواد مدرج تابعی، مواد پیزوالکتریک
  • مسعود محبی *، محمدعلی رضوانی، محسن درگزی صفحات 315-321
    حرکت قطار اغتشاشاتی را در هوای اطراف خود ایجاد می کند که سبب تشکیل جریان هوایی در طول قطار می گردد. امروزه که شاهد گسترش خطوط قطارهای پرسرعت هستیم این موضوع اهمیت بیشتری پیدا می کند. زیرا در زمان عبور قطار از نزدیک سازه هایی نظیر تونل ها، پل ها و غیره جریان های صوتی ای اطراف قطار در تعامل با سازه به وجود می آید که این جریان ها، امواج فشاری تولید می کنند. این امواج می تواند اثرات زیانباری بر قطارها و تجهیزات مجاور خطوط داشته و ایمنی و سلامتی انسان هایی را که در مجاورت خطوط آهن قرار دارند به خطر بیندازد. در این مقاله بامطالعه و ارزیابی استانداردهای آیرودینامیک قطارها ضمن تاکید بر مسئله وزش بادهای عمود بر حرکت قطارها که به مراتب آثار سوء ایمنی در پی دارد ضمن شبیه سازی اثرات بادهای عرضی بر قطارهای پرسرعت عبوری با محدوده سرعت 160 تا 300 کیلومتر بر ساعت به پارامترهای تاثیرگذار بر ایمنی حرکت قطارپرداخته شده و راهکارهایی جهت حفظ ایمنی حرکت قطار بیان می گردد. لازم به ذکر است باد عمود بر حرکت قطار در سرعت های بالا می تواند آثار سوء ایمنی داشته باشد که در این مقاله آثار آن بررسی شده و ملاحظات فنی در این خصوص ارائه می گردد. در ایران، به دلیل نبودن قطارهای پرسرعت تاکنون مطالعه ای روی این موضوع صورت نپذیرفته است ولی در کشورهای دارای خطوط آهن پرسرعت روی موارد مشابه تحقیقات گسترده انجام گردیده و نیز در جریان است.
    کلیدواژگان: آیرودینامیک، قطارهای پرسرعت، باد عرضی، راهکار اصلاحی، خط تهران-اصفهان
  • مهسا مصطفوی، محسن نظری * صفحات 323-330
    اختلاط در بسیاری از ریزساختار ها نقش اصلی را ایفا می کند بنابراین افزایش اختلاط در مقیاس میکرو حائز اهمیت است. در این مقاله، اختلاط ناشی از ایجاد جریان الکتروکینتیک القایی غیر خطی در یک میکروکانال مستطیلی دارای موانع رسانا، به صورت عددی موردمطالعه قرارگرفته است. در حالیکه بیشتر مطالعات قبلی در مورد اجسام نارسانا با بار الکتریکی ثابت بوده است، در این تحقیق، اختلاط با در نظر گرفتن موانع رسانا و ایجاد بار القایی، بررسی شده است که نوآوری اصلی پژوهش حاضر است. نتایج حل عددی، جریان چرخشی در نزدیکی موانع رسانا را نشان می دهد که باعث افزایش میزان اختلاط می شود. علت پیدایش گردابه ها، توزیع غیریکنواخت زتاپتانسیل القایی بر روی این موانع است. همچنین اختلاط در میکرومیکسر پیشنهادی به ازای موقعیت موانع، نسبت ارتفاع موانع به ارتفاع کانال و زاویه مانع مثلثی با استفاده از پارامتر بازده اختلاط مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج نشان می دهد در حالتی که موقعیت و زوایای موانع ثابت باشد، با افزایش نسبت ارتفاع موانع به ارتفاع کانال، بازده اختلاط افزایش می یابد. همچنین در شرایطی که موقعیت و ارتفاع موانع ثابت باشد، با افزایش زاویه مانع، کاهش بازده اختلاط مشاهده می شود. تاثیرقدرت میدان الکتریکی خارجی نیز بر میزان اختلاط بررسی شده و در نهایت، محدوده اعداد بی بعد جهت میکرومیکسری با بازده اختلاط قابل قبول ارائه گردیده است.
    کلیدواژگان: میکرو میکسر، جریان الکترواسمتیک، زتاپتانسیل القایی، حل عددی
  • نیما ندیریان، حسن بیگلری *، محمد علی حامد صفحات 331-339
    در این مقاله، پاسخ دینامیکی تیر ساندویچی با هسته انعطاف پذیرو تکیه گاه ساده مجهز به وصله های حسگر و عملگر پیزوالکتریک تحت بار گسترده سینوسی قبل و بعد از کنترل بررسی می شود. برای به دست آوردن پاسخ سازه ای از نظریه سه لایه تیر ساندویچی استفاده شده است که در آن برای رویه بالا و رویه پایین نظریه اویلر-برنولی و برای هسته نظریه مرتبه اول خطی بکار گرفته شده است. معادلات حاکم بر مساله با استفاده از اصل هامیلتون استخراج شده اند. با استفاده از روش گالرکین معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم بر مساله به معادلات دیفرانسیل معمولی در حوزه زمان تبدیل شده و سپس با تعریف مناسب متغیرهای حالت، معادلات حالت سیستم ب دست آمده اند. از روش کنترلی بهینه خطی مرتبه دوم برای کنترل ارتعاشات استفاده شده است. هدف مقاله نشان دادن اثر انعطاف پذیری هسته در کنترل پاسخ دینامیکی تیر و بررسی پاسخ فرکانسی آن قبل و بعد از بستن حلقه کنترلی توسط نظریه سه لایه تیر ساندویچی است. بررسی ها بیانگر عملکرد خوب کنترلر در کاهش دامنه ارتعاشات است. همچنین، انعطاف پذیری هسته می تواند باعث ایجاد حدود 18% اختلاف در دامنه ارتعاش رویه بالا و پایین شود که این امر در تعیین محل عملگر و حسگر در رویه بالا و پایین تاثیرگذار است.
    کلیدواژگان: تیر ساندویچی، هسته انعطاف پذیر_ وصله پیزوالکتریک، کنترل بهینه خطی مرتبه دوم، تئوری سه لایه
  • مجتبی هراتیان *، مجید عمیدپور، علی اصغر حمیدی صفحات 341-350
    در این مطالعه، کاربرد الگوریتم ژنتیک در طراحی بهینه ابعاد هندسی بازیاب های گرمایی تابشی با آرایش جریان مخالف از دیدگاه اقتصادی با هدف دستیابی به حداقل هزینه ساخت و بهره برداری ارائه شده است. بازیاب های تابشی برای بازیافت گرما از گازهای احتراق خروجی از کوره های صنعتی دما بالا و پیشگرم کردن هوای احتراق کاربرد فراوان دارند. در این مقاله محاسبات گرمایی بازیاب با در نظر گرفتن تابش و بر مبنای روش اختلاف دمای متوسط لگاریتمی انجام شده است. از تابع هزینه کل سالیانه شامل هزینه های سرمایه گذاری اولیه و بهره برداری به عنوان تابع هدف برای بهینه سازی هندسی بازیاب تابشی استفاده شده است. به کمک الگوریتم ژنتیک مقادیر بهینه ابعاد هندسی بازیاب گرمایی بر مبنای روش های بهینه سازی تکاملی به گونه ای تعیین شده اند که مقدار تابع هدف کمینه شود. بررسی صحت محاسبات طراحی و نتایج بهینه سازی با اعمال روش ارائه شده روی سه مورد مطالعاتی از مراجع ذکر شده، انجام شده است. تطبیق نتایج نشان می دهد که از روش پیشنهادی می توان به عنوان روشی کارآمدتر از روش های سعی و خطا در طراحی بهینه اقتصادی بازیاب های تابشی استفاده کرد.
    کلیدواژگان: بازیاب گرمایی تابشی، طراحی بهینه، الگوریتم ژنتیک
  • علی الماسی ، میر نریمان یوزباشی * صفحات 351-357
    درگیری سطوح اسپیندل مورد استفاده در ماشین افزار با تکیه گاه، باعث ایجاد سایش در سطح اسپیندل شده و در نتیجه عدم کارایی اسپیندل و افت کیفیت محصول خروجی را در پی خواهد داشت. مطابق اطلاعات به دست آمده از کارخانجات فعال در حوزه ماشین افزار، محور فرعی اسپیندل ها از جنس فولاد 16MnCr5 تهیه می شوند. در تحقیق حاضر، تاثیر عملیات های حرارتی سطحی کربن دهی، کربونیتروژن دهی، نیتروکربن دهی و ابتدا نیتروژن دهی سپس کربن دهی (به عنوان یک روش تجربی) روی خواص سایشی فولاد 16MnCr5، به منظور افزایش عمر کاری اسپیندل مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش سایش مورد استفاده در این تحقیق، از نوع بلوک روی رینگ می باشد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون ریزسختی سنجی و متالوگرافی جهت تجزیه و تحلیل نتایج استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد نمونه هایی که تحت عملیات سطحی حرارتی کربونیتروژن دهی قرار گرفته اند؛ از خواص سایشی بهتری در مقایسه با سایر نمونه ها برخوردار هستند. همچنین، تصاویر به دست از میکروسکوپ الکترونی، حاکی از عدم تاثیر نه چندان زیاد، عملیات های سطحی بر نحوه شکست نمونه ها بوده است.
    کلیدواژگان: فولاد 16MnCr5، سخت کاری سطحی، نیتروژن دهی، کربن دهی
  • شهروز یوسف زاده* ، رضا شهوه صفحات 361-365
    در این مقاله کمانش حرارتی ورق نسبتا ضخیم دایره ای شکل ساخته شده از مواد تابعی (FGM) با لایه های پیزوالکتریک محرک-محرک بر اساس تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی صفحات مورد بررسی قرار گرفته است. شرایط مرزی به صورت گیردار و خواص مکانیکی ورق در راستای ضخامت متغیر فرض شده است. روابط سینماتیکی بر اساس تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی صفحات در نظر گرفته شده است. معادلات غیرخطی تعادل و خطی پایداری با استفاده از حساب تغییرات و اعمال معادلات اویلر-لاگرانژ بر تابعی انرژی پتانسیل کل بدست آمده اند. سپس با حل معادلات حاصل تحلیل کمانش ورق ساخته شده از مواد تابعی تحت دو نوع بارگذاری گرمایی با تغییرات خطی و غیرخطی دما در جهت ضخامت ارائه شده است. در ادامه برای بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر روی دمای بحرانی کمانش، نتایج به صورت جدول ها و نمودارهایی ارائه گردیده و نتایج حاصل از تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی با نتایج حاصل از سایر پژوهش ها مورد مقایسه قرار گرفته و اطمینان کافی حاصل شده است. نتایج نشان می دهد که وجود لایه پیزوالکتریک باعث افزایش دمای بحرانی کمانش می گردد و این افزایش برای حالت ورق همگن بیشتر از ورق ساخته شده از مواد تابعی می باشد. همچنین، مقدار دمای بحرانی کمانش با افزایش نسبت ضخامت ورق و ضخامت لایه پیزوالکتریک بر شعاع ورق افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: کمانش حرارتی، لایه پیزوالکتریک، ماده مدرج تابعی، ورق دایروی
|
  • A. Ebrahimi, Moghadam *, S. M. Hashemian, A. Ebrahimi, Moghadam Pages 1-7
    Today's energy needs are increasing very fast and this is while the energy resources are very limit. In this paper by using numerical methods and investigation absorption coefficient of different colors, the most appropriate color to reduce energy consumption in all seasons has been selected for external wall of a building in Mashhad. Modeling of building has been done and meshed by using Gambit software as a three dimensions model. The simulation of falling solar radiation to building which is the main objective of this study, has been done by Fluent software based on building’s location and in turbulent flow. The results of this research indicate that by selecting the most appropriate color, in total during of the year by 1.5°C temperature decrease in warm days and about 1°C increase in cold days, we have significantly reduce energy consumption in electricity and gas. Finally according to the results of this research and by investigating absorption coefficient of different colors, gray color has been chosen as the most suitable criteria in order to reduce building energy consumption.
    Keywords: Energy consumption reduction, absorption coefficient, residential building, numerical simulation
  • R. Asrari , U. Mohammadi *, M. M. Kherikhah Pages 9-17
    In this paper, a new inverse hyperbolic shear deformation theory is proposed, formulated and validated for a variety of numerical examples of laminated composite beam for the static responses. The proposed theory based upon shear strain shape function yields nonlinear distribution of transverse shear stresses and also satisfies traction free boundary conditions. Principle of virtual work is employed to develop the governing differential equations. A Levy type closed form solution methodology is also proposed for crossply simply supported beams which limits applicability. However, it provides accurate solution which is free from any numerical /computational error. It is observed that the present theory can be more accurately applied for the modeling of laminated composite beams at the same computational cost as that of other shear deformation theories.
    Keywords: hyperbolic shear deformation theory Beam, Laminated Composite, Static Analysis
  • R. Eslami, Farsani *, A. Shahrabi, Farahani Pages 19-26
    Grid composite structures are a new generation of composite materials which due to their unique design (consist of network of stiffeners which have been located upon a skin) possess high specific strength and stiffness, as well as excellent energy absorption. In this study, the effect of addition of multi walled carbon nanotubes in various weight percentages (0, 0.1, 0.25 and 0.4) on the high-velocity impact properties of grid composite plates was investigated. Multi-walled carbon nanotubes by using mechanical stirrer and ultrasonic waves were dispersed into the polymeric matrix. Grid composite plates with hexagonal geometry were fabricated by hand lay-up method and then high velocity impact test by cylindrical projectile with conical nose was performed on these plates. Experimental results showed that the presence of network of ribs which reinforced with carbon fibers restricts the damaged area and increases the energy absorption. For grid composite plates, the best high-velocity impact behavior was obtained with the addition of 0.4 wt. % of carbon nanotubes which in this case, the ballistic limit velocity and absorbed energy during highvelocity impact was increased by 11 and 22%, respectively. Also with the addition of multi walled carbon nanotubes, the damage size of grid composite plates was decreased.
    Keywords: Grid composite, Multi-walled carbon nanotubes, High-velocity impact, Energy absorption
  • M. R. Eftekharinia , M. Mohammadiun *, Gh. Shafee Sabet , H. Mohammadiun Pages 27-33
    In this paper, the conjugate gradient method, coupled with the adjoint problem, is used in order to solve the inverse heat conduction problem and estimation of the time-dependent heat flux, using temperature distribution at a point in a non homogenous geometry. Also, the effect of noisy data on the final solution is studied. The numerical solution of the governing equations is obtained by employing a finite-difference technique. For solving this problem, the general coordinate method and body fitted coordinate method are used. The irregular region in the physical domain (r,z) is transformed into a rectangle in the computational domain (ξ,η). The present formulation is general and can be applied to the solution of boundary inverse heat conduction problems over any region that can be mapped into a rectangle. The obtained results show the good accuracy of the presented method. Also, the solutions have good stability even if the input data includes noise. The problem is solved in an axisymmetric case. Applications of this model is in the thermal protect systems (t.p.s.).
    Keywords: Conjugate gradient method, Time-dependent heat flux, Noisy data, Axisymmetric, non homogenous geometry, General coordinate method
  • M. Botshekanan Dehkordi *, I. Rejabi , S. H. Nourbakhsh Pages 35-44
    In this research a low velocity impact analysis of a sandwich plate with multilayered composite face-sheets and flexible core under thermal conditions is investigated. In this regard, thermal effects and temperature dependent properties of the core are considered. In this study, equations of motion are derived based on a hybrid LW/ESL finite element formulation considering the thermal effects by which the number of unknowns is independent on the number of layers. This new formulation is in the framework of Carrera’s Unified Formulation (CUF). The CUF unify many theories in a unified form such that can be differed by the order of expansion and definition of the variables in the thickness direction. In order to satisfy the interlaminar continuity of transverse stresses between the layers the Reissner Mixed Variational Theorem (RMVT) is employed. In this paper for considering the thermal effects, the nonlinear strains are used. In this research in order to modeling the low velocity impact a new modified spring-mass model is proposed using the two degree spring–mass model and also Choi linearaized law. Results of this formulation are compared with experimental results which show the high accuracy of the proposed formulation. Results show that with increasing the temperature, the impact force decreases and also impact time duration increases significantly. In this study, some new results are presented for different thermal conditions, aspect ratios, face thickness ratios and also different initial energy of impactor.
    Keywords: Sandwich plate, Flexible core, Low velocity impact, Temperature dependent properties, Unified formulation
  • M.A. Badri *, A.A. Aalam Rajabi , B. Zamani Pages 45-54
    Increasing energy consumption nowadays has caused consideration of renewable energies, in particular solar energy, using photovoltaic systems to be brought into attention. Using concentrating systems in order to increase radiation intensity on solar cells would cause increasing the power and hence decreasing the cost. Of these, systems with concentrating ratio of less than 10 are of great importance due to the usage of normal mono crystal solar cells with no complicated cooling systems. In this paper, the performance of a solar cell was stated by three models; ideal, mono diode and two diodes versions and the validity and the accuracy of models were evaluated by experimental results. Among three alternatives, the two-diode version showed more accurate results. Then, effect of concentrating sunlight on mono crystal solar cells were investigated experimentally. A mono crystal solar panel was modeled and variations in open circuit voltage, short circuit current and output power with changes in radiation intensity and panel temperature were simulated. The experimental results by a concentrating system were then compared with those of simulations. In these experiments, where concentrating of sun lights was achieved by using mirrors, radiation intensity and cell’s temperature, changed. By using a concentrator system, output power of solar panel has increased up to 1.9 times in comparison with standard conditions.
    Keywords: Solar cell, Photovoltaic concentrators, Ideal model, Mono diode model, Two diodes model
  • M. J. Bazrgar , M. Dehghan Manshadi * Pages 55-63
    The In this research, aerodynamics forces and lambda wing flow physics with a sharp leading edge and leading edge sweep angles of 54.9° and 29.5° have been investigated in the ground effect region numerical method. At Mach number 0.2, angle of attack from 0° through 8°, with clearance free stream through 0.05 is varying. The equations is solved based on the finite volume method. Two equation k- SST model is used for turbulence modeling. The drag, lift, nose up moment, aerodynamics efficiency, parasitic drag increase with decreasing flight height, and decrease the induced drag. The coefficients variations percentage relative to free stream increases with height decreasing and angle of attack, and most variation percentage are at clearance from 0.3 to 0.05.The study flow physics at angle of attack 8° is exhibited with the flight height decreasing, the flow between the ground and the windward side is blocked to decrease dynamic pressure and increase static pressure. Also, suction on the leeward side increase and the strengthened primary vortex. With the flight height decreasing, wing kink location vortex is weakened and vortex breakdown is transferred to the upstream flow.
    Keywords: Ground effect, Numerical solution, Lambda wing, Leading edge vortices
  • M. H. Bayati Chaleshtari , K. Malekzadeh Fard *, M. Jafari , A. R. Pourmoayed Pages 65-74
    In this study , to examine the effect of different parameters on stress analysis of infinite plates with central quasi-square cutout using imperialist competitive algorithm and also to introduce general optimum parameters in order to achieve the minimum amount of stress concentration around this type of cutout on orthotropic plates are purposed. Basis of the presented method is expansion of analytical method conducted by Lekhnitskii for circular and elliptical cutouts. Design variables in this study include fiber angle, load angle, curvature radius of the corner of the cutout, rotation angle of the cutout and at last material of the plate. Imperialist competitive algorithm is the mathematical model and the computer simulation of human social evolution. Finite element numerical solution is employed to examine the results of present analytical solution. Overlap of the results of the two methods confirms the validity of the presented solution. Results ae showed that by selecting the aforementioned parameters properly, less amounts of stress could be achieved around the cutout leading to an increase in load-bearing capacity of the structure.
    Keywords: Imperialist competitive algorithm, Infinite plates, Quasi- square cutout, Analytical solution
  • M. Bayareh * Pages 75-84
    Engineers need the equation of states to simulate refinery processes in order to respond to their needs. In the present study the Perturbed-chain Statistical associating fluid theory (PC-SAFT) Equation of State are used to predict thermodynamic properties of hydrocarbon fluids. PC-SAFT is able to predict the thermodynamic properties of associating fluids such as hydrocarbons. The thermodynamic relationships are derived analytically with MATLAB. The numerical values of the thermodynamic properties of hydrocarbons, such as density, entropy, enthalpy, in thermal energy, heat capacity of hydrocarbons are obtained by MATLAB as well. By comparing the results with experimental results, the author found that PC-SAFT entails accurate predictions about the properties of hydrocarbons and also can predict thermodynamic properties of hydrocarbons at high pressures and low temperature. The calculated results from PC-SAFT minimum error for pure hydrocarbon and the maximum error for mixed hydrocarbons. Furthermore, the maximum calculated average absolute are 1.18% for density, 2.5% for enthalpy, 0.77% for internal energy, 3.33% for constant volume heat capacity and 4% for constant pressure heat capacity. Therefore, very low level of errors indicates the appropriateness of PC-SAFT performance to predict thermodynamic properties of materials.
    Keywords: Refinery processes simulation, Perturbed-Chain Statistical Associating Fluid Theory, Thermodynamic properties, Hydrocarbon.
  • M. Paidar , M. A. Ashjari * Pages 85-94
    Present paper introduces a novel floor heating system which provides its heat by the Sun. This integrated system incorporates the advantages of both floor heating and free energy supply simultaneously. It is examined for a special building under different climate conditions. Based on the obtained results for very cold climate conditions the new system’s performance is significantly low. This is mainly due to the working fluid’s high temperature limit which causes the supporting solar system to be too much bigger than the normal one which is sufficient to heat up the building. The most significant advantages of the proposed design is for moderate climate conditions where the inlet temperature limit does not impose an extra area and, hence, cost for the solar system. For this condition the integrated system has superior advantages to the traditional ones.
    Keywords: Floor heating, Building, Energy efficiency, Climate conditions, Solar energy, Environment
  • R. Taghavi *, E. Solki , A. Hesami , B. Ashjaee Pages 95-103
    In the present research work, flow behavior in a centrifugal compressor has been experimentally investigated at various operating conditions from far to near surge and different compressor rotational speeds. Having introduced the experimental set-ups, results of velocity fluctuations at compressor inlet, as a surge precursor, have been presented. Hot-wire anemometry of high frequency response was used to measure these fluctuations at three compressor rotational speeds of 9000, 10000 and 13000 rpm and three operating conditions of maximum flow coefficient, near design point and surge conditions. Experimental results showed that reduction from maximum flow coefficient towards the surge point can increase fluctuations of instantaneous velocity signals at aforementioned rotational speeds by the factor of 2.6, 1.9 and 1.57, respectively. In addition, increase of compressor rotational speed increases fluctuation of instantaneous velocity signals at surge condition by an average factor of 1.17. Finally, analysis of frequency spectrums of velocity fluctuations, showed a dominant frequency of surge at about 30 percent of the blade passing frequency.
    Keywords: Centrifugal Compressor, Surge, Frequency Spectrum, Hot-wire Anemometer, Compressor Performance
  • A. Jalali, A. miri Delouei *, A.M. Golmaohammadi, M. Khorashadizadeh Pages 105-113
    In this study non-Newtonian fluid flow in two-dimensional channel with a circular obstacle has been studied using lattice Boltzmann method. The Carreau-Yasuda non-Newtonian model is used to simulate the non-Newtonian fluid behavior. The exponential model with different temperature-thinning coefficients is utilized to investigate the temperature-dependent viscosity of non-Newtonian fluid. Regarding to the local properties of the lattice Boltzmann method, the shear-dependent and temperature-dependent properties of Carreau-Yasuda non-Newtonian fluid are easily modeled with two-order accuracy. The validation of results for fluid flow and heat transfer parameters are completed, successfully. Results show a reduction in the power index of Carreau-Yasuda non- Newtonian model leads to growth of average Nusselt number, especially in high Reynolds numbers. Simulations show an increasing in the Carreau number causes to increase of wakes formed behind the cylinder. The results of drag coefficient versus temperaturethinning coefficient shows that the temperature-dependent viscosity has a significant effect on the flow field; in a way that a growth in the temperature-thinning coefficient leads to increase and decrease of drag coefficient and size of the vortices, respectively.
    Keywords: Non-Newtonian fluid, Carreau-Yasuda model, Lattice Boltzmann method, Temperature-dependent viscosity
  • F. Haji Aboutalebi *, D. Defaei Esfahani Pages 115-121
    Today, the great vehicle companies use of computational simulation of vehicle crash and different software to avoid spending too much time and cost. In this investigation first, applying the Johnson-Cook ductile damage criterion in the ABAQUS explicit code, crash of a few important components of Pride vehicle such as fender, hood, door, and rear trunk which are most at risk of crash to barrier are simulated. Speed boundary conditions, barrier shape, and impact angle are adopted from the real accidents and implemented into the software. Carrying out the simulations, the results of deformation and damage in any of the above mentioned parts are predicted, maximum damage zones and near to failure are identified. Then, simulation results are compared with the results of the actual samples, to evaluate the Johnson-Cook damage criterion and material properties. Comparison of the numerical and real results reveal that the Johnson-Cook damage criterion can well predict the deformations and strength of different parts of the car through the crashing to barrier.
    Keywords: Pride Vehicle Components, Crash to Barrier, Johnson-Cook Damage Criterion, Numerical Simulation
  • S. Hasanifard *, A. Memari, C. Amini, M.R. Khoshravan Azar Pages 123-132
    Fatigue failure occurring in most engineering components, generally is related to multiaxial loadings. Variation in principal axes of stresses and strains in multiaxial loading causes additional hardening and this is assumed as the main reason of fatigue life decrease. The origin of multiaxiality may have diverse reasons and may arise from multiaxial loading, complicated geometry or residual stresses. In the present study various multiaxial fatigue criteria were applied for predicting fatigue life of an alloy and by using the finite element method a hollow cylindrical specimen made of alloy GH4169 was simulated under strain controlled multi-axial loading at high temperature. Hysteresis loops derived from simulation results and estimated life have been validated and compared with reference sample experimental results. The results shows that approaches considering simultaneous effect of stress, strain and additional hardening, especially at high temperature loading condition, could better predict the life. Among the presented criteria, Fatemi-Kurath, Fatemi-Socie and energy criteria have closest predictions to experimental results.
    Keywords: multiaxial fatigue, hysteresis loops, high temperature fatigue, low cycle fatigue
  • Z. S. Hosseini *, H. Hajabdollahi Pages 133-141
    A cold room assisted vapor-compression refrigeration cycle is dynamically modelled and optimized. The design parameters are evaporator pressure, condenser pressure, length, wall’ thickness and height of cold room, mass flow rate of refrigerant as well as the value of superheating/subcooling in evaporator/condenser. To find the optimum value of design parameters Multi Objective Genetic Algorithm (MOGA) is applied. Moreover three refrigerants included R22, R134a and R407c are used as working refrigerant in this system. Total annual cost (TACO) and coefficient of performance (COP) are selected as two objective functions. The optimum solutions show that R407c is the best refrigerant in both thermo dynamical and economical view points with 9148.2 $/year as total annual cost and 6.12 for COP. The optimum result of R407c showed the total annual cost improved 50.74%, and 8.68% in comparison with R134a and R22 respectively. Furthermore, COP improved 9.97% and 13.72% in comparison with R134a and R22, respectively. It is worth mentioning the optimum results reveal the compatible between two objectives, the coefficient of performance and the total annual cost (in maximum point of COP have minimum point of TACO). However by using R407c as refrigerant of system have the minimum area of cold room, the refrigerants R134a and R22 are in the next ranking, respectively.
    Keywords: Cold room assisted vapor-compression refrigeration cycle, Refrigerant, Multi objective Genetic Optimization, Totalannual cost
  • A. HoseiniMoghaddamomami, U. Yasi *, S. A. Nourbakhsh, A. F. najafi Pages 143-152
    In recent years, because of need to energy production at low cost, using micro hydro turbines has been very attractive. The low construction costs, easy installation and maintenance, low head and flow requirements, small size, no need for the extensive power network and decentralization of hydro power are some of the unique characteristics of Micro hydro turbines. Hydrocoil turbine as a new, efficient and affordable axial flow turbine is one of the best options for distributed generation of electricity. Although Hydrocoil’s design is mainly inspired by Archimedes screw turbine, there are differences in their blade’s pitch and installing angle. In this work, two different samples of hydrocoil turbine with constant and variable pitches have been studied numerically under identical conditions to study the effect of pitch changes on operating point at constant head and five different rotational speeds. The results indicate that efficiency and power of variable pitch turbine are 30 to 40 percent more than constant pitch turbine. These results provide necessary background to build optimized variable pitch hydrocoil for the first time in Iran.
    Keywords: Hydrocoil, screw, Variable pitch, Constant pitch
  • A. Hamzei, E. Jomehzadeh *, M. Rezaeizadeh Pages 153-157
    Graphene without defect exhibits extraordinary mechanical properties. However, it suffers from defects such as Stone-Wales of atoms. Also, graphene, generally completed by thermodynamic conditions, is not smooth and this can change its behavior. In this paper, the stretching stiffness of a rippled graphene containing Stone-Wales defect under uniaxial tensile load is studied. The corrugated surface of the rippled graphene is modeled by a random function using MATLAB software and the flat and rippled graphene sheets are compared. In order to investigate the effect of Stone-Wales defect on the strength of graphene, the molecular dynamics simulation is used and the AIREBO potential function is utilized to model the covalence bonding of the carbon atoms. Also, the Nose-Hoover thermostat is used to control the temperature of the system. The results show that the existence of Stone- Wales defect considerably reduces the strength of armchair graphene, but less effect on strength in zigzag direction. Also, rippling causes an increasing strength in zigzag direction.
    Keywords: Rippled graphene, Molecular dynamics, Stone-Wales defect, Ultimate strength
  • M. Khanaki *, M. Mafi, H. Ajorloo Pages 159-167
    In this investigation, performance enhancement of direct evaporative cooling system using storage reservoir of cold water has been studied. The water in the reservoir is aimed to store the cold energy overnight and use it during daytime to reduce the temperature of exhaust air from cooler. In this paper, at first stage, the governing equation of above mentioned hybrid direct evaporative cooler is extracted and then, the effect of water storage reservoir mass on the temperature of exhaust air from cooler is investigated. Take a typical summer day in Tehran for example; the results indicate that the use of storage reservoir containing water with a mass of three times larger than the mass of dry air passed through cooler per hour decreases the temperature of the cooled air by 2.02℃ at 14:00 clock. The major advantages of this system are shifting the hours for the maximum and minimum cooled air temperatures towards other hours of a day (e.g., from 05:00 and 14:00 to 06:00 and 18:00, respectively) as well as reducing the cooled air temperature range from 6 to 3.5℃.
    Keywords: Hybrid cooling system, Direct evaporative cooler, Storage reservoir of cold water
  • S. Khosrojerdi, A. Mirabdolah Lavasani *, Sh. Delfani Pages 169-177
    Since solar energy is known as one of the most important and renewable energy resources, increasing the absorption of solar energy plays significant roles in the effectiveness of thermal collector systems. This research aims to analyze empirically the function of direct absorption solar collectors with the use of graphene oxide nanoplatelets /deionized water. Weight percent’s of the graphene oxide in the deionized water are selected 0.005, 0.015 and 0.045. Collectors have been examined according to EN 12975-2 standard in various intern fluid temperature and with flow rates of 0.0075, 0.015 and 0.0225. Results show by increasing the weight percent of Nanofluid, collector’s performance is increased. Moreover, the maximum efficiencies of collector with the flow rate of 0.045 are determined 63.28%, 72.59% and 75.07%. This amount for the normal fluid is 58.25%.
    Keywords: Direct absorption solar collector, Nanofluids, Graphene oxide Nanoplatelets, Efficiency
  • A. Khosravi, M. Salimi bani, H. Bahreinizad * Pages 179-185
    Artificial vessel graft is one of most common procedures. In order to prevent damaging the blood hemodynamic’s, mechanical behavior of this prosthesis should be close to the natural blood vessel. The main goal of this study is to develop an adequate model for artificial blood vessel analysis and to use that model to design a good artificial vessel with functionally graded material. In this study, geometry, three layer structure and pressure conditions of blood in ascending part of aorta have been modeled, and radial displacement versus time, radial displacement versus length, circumferential and von-mises stress have been obtained. After validating this simulation, two common materials for artificial blood vessel were used to design functionally graded materials with different heterogeneous indexes. After FSI simulation of artificial vessel made of parabolic functionally graded material and natural vessel, response parameters for different heterogeneous indexes were calculated and compared with the natural vessel behavior. Results of this study suggest that using a functionally graded material made of Dacron, Teflon and Polyurethane with intermediate heterogeneous index shows a close behavior to the natural blood vessel.
    Keywords: Thick cylinder, Artificial vessel, Finite element method, Heterogeneous index, Functionally graded materials
  • M. Rahmanpour *, A. Pourrajabian, R. Ebrahimi Pages 187-196
    The size and the axial/radial velocity distributions of electrically controlled droplets generated from Taylor cone operating in the stable cone-jet regime are simulated by numerical modeling of electrosprays. To achieve these goals, a numerical code in FORTRAN is developed. Electrospray droplet dynamics considered the diluted two-phase flow and used Lagrangian method for tracking of a single drop and in the simulation the effect of still air around drops is taking to account in one direction. Also, a new model is used to determine the primary breakup process of jet to calculate the initial droplet diameter and breakup space. A model is formulated as function of liquid flow rate, needle-to-counter electrode distance, applied voltage, and electrical conductivity and surface tension of the liquid in a DC electric field is presented with a 2D electrohydrodynamic model. The droplet size reduction can be explained by evaporation and/or Coulomb explosion. Results show that moving downstream, the average velocity of droplets decreases monotonically. This paper reports a numerical study of the effects of an externally applied electric field on the dynamics of drop formation from a vertical metal capillary. The fluid issuing out of the capillary is a viscous liquid, the surrounding ambient fluid is air, and the electric field is generated by establishing a potential difference between the capillary and a horizontal, electrode placed downstream of the capillary outlet. The Primary jet Break-up and droplet transport and evaporation of electrohydrodynamic sprays is investigated by modeling of droplet size and velocity distribution in spray cones and a series of drop migrations under the influence of an electric field were carried out and the results are in good agreement with other theoretical and experimental studies.
    Keywords: Electrohydrodynamic, Electrospray, Primary Break-up, charged droplets, Rayleigh Limit
  • N. Rezazadeh, M. DeimiDashteBayaz, E. koohi * Pages 197-204
    One of the important factors in the poultry industry is the cost of fossil fuel and electricity consumption. These costs directly affect the price of all products such as poultry meat and eggs, as major products. The ventilation rate is one of the crucial factors in the consumption of fuel and energy. The need for adequate ventilation is determined by the age of poultries and more specifically by taking account of live weights. The amount of air which is determined for the ventilation is around 4-7 cubic meters per hour per kilogram of body weight. In this study, by management of ventilation system which is include opening a certain number of inlet for air, is tried to fuel consumption to be reduced. The results show that in a poultry house with 20000 number usage of this method reduces fuel consumption by 5 to 80 percent is due to different ambient temperatures range in winter. Also this method for poultry industries which use diesel fuel (natural gas) as fuel for heating will save 2500 liter in a year which is mean%11 reduction in fuel consumption. For warm seasons, as well as to reduce cooling costs using all the inlet potentials is recommended.
    Keywords: Poultry Ventilation, Required Air, Number of open windows, Reducing Fuel Consumption
  • M. Saadat, Targhi, J. Khadem *, M. Farzaneh, Gord Pages 205-213
    The main process that occurs in the CNG refueling station is filling fast process. The main objective of the present study is to apply a more accurate thermodynamic analysis of fast filling process than previous works. By using the thermodynamic analysis, a CNG refueling station with the cascade system, has been simulated. Comparing real and ideal gas models, it can be realized that the temperature profiles are highly different and temperature rise is much more for ideal gas model. the lack of Joule-Thompson cooling effect is the most important factor for this different. The results indicated that there is a temperature rise in order 50 K for real gas and 80 K for the case of ideal gas. The results of the present work have been validated against the experimental data and previous studies. The AGA8 Equation of State has been used to calculate the thermodynamic properties of CNG. The results show that the energy consumed by the compressor for a cycle is equal to 55.1 kWh and the average energy consumption is equal to 1.6 kWh for a vehicle.
    Keywords: Modeling, Fast filling, AGA8 Equation of state
  • R. Seifi *, K. Abbasi Pages 215-224
    Interference fitting widely uses in industry. These joints manufacturing are always associated with limitations and high precision. To reduce manufacturing costs, it is essential to study the influence of form defects on the assembly strength. Standards are limited to simple cylindrical parts. But, variation in interference are common in manufacturing process of these parts. In this article, it has been tried to predict strength of interference joints successfully, by proposing of new definition of mean interference for parts with form defects. Then, strength of interference joints were calculated using traditional Lame approach and mean interference value. Also, real model of interference fit with form defects were analyzed by finite element method. Theoretical results were compared with experimental results for validation. Theoretical results correlate well with those obtained through experiments. Results show that for defected interference fit joints, mean interference can be considered as reliable criterion for evaluation of joint strength.
    Keywords: Interference fit joint, Finite element analysis, Extraction force
  • M. Shahravi *, A. R. Aghalari, S. Shokrollahi Pages 225-232
    Nonlinear vibration analysis of the reaction wheel based on rotating shaft/disk model with elastic bearings which subjected to temperature changes is investigated. The rotating shaft has been modeled by the Timoshenko beam theory and elastic bearing model consists of a nonlinear spring and linear damping characteristics. Gyroscopic effects and disk imbalance forces, as well as the couplings associated with the shear deformation have been considered in the equation of motion. Temperature changes (increase or decrease) is appeared in system as an axially load when the supports of the rotor do not allow the shaft to move in axial direction. The method of multiple scales has been applied directly to solve nonlinear mathematical model and hence obtain the nonlinear dynamic response of the rotor system. Numerical simulations are based on a real reaction wheel parameters. The resonant curves have been plotted in time and frequency domain and discussed w/wo temperature changes. It has been shown that temperature changes significantly affects the dynamic behavior of the rotor system leading to resonant hard spring type curves.
    Keywords: Reaction wheel, Dynamic behavior, Temperature, Gyroscopic effect
  • H. Safikhani *, Gh. Ebrahimizadeh, H. Moshayyedi Pages 233-239
    In this paper, by employing the Computational Fluid Dynamics (CFD) and applying the NSGA II algorithm, the geometry of devotee plate of high pressure heaters in Shazand thermal power plant is multi-objectively optimized. In the optimization process, three geometrical design variables are changed so as to simultaneously minimize the maximum velocity in heater and minimize the force applied to the devotee plate. The three design variables are: inlet diameter of devote plate, thickness of straight part and thickness of indirect part. In the results section, the Pareto front will be presented, and it will be demonstrated that the Pareto front conveys very important results for the designing of the shape of devotee plates. Such important optimal principles would not have been obtained without the use of both CFD modeling and the multi-objective Pareto optimization approach. It should be mentioned that the MOO is performed two times. One for the case that the thickness of devotee plate is fixed and equal to 25 mm and the second times which the thickness of devotee plate can varied and is one of the design variables.
    Keywords: Devotee plate, Shape optimization, Multi-objective optimization, CFD, NSGA II
  • Y. Taheri, M. Rajabi Zargarabadi * Pages 241-249
    In this study a two-dimensional combustion chamber was simulated to investigate the effect of oscillating inlet air in turbulent Methane-Air diffusion flame. In this study, the velocity of inlet air to combustion chamber was oscillated in form of sinusoidal with amplitude about half of the inlet velocity in steady state and 20 Hz frequencies. The time step in numerical analysis was considered as 1/8 time in per cycle. According to considered frequency, the time step was 0.00625s and the results was investigated after 100 and 200 complete cycles. The PDF model was used for estimate the turbulence-combustion interaction and the turbulent behavior of streams is predicted via the standard k−ε model. The modeling of thermal formation of NOx was adopted the extended Zeldovich mechanism. The temperature distribution from PDF model has a better agreement with experimental results than Eddy dissipation model. Also the results show that using of oscillating inlet air, in addition to increasing temperature, will cause increasing in NOx from the combustion and changing of the frequency to 50 and 100 Hz have an insignificant effects on temperature distributions.
    Keywords: Turbulence, Probability density function, NOx, Oscillating inlet air
  • A. Aali, N. Pourmahmood, V. Zare * Pages 251-260
    In this paper a new combined flash-binary cycle is proposed for power generation from geothermal wells of Sabalan region in Iran, considering the temperature and pressure differences of wells. Using the real data of these wells, the proposed cycle is analyzed from the viewpoints of the first and second law and the optimum pressure values are calculated for two flash chambers. The results indicate that for R141b, as the best working fluid for the binary cycle the net output power, energy and exergy efficiencies of the proposed cycle are calculated as 17.11 MW, 14.35% and 53.38% respectively. The results of exergy analysis show that the condenser of binary cycle has the highest value of exergy destruction. The performance of the proposed cycle in the present work is compared with the previously proposed system for geothermal sources of Sabalan, and the results show that the net output power, energy and exergy efficiencies of the proposed cycle in this paper is 26.3 %, 31.8% and 23% higher than the corresponding values obtained for the previously proposed system.
    Keywords: Sabalan geothermal sources, Geothermal power plant, Power generation cycle, Exergy analysis, Exergy destruction
  • H. Aliakbari, F. Ashenai Ghasemi *, B. Ramezanzadeh Pages 261-269
    In this study, physical/mechanical properties of transparent nanocomposite coats based on polyurethane with different weight fractions of alumina nanoparticles was studied. Physical/mechanical properties was studying employing impact, bending, tensile tests and dynamic mechanical thermal analysis (DMTA). The state of nanoparticles spreading in coats was studied using of a field emission scanning electron microscopy (FESEM). It was observed that by increasing nanoparticles up to 2 wt. % tensile strength and energy at break point and up to 4 wt. % cross bond density and storage modulus of the coats improves. It was also seen that impact and bending strength of nanocomposites didn’t decrease because of good flexibility of polyurethane in low weight fractions. Improving physical/mechanical properties of nanocomposites was related to the good spreading of nanoparticles in coats and their high modulus. Nanoparticels could also dissipate the exerted energy in interface of coat/nanoparticles and improve the strength of the samples.
    Keywords: Polyurethane, Alumina Nanoparticles, Physical, Mechanical Behavior, Thermal Behavior
  • M. Ghaffari, M. Pasandideh Fard *, A.Tavakoli Pages 271-280
    In this paper, the preconditioned nonlinear multigrid algorithm is used with aim of improving convergence rates,reducing CPUtime for solving compressible flow equations. MultiGrid (MG) methods are a group of algorithms that are used for acceleratingconvergence of differential equations using a series of discretizations. This method is based upon the principle that explains whenthe global (low-frequency) error of a fine mesh is represented on a coarse mesh, it retains the same characteristics as of the local(high-frequency) error, thus the same method for removing high frequency errors is also applicable in such situation. When thenonlinear multigrid algorithm drives the external iterations, the choice of smoother on each grid level plays an important role in theperformance. In this research, a preconditioning method has been used to reduce instabilities of the linear system that arise in eachiteration. Some important results of this research are: choosing the best preconditioning scheme to be coupled with MG method,assessment of MG method performance in equations of turbulence, laminar,inviscid flows,analysis of different cyclingschemes.
    Keywords: Convergence rate, multigrid method, compressible flow, preconditioning, unstructured grid
  • H. Ghiyasi *, M. Soltanloo Pages 281-286
    Failure of parts may happened under the influence of four parameters, design, materials, production process and improper use or combination of these. Therefore, the goal of studying the cause of parts failure is to specify any those parameters and avoid repeating them. Crank shaft is an important component of internal combustion engine that experiences a large number of load cycle during its service life. Crank shaft is subjected to several forces which vary in magnitude and direction. Most of crank shaft fails in cause of fatigue in fillet areas due to bending load. In this research, the failure causes of a train crank shaft were studied using chemical analysis, macroscopic and microscopic investigations by optical and scanning electron microscopes, measurement of journals surface roughness and radius of fillet and mechanical properties. It was found that the cause of failure is fatigue, but a lot of inclusions and probably high roughness and partial decarburizing due to machining have been decreased the fatigue strength.
    Keywords: Crank Shaft, Fatigue, Inclusion, Roughness, Partial Decarburizing
  • M. Ghadiri *, Kh. Ghorbani, M. Mahin Zare Pages 287-296
    In this research, thermal effect on the natural frequency of axisymmetric free vibration of a thin nano circular plate made of functionally graded material will be studied. Thermal distribution has been assumed uniform and properties of the materials are changing through the thickness of the plate. The modified couple stress theory has been used for considering the length scale parameter and the governing equation of motion and boundary conditions are obtained using the Hamilton’s principle and based on the classical plate theory. The analytical solution for the clamped and simply supported boundary conditions are established utilizing the Bessel functions. The results show that by increasing the temperature changes, ratio of the thickness to length scale parameter, ratio of radius to thickness and power-law index, the natural frequency decreases at both boundary conditions. The effect of increasing ratio of the thickness to length scale parameter in clamped boundary condition is more than simply supported boundary condition but for higher ratios, this effect decreases at both boundary conditions. The effect of increasing temperature changes in simply supported boundary condition is more than clamped boundary condition such a way that the lower temperature changes lead to the nonlinear behavior of the plate.
    Keywords: Free vibration, FGM nano circular plate, Thermal effect, Modified couple stress
  • M. R. Kargar, E. Baniasadi * Pages 297-306
    The unsteady nature of solar energy is one of its major drawbacks. In this regard, an efficient thermal energy storage system can enhance the performance of a solar power plant, effectively. In this paper, different configurations of a steam super-heater heat exchanger based on phase change materials for thermal energy storage are simulated numerically, and analyzed based on the second law of thermodynamics to identify the best configuration. Also, the performance of a concrete energy storage system is compared with other configurations. The results indicate that by increasing the storage modules of phase change materials from one to three, the thermodynamic irreversibility decreases and the system efficiency increases from one to three percent. The results indicates that increase of steam flow rate and inlet steam temperature leads to decrease of exergy efficiency. By increase of inlet steam flow rate by five times and increase of steam temperature by twenty degree in charging mode, the system efficiency decreases by almost five percent.
    Keywords: Phase change material (PCM), Solar power plant, Thermal energy storage, Exergy
  • R. Karroubi, M. Irani Rahaghi * Pages 307-314
    An analytical method for free vibration analysis of a cylindrical FG shell integrated by two thin piezoelectric layers is presented in this paper. The piezoelectric layers on inner and outer surfaces of the core could be considered as sensor and actuator used in controlling the characteristic vibration of the system. One of the innovations of this paper is that the piezoelectric layers considered as functionally graded materials. The First order shear deformation theory is used in order to model the electromechanical system. Nonlinear Equations of motion are derived by considering Von Karman nonlinear strain-displacement relations using Hamilton’s principle. The equations of motion are discretized by Navier method. Numerical simulation after linearization is performed to investigate the effect of different parameters of structure on the characteristic vibration of the system. Results of this study show that natural frequency of system would decrease by increasing FGM index of the core. Also increasing the thickness of core cause increasing the natural frequency of system.
    Keywords: Vibration, Cylindrical shell, FGM, functionally graded piezoelectric material (FGP)
  • M. Mohebbi *, M. A. Rezvani, M. Dargazi Pages 315-321
    Trains on the move create disturbances in the surrounding air that provides the flow over the entire length of the moving vehicles. With the ever-increasing speed of the trains, this issue has become more imperative. When a high-speed train passes near the structures such as the tunnels, bridges, etc. interaction between the moving train and the structures generates noise flow around the train that is in turn responsible for the creation of pressure waves. Such pressure waves can cause detrimental effects on the trains and the track wayside equipment and endanger safety and wellbeing of people that either live or work near the tracks. In this research, with the review and evaluation of the trains' aerodynamic standards the issue of the effects of the crosswinds on the running safety of the high-speed trains is studied. By simulating the effects of the crosswinds on the aerodynamic behavior of the high-speed trains in the speed range of 160-300 km/hr, some of the parameters that are vital for the train dynamic safety are considered. Also, some propositions for increasing the train running safety and improving its ride and dynamic behavior are suggested. When the flow of wind is perpendicular to the direction of the train travel, it can cause deterioration of the train travel safety. Such issues are investigated in this research and some practical technical remedies are offered. It needs to be reminded that the high-speed trains do not operate in Iran. Therefore, these types of studies have never been performed. However, within the countries that already have the high-speed train systems, such studies, in the past and present, are quite common.
    Keywords: Aerodynamic, High Speed Train, Crosswind, Corrective Solution, Tehran-Isfahan
  • M. Mostafavi, M. Nazari * Pages 323-330
    Mixing plays an important role in many micro devices; therefore, increasing of mixing in micro devices is important. In this paper, the physics of mixing due to non-linear induced-charge electrokinetic flow in a rectangular microchannel with embedded conducting hurdles is studied. Since most previous studies have focused on non-conductive objects with fixed charges, in the present study, mixing with conductive hurdles and induced charges is investigated. Numerical results show flow circulation near the conductive hurdles which leads to an increase in the mixing. The vortices are generated due to non-uniform distribution of zeta potential on the hurdles. The Mixing efficiency is also reported based on hurdles location, ratio of hurdles height to the channel height and angle of triangular hurdles. When location and angles of the hurdles are fixed, by increasing the ratio of hurdles height to channel height, the mixing efficiency is increased. In addition, with increasing of the angle, the mixing efficiency is decreased. Finally, effect of electric field on mixing is completely analyzed.
    Keywords: micro-mixer, electroosmotic flow, induced zeta potential, numerical solution
  • N. Nadirian, H. Biglari *, M. A. Hamed Pages 331-339
    In this paper, the response of simply supported flexible core sandwich beam with piezoelectric patch, under uniform harmonic loading with and without the control is analyzed. Sandwich beam is modeled using three-layer sandwich beam theory. Governing equations of motion are obtained using Hamilton’s principle, based on Euler–Bernoulli beam theory for face-sheets and linear displacement field theory for soft core. By defining suitable state variables in time domain and using Galerkin’s method, the state space equations of system are derived from governing equations of motion. Controller is designed using LQR technique. Dynamic response and frequency response of beam in open and closed loop configuration are obtained and the effect of flexible core on the control of dynamic response is investigated. The obtained results show that the controller can play an important role toward damping out the vibration of the sandwich beam. Also, it is shown that the %18 difference between vibration amplitudes of top and bottom face sheets, because of the flexibility of the core, affects the position of piezo actuator and sensor.
    Keywords: Sandwich Beam, Flexible Core, Piezoelectric patches, Linear Quadratic Regulator Control Method, Three LayeredTheory
  • M. Haratian *, M. Amidpour, A. A. Hamidi Pages 341-350
    In this study, the use of Genetic Algorithm in the optimal sizing of the radiation recuperators with counter flow arrangement is presented toachieve minimum cost of construction,operation. The radiation recuperators are extensively used to heat recovery,air preheating in hightemperature industrial furnaces. In this paper, the thermal calculations of recuperator are done with regard to radiation,based on thelogarithmic mean temperature difference method. The total annual cost which is the sum of the capital cost of the device,the operating cost asthe objective function is used to determine the optimal geometric dimensions of the radiation recupeartors for given a heat duty. The optimalgeometric dimensions of recuperator are determined by using genetic algorithm based on evolutionary optimization methods which the total costis minimized. To confirm the results found in this study, the methodology is applied to some case studies .The results show that the proposedmethod can be implemented as a more efficient method of traditional trial,error process in the economic optimal design of the radiationrecuperators with specific heat duty.
    Keywords: Radiation Recuperator, Optimal Design, Genetic Algorithm
  • M. N. Yoozbashi *, A. Almasi Pages 351-357
    The wear, as a result of contacting of spindle surface with bearings, can be caused the inefficiency of spindle and drop quality of produced parts. According to obtained information from factories operating in the field of machine tools, the axis of spindles made from 16MnCr5 steel. In the current work, the effects of different surface heat treatments involving; carburizing, carbonitriding, nitrocarburizing and first carburizing then nitriding (as an empirical method) on wear behavior of 16MnCr5 have been investigated to increase the spindle service life. The used wear test type was block on ring. In addition, Scanning Electron Microscopy (SEM), microhardness test and metallography have been used for further analysis of results. The wear results showed that, the samples treated by carbonitriding, has a good wear resistance compared with the other samples. Also, the analysis images from the SEM show that surface treatments has not had significant effect on the fracture mode of the samples.
    Keywords: Wear, 16MnCr5, Carburizing, Carbonitriding, Nitrocarburizing, nitriding
  • Sh. Yousefzadeh *, R. Shahveh Pages 361-365
    In this paper, the thermal buckling of a thick circular plate made of functionally graded material (FGM) with actuator/actuator piezoelectric layers based on first order shear deformation plate theory under uniform and non-uniform thermal loads is studied. The clamped boundary condition are assumed. The material properties through the thickness are assumed to be power functions of the thickness. Equilibrium and stability equations are derived by using the calculus of variations method and applying Euler equations on total potential energy. Then, the analysis of the thermal buckling of the circular plate under two types of the thermal loadings are presented by solving the equations. In the following, to investigation of the several parameters effects on critical buckling temperatures, the results are displayed by tables and graphs. Finally, the results of this study are compared with results of other works. Results show that the piezoelectric layers increase the critical buckling temperatures and this increase for homogenous plate is more than FGM plate. Also, the critical buckling temperature increases by increasing plate and piezoelectric layer thickness to plate thickness ratios.
    Keywords: Thermal buckling, Piezoelectric layer, FGM, Circular plate