فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاهم شماره 2 (خرداد و تیر 1397)
  • سال پنجاهم شماره 2 (خرداد و تیر 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/06/15
  • تعداد عناوین: 17
|
  • مقاله پژوهشی
  • محمد قلم باز *، اسماعیل جام سحر، محمود صبور صفحات 233-254
    در این پژوهش اثر حضور یک پره انعطاف پذیر بر روی انتقال حرارت جابه جایی طبیعی درون یک محفظه بسته مربعی بررسی شد. یک پره انعطاف پذیر نازک با زاویه انحراف 30o نسبت به محور افقی، بر روی دیواره عمودی گرم سمت چپ، درون محفظه بسته قرار گرفته است. معادلات حاکم بر جریان آرام، انتقال حرارت سیال و تغییر شکل پره انعطاف پذیر با لحاظ نمودن برهم کنش میان جریان سیال- سازه و با بهره گیری از روش شبکه متحرک لاگرانژی- اویلری ارائه شدند و سپس به شکل بی بعد انتقال یافتند. معادلات با استفاده از روش المان محدود حل شدند و سپس صحت نتایج در مقایسه با پژوهش های معتبر پیشین ارزیابی شد. نتایج، یک بار به همراه پره انعطاف پذیر و بار دیگر با پره صلب در بازه زمانی بی بعد صفر تا 07 / 0، در محدود اعداد رایلی 6+ 10 تا7+ 2×10 و زوایای انحراف -10o تا +40o ، درون محفظه بسته ترسیم گردید. نتایج نشان می دهند که استفاده از پره انعطاف پذیر نسبت به پره صلب باعث کاهش میزان انتقال حرارت می گردد. از سوی دیگر، استفاده از پره عایق به جای پره رسانا، سبب بروز الگوهای متفاوتی برای عدد ناسلت متوسط در طول بازه زمانی شده و تضعیف انتقال حرارت را در پی دارد.
    کلیدواژگان: جریان آرام جابه جایی طبیعی، پره انعطاف پذیر، برهم کنش سیال- سازه، روش لاگرانژی- اویلری، شبکه متحرک
  • محمد کلته *، علی علی پور لالمی صفحات 255-270
    در این مقاله اثر لغزش سرعت و پرش دما بر مشخصه های جریان و انتقال حرارتی نانوسیال آب - آلومینا در یک میکروکانال دو بعدی که در صفحه پایین تحت شار حرارتی ثابت و در صفحه ی بالا عایق است، با روش شبکه ی بولتزمن مورد مطالعه قرار گرفته است. مساله مورد نظر در عدد رینولدز 5، برای سیال پایه و نانو سیال با کسر حجمی 02 / 0 و 04 / 0 در شرایط عدم لغزش و در ضرایب لغزش 04 / 0 و 1/ 0 و نیز در قطر های نانوذرات 5 تا 50 نانومتر بررسی شده است. نتایج نشان داد که به طور کلی استفاده از سطوح آبگریز ضمن کاهش محسوس تنش برشی دیواره، در شرایط شار حرارتی ثابت بر خلاف شرایط دما ثابت نه تنها باعث کاهش بازدهی انتقال حرارتی میکروکانال نمی شود، بلکه تا حدودی بازدهی آن را افزایش می دهد. همچنین مشخص شد که اثر پرش دمایی بر عدد ناسلت میانگین، در سیال پایه بیشتر از نانوسیال است و با افزایش ضریب لغزش بیشتر می شود. بطوریکه در نانو سیال با کسر حجمی 04 / 0، با افزایش ضریب لغزش بی بعد، عدد ناسلت میانگین به صورت پیوسته افزایش پیدا می کند ولی در سیال پایه این روند ابتدا صعودی و سپس نزولی است.
    کلیدواژگان: نانوسیال، میکروکانال، پرش دما، شار حرارتی ثابت، روش شبکه ی بولتزمن
  • علی روستای ابکنار، نیما امانی فرد، حامد محدث دیلمی*، فرید دولتی صفحات 271-284
    انتقال حرارت و عملکرد هیدرودینامیکی برای جریان در داخل کانال مستطیلی در حضور مولد گردابه به صورت تجربی با استفاده از شکل های مختلف مولد گردابه مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا تجهیزات آزمایشگاهی دقیق و مطمئن به منظور ایجاد شرایط مرزی شار حرارتی ثابت طراحی و ساخته شده است. به منظور بررسی تاثیر شکل مولد گردابه طولی، از سه نوع جفت مولد گردابه مستطیلی، ذوزنقه ای و مثلثی در شرایط سوراخدار و بدون سوراخ استفاده شده و تاثیر آنها بر مشخصات جریان سیال و انتقال حرارت در زوایای حمله مختلف 15 ، 30 ، 45 و 60 درجه با ضخامت ناچیز مورد مطالعه قرار گرفته است.اثرات تعداد سوراخ با استفاده از پارامترهای بی بعد نسبت ضریب اصطکاک ( f/f0)، نسبت عدد ناسلت (Nu/Nu0) و عملکرد کلی ((Nu/Nu0) /( f/f0 )) مورد ارزیابی قرار گرفته است. بر طبق نتایج تجربی جفت بالچه مولد گردابه مستطیلی بدون سوراخ بیشترین نسبت ضریب اصطکاک را دارد و با افزایش زاویه حمله این نسبت افزایش می یابد. نتایج نشان می دهد که با ایجاد سوراخ در جفت بالچه های مولد گردابه مستطیلی، ذوزنق های و مثلثی ضریب اصطکاک کاهش و انتقال حرارت و ضریب عملکرد کلی افزایش یافته است. اما در حالت بکارگیری مولد گردابه ذوزنق های با دو سوراخ، انتقال حرارت کمی بیشتر نسبت به حالت مولد گردابه سه سوراخ افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: افزایش انتقال حرارت، مولد گردابه، کانال مسطح، تحلیل تجربی
  • مجید حیدری، مرضیه رضازاده *، مصطفی نصیری صفحات 285-294
    توزیع دما در بافت پوست در اثر تابش نور لیزر به همراه انتقال حرارت جابه جایی روی سطح پوست، بررسی می گردد.پی شبینی زمان سوختگی درجه اول و دوم با استفاده از تخمین آسیب حرارتی به بافت بدست می آید. از معادله انتقال حرارت زیستی با مدل تاخیر فاز دوگانه، که یک مدل غیر فوریه است، استفاده می شود. تابش لیزر روی بافت به صورت به شدت جذب شونده در نظر گرفته شده و تاثیر تاخیر فاز بر روی توزیع دما و عمق نفوذ جبهه ی موج حرارتی با در نظر گرفتن ضرایب انتقال حرارت جابه جایی متفاوت، بررسی شده است. با استفاده از تبدیل لاپلاس به همراه روش گسسته سازی و استفاده از شرایط مرزی، یک دستگاه معادله جبری در حوزه ی لاپلاس به دست آمده و با استفاده از لاپلاس معکوس عددی حل شده است. نتایج نشان می دهد که تابش لیزر به شدت جذب شونده، پارامتری تعیین کننده در مدت زمان سوختگی در بافت پوست می باشد. همچنین افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی، تاثیر چشمگیری بر نتایج دارد، به گونه-ای که با در نظر گرفتن جابه جایی طبیعی روی سطح، زمان های سوختگی درجه اول و درجه دوم، حداقل 02 / 0 ثانیه به تعویق می افتد.
    کلیدواژگان: بافت پوست، انتقال حرارت جابجایی، آسیب حرارتی، مدل تاخیر فاز دوگانه، لاپلاس معکوس عددی
  • سمیرا پایان*، آرمان عظیمی فر صفحات 295-308
    در این مقاله محاسبه مشخصات بهینه پره های نازک متصل به دیوار گرم در محفظه های بسته با جابه جایی آزاد در نسبت های منظری مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی به وسیله روش حجم محدود، گسسته می شوند و معادلات به وسیله الگوریتم سیمپلر حل می شوند. پر ه ها روی دیوار گرم متصل می شوند و از الگوریتم بهینه سازی کوچ پرندگان برای بهین هسازی مکان و طول پره ها استفاده شده است. برای مدل سازی پره های با هدایت حرارتی بالا، ضرایب بدون بعد دیفیوژن معادلات ممنتوم و انرژی بی نهایت، و برای مدل سازی پره های عایق ضرایب دیفیوژن معادلات ممنتوم و انرژی به ترتیب بی نهایت و بسیار کوچک قرار داده شده است. هدف، یافتن مشخصات بهینه آرایه پره های متصل شده به دیوار گرم محفظه های مستطیلی است به نحوی که انتقال حرارت از دیوار سرد کمینه شود. برای این کار نتایج الگوریتم کوچ پرندگان با مقادیر مرجع مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که الگوریتم کوچ پرندگان قادر به پیدا کردن مشخصات بهینه آرای های از پره ها است که تا به حال با استفاده از روش های دیگر محاسبه نشده است. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش نسبت منظری و افزایش تعداد پره ها )افزایش تعداد متغیرها( ممکن است الگوریتم کوچ پرندگان توانایی لازم جهت یافتن بهینه کلی را نداشته باشد. این موضوع با چند تست عددی مورد بررسی قرار گرفت. به این ترتیب با کاهش تعداد متغیرها )ثابت نگه داشتن مکان( و یافتن تنها طول هر یک از پره ها و همچنین افزایش تعداد ذرات در فضای نمونه مشخص شد دقت الگوریتم را می توان افزایش داد.
    کلیدواژگان: جابجایی آزاد، الگوریتم کوچ پرندگان، پره های نازک عایق، نسبت های منظری
  • قنبرعلی شیخ زاده*، سروش صدری پور، مهدی ملامهدی صفحات 309-326
    هدف از مطالعه حاضر بررسی عددی تاثیر سرعت و مکان قرارگیری فن سقفی بر پارامترهای آسایش حرارتی و مصرف انرژی در دو نمونه اتاق اداری متفاوت با ابعاد مشخص در فصل زمستان با سیستم گرمایش متمرکز است. در تمامی مدل ها رژیم جریان آشفته بوده و از مدل k-ε برای مدلسازی آشفتگی استفاده شده است. بر اساس نتایج، استفاده از فن سقفی، بدون درنظرگرفتن مکان آن در یک ارتفاع مشخص، باعث کاهش مصرف انرژی می شود. با روشن کردن فن و افزایش سرعت عمودی آن، وضعیت شاخص های میانگین آراء افراد نسبت به شرایط گرمایی محیط (PMV ) و درصد نارضایتی افراد نسبت به شرایط گرمایی محیط ( PPD ) بهبود می یابد؛ اما از جایی به بعد کارکرد فن به سمت خنک کاری پیش رفته و دیگر برای سیستم گرمایش مناسب نیست. همچنین نتایج نشان می دهند که شاخص های آسایش حرارتی PMV و PPD تنها شرط لازم برای تامین آسایش حرارتی انسان نیستند و شرط کافی بررسی جداگانه پارامترهای پنج گانه تشکیل دهنده شرایط آسایش حرارتی است. در پایان حالت های CF.A با p(x)=1m ، سرعت عمودی هوای فن 0/2m/s و دمای رادیاتور 51°C و CF.B.1 با m p(x)=2.5m ، سرعت عمودی هوای فن 0/27m/s و دمای رادیاتور 37°C ، با تامین شرایط آسایش حرارتی و کاهش میزان مصرف انرژی به ترتیب در حدود 37 % و 48 % ، به عنوان مدل های بهینه در کار حاضر معرفی شده است.
    کلیدواژگان: مکان قرارگیری فن سقفی، انتقال حرارت، جریان آشفته، آسایش حرارتی، صرفه جویی انرژی
  • محمدرضا عصاری*، احمد علی پور، رضا نصیری صفحات 327-336
    در این مقاله به بررسی تجربی تاثیر استفاده از ماده تغییر فاز دهنده در سیستم گرمایشی یک گلخانه خورشیدی آزمایشی ساخته شده در دزفول پرداخته شده است. پس از ساخت گلخانه ای به مساحت 3 متر مربع، این گلخانه به یک سیستم گرمایشی شامل یک مخزن آب حاوی 18 کیلوگرم پارافین واکس با دمای ذوب 55oC و گرمای نهان ذوب 190kJ/kg و دو عدد کلکتور صفحه تخت تجهیز شده است. به منظور بررسی میزان تاثیر استفاده از این روش ذخیره سازی انرژی، تغییرات دمایی خاک بستر گلخانه، داخل گلخانه و همچنین محیط پیرامون آن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان داد که دمای متوسط مخزن هنگام ذخیره ی انرژی به مقدار بیشینه 67oC رسیده است. شب هنگام در طی بازیافت انرژی از مخزن، در ساعات ابتدایی به علت اختلاف دمای زیاد مخزن و گلخانه، نرخ انتقال حرارت و لذا اختلاف دمای ورودی و خروجی مخزن نسبت به ساعات انتهایی بیشتر بوده و همچنین نرخ کاهش دمای مخزن بیشتر است. کمینه دمای شبانه ی گلخانه 3oC افزایش یافته و حدود 4oC افزایش برای متوسط دمای شبانه حاصل شده است. همچنین 6 تا 8 درجه سانتیگراد افزایش دما در لایه های مختلف خاک حاصل شد.
    کلیدواژگان: گلخانه خورشیدی، سیستم های حرارتی، ماده تغییر فاز دهنده، گرمای نهان
  • علی سعیدی *، جواد خادم، حجت رازنهان صفحات 337-346
    تاثیر میدان های مغناطیسی بر احتراق جهت کنترل و بهینه سازی و حتی تغییر شکل و درخشندگی شعله موضوع شناخته شده ای است. نیروی حجمی مغناطیسی وارد بر گونه های مواد پارامغناطیس باعث تغییر رفتار طبیعی آن ها شده و بر سینتیک و رفتار تعادلی واکنش های شیمیایی احتراق نیز موثر است. در تحقیق حاضر بررسی عددی تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت بر واکنش یک مرحله ای احتراق متان انجام شده است. با توجه به اینکه در بین گونه های تولید شده، OH ،NO وO2 به عنوان ماده پارامغناطیس و سایر گونه های احتراق و متان دارای رفتار دیامغناطیس هستند، اثر اعمال میدان مغناطیسی یکنواخت در فشارهای مختلف بر 10 گونه تولید شده در فرآیند احتراق متان با کمینه سازی انرژی آزاد گیبس ارزیابی گردیده است. نتایج نشان می دهد اثر میدان مغناطیسی یکنواخت در فشار یک اتمسفر بر گونه های تولید شده پارامغناطیس در مقایسه با سایر گونه ها قابل توجه تر بوده و برای تمام گونه ها تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت با افزایش فشار کاهش می یابد. همچنین می توان به کمک میدان مغناطیسی یکنواخت، تولید آلاینده NO را همزمان با افزایش دما کاهش داد. علاوه بر این با اعمال میدان مغناطیسی یکنواخت و افزایش فشار می توان کاهش آلاینده هایNO وCO را به طور همزمان با افزایش دما ایجاد نمود.
    کلیدواژگان: میدان مغناطیسی یکنواخت، احتراق، گونه های شیمیایی
  • محسن نظری*، شیوا ملکی، امین شاکری صفحات 347-358
    در این مقاله انتقال حرارت جابه جایی اجباری آب و نانوسیال آب – آلومینا در لوله های خمیده دما ثابت در محدوده دین 81/98 تا 29 / 749 بصورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به مطالعات انجام شده، انتقال حرارت جابه جایی اجباری نانوسیال در لوله های خمیده با نسبت انحناهای مختلف و با دمای سطح ثابت بطور کامل بررسی نشده و مطالعات عمیق تری در این خصوص نیاز است. در این آزمایش آب و نانوسیال آب – آلومینا با درصد حجمی 1/ 0 مورد استفاده قرار گرفته و همچنین از سه لوله خمیده با نسبت انحنای 116 / 0 ، 074 / 0 و 042 / 0 و مساحت سطح خارجی برابر و جنس یکسان استفاده شده است.پس از اندازه گیری دمای ورودی و خروجی لوله، عدد ناسلت متوسط و افت فشار در لوله اندازه گیری می شود. با تکرار آزمایش، نتایج به دست آمده به وسیله روابط آماری در بازه اطمینان نمایش داده می شوند. همچنین از روابط تئوری موجود برای لوله های خمیده، جهت صحت سنجی نتایج تجربی افت فشار استفاده شده است. نتایج به دست آمده نمایانگر افزایش حداکثر 15 درصدی عدد ناسلت در اثر استفاده از نانوسیال آب – آلومینا با 1/ 0 درصد حجمی نسبت به سیال پایه است. همچنین اثر نسبت انحنا بر انتقال حرارت سیال عامل مورد بررسی قرار گرفته و نشان دهنده افزایش قابل ملاحظه انتقال حرارت جابه جایی لوله خمیده با نسبت انحنا کوچک تر در مقایسه با لوله با نسبت انحنای بزر گتر است.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجایی، نانوسیال، لوله خمیده، مطالعه تجربی
  • مهدی عباسی، محمد شریفی*، علیرضا کاظمی صفحات 359-368
    انرژی برگشت پذیر به نوعی از انرژی گفته می شود که منبع تولید قابلیت آن را دارد که توسط طبیعت در یک بازه زمانی کوتاه مجددا به وجود آمده یا به عبارتی تجدید شود. مدل تحلیلی فرآیند تزریق آب به مخازن زمین گرمایی زمینه ای را فراهم می کند که فرآیندهای انتقال حرارت در محیط متخلخل بهتر شناخته شوند و یک مدل پایه ای برای مسائلی با پیچیدگی بیشتر باشد. مدل های ارائه شده پیشین به صورت عددی و نیمه تحلیلی به بررسی این موضوع پرداخته اند، حال آن که در این مطالعه حل کاملا تحلیلی مدل و با درنظر گرفتن: پدیده ی همرفت و هدایت و پراکندگی در درون شکاف، پدیده ی هدایت در درون بلوک ماتریس و انتقال حرارت بین بلوک ماتریس و شکاف ارائه شده است. در ادامه نیز با صرف نظر از پدیده ی پراکندگی و هدایت حرارتی شکاف، تاثیر پارامترهای سرعت تزریق آب و فاصله از دهانه چاه بر روی میزان درصد خطای بین این دو مدل بررسی شد. همچنین به منظور بررسی عملکرد تزریق آب سرد به مخازن زمین گرمایی از پارامتر بازیافت حرارتی استفاده شد و در انتها نیز به منظور اعتبار سنجی مدل، نتایج مدل تحلیلی با مدل عددی مقایسه شد.
    کلیدواژگان: انرژی زمین گرمایی، مخازن شکافدار، همرفت، هدایت، پراکندگی
  • ابراهیم علیزاده *، مجید خورشیدیان، سید حسین مسروری سعادت، سید مجید رهگشای، مظاهر رحیمی اسبویی صفحات 369-376
    پیل های سوختی پلیمری با آند و کاتد انتها بسته می توانند با سیستمی نسبتا ساده درصد مصرف سوخت هیدروژن و اکسی دانت اکسیژن را افزایش دهند. در این مقاله یک طرح جدید برای استک پیل سوختی ارائه شده است که ایده اصلی طرح ارائه شده تقسیم استک به دو مرحله مجزا است. به این ترتیب که گاز خروجی از مرحله اول بعد از ورود به جداساز به مرحله بعدی وارد می شود. در طرح ارائه شده گرچه پیل سوختی در حالت انتها بسته کار می کند اما با توجه به مرحله ای بودن استک، بیش از 85 درصد سلول ها در حالت استوکیومتری بزرگتر از 1 کار می کنند و به این ترتیب طرح انتها بسته کارایی معادل به طرح انتها باز دارد. استک طراحی شده قادر است که به توان 2/ 5 کیلووات در چگالی جریان1200 mA/cm2 برسد در حالی که ولتاژ همه ی سلول ها بزرگ تر از 6/ 0 ولت است. استک طراحی شده قادر است که توان را به بیش از 3 کیلو وات افزایش دهد بدون این که به ولتاژ محدود کنند هی 4/ 0 ولت برسد. مطابق نتایج بهترین زمان برای باز و بسته کردن شیر تخلیه در حالت انتها بسته معادل با 2 و 4 ثانیه برای سلول های کاتدیک و 2 و 6 ثانیه برای سلول های آندیک است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی پلیمری، عملکرد انتها بسته، زمان تخلیه، استک مرحله ای
  • آرش نعمتی، حسین نامی، مرتضی یاری، سید فرامرز رنجبر * صفحات 377-384
    در مقاله حاضر یک سیستم ترموالکتریک دومرحله ای که برای اهداف سرمایش و گرمایش مورد استفاده قرار می گیرد از دیدگاه قوانین اول و دوم ترمودینامیک مورد بررسی قرار گرفته است. طبق نتایج بدست آمده از تحلیل قانون اول ترمودینامیک در هر دو حالت گرمایش و سرمایش مقدار ضریب عملکرد سیستم با تغییرات جریان الکتریسیته بهینه می گردد که با افزایش اختلاف دمای بین سطوح سرد و گرم مقدار بیشینه ضریب عملکرد کاهش یافته و در مقادیر بالاتری از جریان الکتریسیته رخ می دهد. بعلاوه، طبق نتایج قانون دوم ترمودینامیک، در حالت گرمایش، با افزایش اختلاف دمای بین سطح سرد و گرم دما بازده اگزرژی افزایش می یابد درحالی که در حالت سرمایش، افزایش اختلاف دمای بین سطح سرد و گرم مقدار بازده اگزرژی را کاهش می دهد. محدوده مقادیر بدست آمده برای بازده اگزرژی ترموالکتریک دومرحله ای کولر بسیار پایین تر از ترموالکتریک دومرحله ای هیتر می باشد. مطابق نتایج، مقدار راندمان اگزرژی بهینه با تغییر جریان الکتریسیته برای حالت گرمایش به ترتیب برابر 181 / 0، 193 / 0 و 208 / 0 به ازای اختلاف دماهای سطح سرد و گرم 15 ، 30 و 45 درجه می باشد. همچنین مقدار بهینه راندمان اگزرژی برای حالت سرمایش به ترتیب برابر 096 / 0، 073 / 0 و 04 / 0 به ازای اختلاف دماهای سطح سرد و گرم 15 ، 30و 45 درجه می باشد.
    کلیدواژگان: ترموالکتریک دو مرحله ای، گرمایش، سرمایش، انرژی، اگزرژی
  • محمد مهدی ناصریان، سعید فراهت*، فرامرز سرحدی صفحات 385-398
    در این تحقیق، عملکرد یک سیکل بسته برایتون بازگشت ناپذیر با بازیاب در توان بیشینه، با استفاده از مفهوم ترمودینامیک زمان محدود مورد ارزیابی قرار می گیرد. به منظور وارد کردن محدودیت زمان و اندازه در مسئله پیش رو، از پارامتر دبی جرمی بدون بعد استفاده خواهد شد. پس از وارد شدن مفهوم ترمودینامیک زمان محدود به مسئله، سیستم از لحاظ ترمودینامیکی و اگزرژی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. با استفاده از این ارزیابی، بهینه سازی توان به منظور بیشینه سازی آن براساس این پارامتر بدون بعد انجام می شود. رفتارخواص سیستم، مانند بیشینه توان تولیدی، اگزرژی، اتلاف اگزرژی، بازده قوانین اول و دوم و کارایی مبدل های حرارتی بر اساس پارامتر جریان جرمی بدون بعد بررسی می گردند. همچنین، تاثیر اتلاف اگزرژی غیر قابل اجتناب بوده و با توجه به قید زمان محدود، از طریق توسعه تعریف اگزرژی حرارتی مورد ارزیابی قرار می گیرد از نتایج مهم این پژوهش می توان به افزایش اتلاف اگزرژی خارجی و به دنبال آن، کاهش بازده قوانین اول و دوم و کارایی مبدل ها، با افزایش پارامتر دبی جرمی بدون بعد اشاره نمود. با این وجود، با کاهش پارامتر دبی جرمی بدون بعد و میل کردن آن به سمت صفر، شرایط به سمت حالت کارنو، و بیشینه توان تولیدی به سمت صفر میل می کند. در نهایت با توجه به نتایج، تعاریف بهبود یافت های برای اگزرژی حرارتی و بازده قانون دوم بیان می گردند، و این تعاریف با تعاریف معمول اگزرژی و بازده قانون دوم مقایسه خواهند شد و همچنین اثر آن ها بر عملکرد چرخه، مورد بحث قرار خواهد گرفت.
    کلیدواژگان: سیکل برایتون، بازیاب، اگزرژی، بهینه سازی، زمان محدود
  • آناهیتا اسدی، محمد رهنما، ابراهیم جهانشاهی جواران*، حسام بازرگان هرندی صفحات 399-412
    در این مطالعه، یک واحد شیرین سازی تقطیر چند مرحله ای با متراک مکننده ی حرارتی بخار با چیدمان سری -موازی در نرم افزار متلب شبی هسازی شده است. اولین گام تعیین پارامترهای موثر بر عملکرد سیستم شامل دبی جرمی بخار محرک، دماها و ابعاد سیستم می باشد. مقایسه نتایج شبیه سازی مطالعه حاضر با داده های واقعی یک سیستم شیری نسازی واقعی، سازگاری خوبی نشان می دهد. سپس تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل تعداد مراحل، نسبت اختلاط، دمای بخار گر مکننده و دمای بخار مرحل هی اول بر پارامترهای طراحی سیستم بررسی می گردد. نتایج نشان می دهد که افزایش دمای بخار گرم کننده، دمای بخار مرحله اول و نسبت اختلاط موجب کاهش ضریب عملکرد می گردد. در ادامه عملکرد سیستم در دو حالت مختلف دریافت بخار ثانویه از مرحله آخر و دریافت این بخار از تمام مراحل مورد بررسی قرار م یگیرد و مشاهده می شود که با تامین بخار ثانویه از آخرین اواپراتور، ضریب عملکرد و سطح مخصوص انتقال حرارت افزایش بیشتری دارد. در نهایت، بهینه سازی این سیستم با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام می شود و بر اساس آن مناسب ترین پارامترهای ورودی )دمای آب تغذیه، دمای بخارآب خروجی از اجکتور، دمای اولین و آخرین اواپراتور( برای داشتن بالاترین ضریب عملکرد ممکن و کم ترین مصرف حرارت مخصوص تعیین می گردد. نتایج بهینه سازی نشان می دهد که می توان برای سیستم شیرین سازی با 10 مرحله، شامل 10 اواپراتور که تبخیر آب شور درون آنها صورت می گیرد، به ضریب عملکردی بالاتر از 17 و مصرف حرارت مخصوص کمتر از 107kJ/kg دست یافت.
    کلیدواژگان: تقطیر چند مرحله ای، الگوریتم ژنتیک، ضریب عملکرد، تابع هدف، تراکم بخار حرارتی
  • سیف الدین مجلل آغبلاغ، جاماسب پیرکندی*، مصطفی محمودی، مهدی جهرمی صفحات 413-424
    در این مقاله شیر کنترل جریان دورانی جدید با ساختار بادامک-نازل، مجهز به جبران کننده فشار با تحر کی الکترونیکی ارائه شده است. این مجموعه در واحد کنترل سوخت موتور توربینی نصب شده و وظیفه کنترل دقیق سوخت را بر عهده دارد. تحر کی این شیر به صورت مستقیم توسط محرکه الکترونیکی از نوع سروموتور انجام می شود. هدف از این طرح، ارتقاء قابلیت های عملکردی سامانه سوخت و تغییر ماموریت موتور می باشد. انتخاب محرکه دورانی و طراحی شیرکنترل جریان دورانی، اتصال مستقیم محرکه به بادامک و نیز طراحی هندسه خاص مقطع تنظیم سوخت از نوآوری های طرح می باشد. تحریک مستقیم شیر کنترل جریان، موجب کاهش 15 تا 20 درصدی تعداد قطعات و سبکی مجموعه و نیز کاهش هزینه های ساخت تا 20 درصد شده است. افزایش دقت انداز هگیری سوخت، موجب افزایش دقت کنترلی تا دو برابر شده است. مقطع انداز هگیری سوخت به صورت سطح جانبی کی استوانه با ارتفاع متغیر می باشد. جهت دستیابی به پارامترهای طراحی بهینه، شبیه سازی ریاضی سیستم انجام شده است. پس از ساخت نمونه ها، عملکرد مجموعه روی استند مخصوص، آزمایش شده و جهت اعتبا رسنجی مدل ریاضی سیستم، نتایج آزمایش با نتایج شبیه سازی مقایسه شده اند. وجود خطای حداکثر 5 درصد بین نتایج شبیه سازی و نتایج آزمایش نشان دهنده دقت مدل ارائه شده می باشد.
    کلیدواژگان: سیستم اندازه گیری سوخت، کنترل سوخت، موتور جت، شیر کنترل جریان، شیراندازه گیری سوخت
  • مصطفی حبیب نیا، محسن شاکری*، سلمان نوروزی صفحات 425-436
    یکی از پارامترهای تاثیرگذار در بازدهی پیل سوختی مقدار تنش فشاری اعمالی از طرف صفحه دوقطبی بر روی لایه نفوذ گاز بوده که بر مقاومت الکتریکی بین دو صفحه تاثیرگذار است. توزیع و مقدار تنش روی لایه نفوذ گاز به پارامترهای طراحی و مونتاژ پیل سوختی بستگی دارد. در این پژوهش تاثیر پارامترهایی همچون نیروی گیر هبندی، عمق کانال قرارگیری واشر و ضخامت صفحات انتهایی بر مقدار و توزیع تنش فشاری لایه نفوذ گاز مورد بررسی قرار گرفت. با کاهش نیروی گیر هبندی مقدار تغییر شکل صفحه انتهایی کمتر و توزیع تنش بر روی لایه نفوذ گاز یکنواخت تر می شود اما تنش روی لایه نفوذ گاز کاهش و احتمال نشتی افزایش می یابد. با توجه به این موضوع، برای جلوگیری از نشتی حداقل تنش بر روی واشر ب هدست آمده و دیگر پارامترها طوری انتخاب شوند که در حداقل نیروی گیر هبندی، این حداقل تنش برای آب بندی تامین گردد. حداقل تنش بر روی واشر با توجه به تست انجام شده برابر با 2 MPa به دست آمد. با توجه به اطلاعات شرکت سازنده لایه نفوذ گاز، بیشترین بازدهی در تنش فشار 1 MPa بر روی لایه نفوذ گاز است، با انجام شبیه ساز ی های مختلف و بررسی پارامترها نتایج مورد مقایسه قرار گرفت. با استفاده از شبکه عصبی و الگوریتم بهینه سازی زنبورها مقدار بهینه پارامترها برای توزیع تنش یکنواخت با حداقل وزن پیل سوختی به دست آمد.
    کلیدواژگان: توزیع تنش، صفحه انتهایی، نیروی گیره بندی، لایه نفوذ گاز
  • صابر نیک سرشت، فرشاد فرشچی تبریزی*، مسعود ریاضی صفحات 437-444
    جریان سیال چند فازی در محیط متخلخل به شدت تابع کشش بین سطحی سیالات غیر امتزاجی است. با تغییر کشش بین سطحی، مکانیک سیالات تحت تاثیر قرار می گیرد. این مقاله یک رویکرد جدید برای پی شبینی کشش بین سطحی سیستم نفت - آب در حضور سورفکتانت یونی بیان می کند. معادله این مطالعه بر اساس معادله باتلر است که اغلب برای به دست آوردن معادلات حالت کشش سطحی در سطح تماسهای متفاوت استفاده می شود. به منظور اندازه گیری مقادیر ضریب فعالیت سورفکتانت در فاز توده از تئوری دیبای - هوکل استفاده شده است. سورفکتانت های کاتیونی دسیل تری متیل آمونیوم بروماید C10TAB( ( و دودسیل تری متیل آمونیوم بروماید ) C12TAB ( برای ارزیابی معادله استفاده شده اند. معادله نهایی جدید می تواند کشش بین سطحی آلکان - آب در حضور محلولهای تک سورفکتانت را به خوبی توصیف کند. در این مطالعه آلکا نهایی چون هگزان، هپتان، اوکتان، دکان، دودکان و تترادکان به عنوان فاز نفت در نظر گرفته شده اند. با برازش منحنی پارامترهای مساحت مولار و ضریب توزیع توده - سطح سورفکتانت به دست آمده اند. تغییرات پارامترهای معادله در سیستم های آلکان – آب متفاوتی بحث شده است. معادله جدید به دست آمده با داده های آزمایشگاهی مورد مطالعه از سازگاری خوبی برخوردار است. این رویکرد به خصوص وقتی که داده های آزمایشگاهی کمیاب هستند، می تواند برای کاربرد عملی سورفکتانت ها در کاهش کشش بین سطحی نفت - آب مهم باشد.
    کلیدواژگان: جریان سیال، کشش بین سطحی، سیستم نفت - آب، سورفکتانت یونی، مساحت مولار
|
  • M. Ghalambaz *, E. Jamesahar, M. Sabour Pages 233-254
    The present study aims to address the effect of the presence of a flexible fin on the natural convection heat transfer inside a square cavity. A flexible fin is placed on the left vertical wall by initial tilted angle 30o from the horizontal direction. An Arbitrary Lagrangian-Eulerian method for fluid-structure (fluid-flexible fin) interaction is utilized. Based on this method, the governing system of equations for laminar fluid and heat transfer is formulated into a non- dimensional form and then solved using the finite element method and then results accuracy evaluated against previous valid studies. The results are plotted for an enclosure containing a flexible fin as well as a solid fin in the non-dimensional time interval of 0 to 0.07 and in the Rayleigh number range of 106 to 2×107 and the fin tilted angle of -10° to °. The results show that the presence of a flexible fin deteriorates the heat transfer compared to a solid fin. In other words, using an insulated fin instead of a conductive fin makes different patterns for average Nusselt number curve in a range time and causes a reduction of the rate of heat transfer. Also, the presence of a flexible fin mounted on the hot wall especially affects the average Nusselt number in the areas above the fin location and induces oscillating heat transfer patterns.
    Keywords: Laminar natural convection heat transfer, Flexible fin, Fluid-Structure interaction, Arbitrary Lagrangian-Eulerian method, Moving mesh
  • M. Kalteh *, A. Alipour Lalami Pages 255-270
    In this article, the effect of velocity slip and temperature jump on the flow and heat transfer characteristics of Al2O3 – Water nanofluid in a microchannel with insulated upper wall and constant heat flux on the lower one, is investigated using the lattice Boltzmann method. The problem is solved at Re equal to 5, for base fluid and nanofluid with 0.02 and 0.04 volume fractions, no-slip and slip conditions with 0.04 and 0.1 slip coefficients and also at 5 to 50 nm nanoparticle diameters. The results show that, in general, using the hydrophobic surfaces in addition to making a considerable reduction in wall shear stress, somewhat increases the heat transfer efficacy at uniform wall heat flux condition that can not be seen in the constant wall temperature situations. Also, it is shown that the effect of temperature jump on the average Nusselt number, is more for base fluid than the nanofluid and increases for higher slip coefficients. For nanofluid with 0.04 volume fraction, the average Nusselt number increases continuously with slip coefficient but, for base liquid, firstly it increases and then decreases.
    Keywords: Nanofluid, Microchannel, Temperature jump, Constant heat flux, Lattice Boltzmann method
  • A. Rosta Abkenar, H. Mohhades Deylami *, F. Dolati Pages 271-284
    Heat transfer and hydraulic performance for flow in a rectangular channel with LVGs (longitudinal vortex generators) are experimentally investigated using the different shape of LVGs. Firstly, a precise and reliable experimental setup was designed and fabricated to generate a constant heat flux boundary condition. In order to analyze the effect of shaped LVGs, three different of the rectangular, trapezoidal and delta winglet pair vortex generators with and without punched holes on the flow field and heat transfer characteristics at the different attack angle of 15º, 30º, 45º and 60º with a small thickness has been studied. Effects of the number of punched holes were evaluated by using dimensionless numbers, friction coefficient ratio (f/f0), Nusselt number ratio (Nu/Nu0) and overall performance ((Nu/Nu0)/(f/f0)). According to the experimental results, the rectangular winglet pair without punched holes vortex generator has the highest values of friction factor ratio and increased with bigger attack angle. The friction factor decreased and heat transfer and also overall performance increased with implementing of perforated rectangular, trapezoidal and delta winglet pair in the channel but in the case of implementing trapezoidal vortex generator with two punched holes heat transfer is a little more than the vortex generator with three punched holes.
    Keywords: Heat transfer enhancement, Vortex generator, Smooth channel, Experimental investigation
  • M. M. Heidari, M. Rezazadeh *, M. Nasiri Pages 285-294
    The temperature distribution in the laser-irradiated biological tissue is investigated considering heat convection. The first- and the second-degree burn times are predicted using estimation of thermal damage. A non-Fourier equation of bio-heat transfer based on dual phase lag model is employed. The transport behavior of laser light in the tissue is regarded as highly absorbed and effects of the phase lag times on thermal response and thermal damage are explored considering different heat convection coefficients. The Laplace transform with discretization technique and also using boundary conditions, a set of algebraic equations in Laplace domain is generated which are solved by numerical Laplace inverse transform. The results show that the highly absorbed laser light in the tissue plays an important role in the burned skin time. Also, convective heat transfer boundary condition on the surface provides different results, even by considering the natural convection on the surface, and the first- and the second-degree burns are postponed at least 0.02 second.
    Keywords: Skin tissue, Convection heat transfer, Thermal damage, Dual phase lag model, Numerical inverse Laplace transform
  • S. Payan*, A. Azimifar Pages 295-308
    In the present paper, the calculation of the optimum characteristics of thin fins attached to the hot wall in closed cavities with different aspect ratios has been investigated. Free convection is predominant in the cavity. The equations of continuity, momentum, and energy are discretized by means of finite volume method and the equations will be solved by a SIMPLER algorithm. The fins are connected to the hot wall and Particle Swarm algorithm is used to optimize the location and the length of fins. In order to model fins with high heat transfer, the dimensionless diffusion coefficients of momentum and energy equations are set equal to infinity and for the modeling of insulator fins, these coefficients are considered infinite and very small, respectively. The aim is to find the optimum characteristics of the array of fins attached to the hot wall in the rectangular cavities in such a way that the heat transfer from the cold wall is minimized. The results of particle swarm optimization algorithm are compared with the reference amounts. Results show that the particle swarm optimization algorithm is capable to find the optimum characteristics of an array of fins that is not calculated by the other methods, until now. The obtained results showed that with the increase of aspect ratio, the increase of the number of fins (increase in the number of variables), the particle swarm optimization algorithm might not have the needed ability to find the general optimum. This issue was studied by some numerical tests. Therefore, it was concluded that by decreasing the number of variables (Fixed location) and finding only the length of each fin, and also by increasing the number of particles in the sample space, the accuracy of the algorithm can be increased.
    Keywords: Natural convection, Particle swarm algorithm, Adiabatic thin fins, Aspect ratios
  • G.A. Sheikhzadeh *, S. Sadripour, M. Mollamahdi Pages 309-326
    The main aim of the present study is to investigate the effects of speed and place of ceiling fans on thermal comfort parameters (predicted mean vote and predicted percentage of dissatisfied) and energy expenses in two different office rooms with a certain geometry in winter using district heating system. In all of the models, the regime of a flow is turbulent and governing equations are solved by finite volume method and SIMPLE algorithm. Based on the results, using ceiling fans in winter (heating system) has a considerable influence on the improvement of buildings thermal comfort and reducing consumption of energy. By using ceiling fans the effective temperature of room increases and therefore radiator energy consumption decreases. Furthermore, the results show that the location of ceiling fan does not have any effect on room effective temperature and residents’ thermal comfort. According to the results, predicted mean vote and predicted percentage of dissatisfied parameters improve by turning ceiling fans on and increasing fan normal air velocity. But, the operation of fan leads to cooling system after a certain velocity and it is not acceptable for the heating system. Finally, the CF.A case with p(x)=1.0 m, V=0.2 m/s and Tradiator=51oC, and CF.B.1 case with p(x)=2.5 m, V=0.27 m/s and Tradiator=37oC, by providing thermal comfort conditions and reducing consumption of energy about 58% and 73%, respectively are reported as optimal cases.
    Keywords: Place of ceiling fan, Heat transfer, Turbulent flow, Thermal comfort, Reducing consumption of energy
  • M. R. Assari *, A. Alipoor, R. Nasiri Pages 327-336
    The use of solar greenhouses has increased manifold over the last two decades and this is the main reason for thermal systems development in greenhouses. Most of the energy sources are not reliable because of the environmental problems and continuous climb in energy prices, thus using renewable and pure energies such as solar energy in the thermal systems is very important. In this paper, the use of phase change materials in the heating system of a model solar greenhouse in Dezful is analyzed and discussed experimentally. A model greenhouse with a ground area of 3 m2 has been coupled with a heating system that consists of two flat collectors and a water store that contained 18 kg paraffin wax (latent heat 190 kJ/kg and melting point 55ºC) as phase change material. Temperature variations of soil, greenhouse, and ambient were evaluated to indicate the thermal performance of this energy storage system. Results of this study indicated that the maximum average temperature of a store during energy storage is 67ºC . Over the night in the heat dissipation cycle, the rate of heat transfer and the temperature difference between inlet and outlet of the store is higher in earlier hours in comparison with later hours due to the high-temperature difference between store and greenhouse. The minimum night time temperature of greenhouse rose by 3ºC and nighttime greenhouse average temperature increased by 4ºC. Furthermore, a 6-8ºC increased in temperatures of soil in different depth was achieved.
    Keywords: Solar greenhouse, Thermal systems, Phase change material, Latent heat
  • A. Saeedi *, J. Khadem, H. Raznahan Pages 337-346
    The effects of magnetic fields on combustion to control and optimize the flame deformation and the flame brightness is a well-known fact. The kinetics and equilibrium properties of chemical reactions of combustion are influenced by the magnetic force exerted on paramagnetic species. In this study, the numerical consideration of the effects of the uniform magnetic fields on one stage methane combustion reaction has been taken. With respect to this fact that NO, OH, and O2 are paramagnetic species and other species and methane have diamagnetic behavior, the effects of the uniform magnetic field at different pressures on 10 methane combustion main product species are studied by minimizing the Gibbs free energy. The results show that the uniform magnetic field at 1 atm pressure has considerable effects on paramagnetic species and their production is influenced dramatically. Also, the role of uniform magnetic fields on product species decreases by increasing the pressure. The results also indicate that uniform magnetic fields decreases the mole fraction of NO simultaneously with the increase in the temperature. Furthermore, applying uniform magnetic field and increasing the pressure reduce NO and CO pollutants and increase the temperature.
    Keywords: Uniform magnetic field, Combustion, Methane, Chemical species, Pollutants
  • M. Nazari *, S. Maleki-Delarestaghi, A. Shakeri Pages 347-358
    In this paper, the forced convective heat transfer of Alumina/water nanofluid is experimentally investigated in uniform-temperature curved tubes in the range of 0
    Keywords: Convective heat transfer, Nanofluids, Curved tubes, Experimental study
  • M. Abbasi, M. Sharifi *, A. Kazemi Pages 359-368
    Renewable energy is defined as sort of energy whose producing resources possess the capability to renew through nature during a short period of time. The analytical model of water injection into geothermal reservoirs process which is used to describe more complex matters, can explain the heat transfer processes in the porous media better. The presented corresponding studies so far are based on numerical and semi-analytical methods while here, a fully exact analytical solution is introduced considering phenomena of convection, conduction and dispersion inside fractures, conduction inside matrix blocks, and matrix-fracture heat transfer. In this regard, geothermal fractured reservoir related heat transfer equations are solved, ignoring fracture dispersion and heat conduction phenomena, which appears to be an appropriate assumption in high injection velocity values and then the effects of injection water velocity and distance from injection well parameters on the amount of error percent of these two models are investigated. Moreover, thermal recovery efficiency is employed to investigate cold water flooding into such reservoirs followed by a comparison to a numerical model for the purpose of validation.
    Keywords: Geothermal energy, Fractured reservoir, Convection, Conduction, Dispersion
  • E. Alizadeh *, M. Khorshidian, S. H. M. Saadat, S. M. Rahgoshay, M. Rahimi-Esbo Pages 369-376
    Proton exchange membrane fuel cells with a dead-ended anode and cathode achieve high hydrogen and oxygen utilization by a comparatively simple system. In this paper, a new design of proton exchange membrane fuel cell stack is presented. The basic concept of the proposed design is to divide the cells of the stack into several blocks by conducting the outlet gas of each stage to a separator and reentering to the next stage, thereby constructing a multistage anode and cathode. In this design, a higher gaseous flow rate is maintained at the outlet of higher than 85% of cells, even under dead-end conditions, and this results in a reduction of purge-gas emissions by hindering the accumulation of liquid water in the cells. The result shows that the dead-end mode condition has the same performance as an open-end mode. The stack power at the current density of 1200 mA/cm2 is 2.5kW and the voltage of all cells is bigger than 0.6V. This means that the stack can achieve to the power higher than 3kW, although all cells voltage is higher than the restriction voltage of 0.4V. Furthermore, the optimum time for opening and clothing of purge valve are 2 and 4s for anodic cells and 2 and 6s for cathodic cells.
    Keywords: Proton exchange membrane fuel cell, Dead-end operation, Purge time, Cascade type stack
  • A. Nemati, H. Nami, M. Yari, S.Faramarz Ranjbar * Pages 377-384
    In the present study a two-stage thermoelectric heater and a two-stage thermoelectric cooler are analyzed and compared from the perspectives of the first and second laws of thermodynamics. Based on the first law analysis results, for both two-stage thermoelectric heater and cooler, the coefficient of performance optimizes by current variation. The optimal value of coefficient of performance decreases with the hot and cold junctions temperature difference increasing. Based on the exergy analysis results, the exergy efficiency optimizes by the current variation same as the coefficient of performance. Moreover, for the case of heating, increasing the hot and cold side’s temperature difference increases the exergy efficiency but for the thermoelectric cooler leads to exergy efficiency reduction. Generally, the amount of exergy efficiency for two-stage thermoelectric cooler is lower than that of two-stage thermoelectric heater. Results show that optimum exergy efficiency of two stage thermoelectric heater is 0.181, 0.193 and 0.208 for hot and cold side temperature differences of 15, 30 and 45 K, respectively. Also, the optimum exergy efficiency of two stage thermoelectric cooler is 0.096, 0.073 and 0.04 for the same temperature differences between hot and cold side temperature differences.
    Keywords: Two-stage thermoelectric, Heating, Cooling, Energy, Exergy
  • M. M. Naserian, S. Farahat *, F. Sarhaddi Pages 385-398
    In this study, the optimal performance of an irreversible regenerative Brayton cycle is sought through power maximization using the finite-time thermodynamic concept in finite-size components. Optimization is performed on the maximum power as the objective function using a genetic algorithm. In order to take into account the time and the size constraints in the current problem, the dimensionless mass-flow parameter is used. The behavior of the system parameters, such as maximum output power, exergy, exergy destruction, first and second law efficiencies, and effectiveness of the heat exchangers are investigated using the dimensionless mass-flow rate parameter. The influence of the unavoidable exergy destruction due to finite-time constraint is taken into account by developing the definition of thermal exergy. According to the results, the external exergy destruction increases and consequently the second law efficiency and heat exchangers effectiveness decrease with an increment of the dimensionless mass-flow rate parameter. However, as the dimensionless mass-flow rate parameter tends to zero, the efficiency and the power of the system approaches Carnot efficiency and zero value, respectively. Finally, the improved definitions are proposed for the heat exergy and the second law efficiency which will be compared with the conventional definitions and then their cumulative effects on cycle’s performance will be discussed.
    Keywords: Brayton cycle, Regenerative, Exergy, optimization, Finite time
  • A. Asadi, M. Rahnama, E. Jahanshahi Javaran *, H. Bazargan Harandi Pages 399-412
    In the present study, a MATLAB computer code has been prepared for the simulation of a multi-effect desalination unit with thermal vapor compression. The first step is to obtain the parameters’ effect on the performance, including motive steam flow rate, temperatures, and dimensions of the system. Comparison of the present simulation results with the data reported for an actual desalination system shows a good consistency. System performance in two different cases of extracted secondary vapor from the last effect and all effects is investigated. It is observed that a higher performance ratio and specific heat transfer area are obtained by receiving secondary vapor from the last effect. Finally, the genetic algorithm is used to maximize the performance ratio of the system which is considered as the fitness function. Optimization results show that one can achieve a performance ratio higher than 17 and specific heat consumption less than 107 kJ/kg for a system with 10 effects.
    Keywords: Multi-effect distillation, Genetic algorithm, Performance ratio, Fitness function, Thermal vapor compression
  • S. Mojallal Agh, J. Pirkandi *, M. Mahmoodi, M. Jahromi Pages 413-424
    This paper presents a new rotary flow control valve with cam-nozzle structure that consists of a pressure compensator valve with an electronic actuator. This configuration installed in a turbojet engine fuel control system. This valve actuation is accomplished directly with a rotary servomotor. The purpose of this new design is to modify and optimize of a single speed turbojet engine performance for new missions. The rotary actuator selection, rotary metering valve design with high travel, direct drive rotary metering valve design and the special metering flow area are the innovations in the presented design. Because of rotary direct drive metering section, versus usual methods, number of parts(15-20%) and cost and hence weight of system are decreased. The fuel metering area is the lateral area of a cylinder with variable height. The mathematical model and simulation of the system is performed to obtain optimized design parameters. After manufacturing the prototypes, they are tested on a special stand for evaluation of system performance and adjusting the fuel system. The test results compared with the simulation results. Maximum (5%) deviation between model and test results shows that the model is accurate for prediction of system function.
    Keywords: Flow control valve, Metering valve, Turbine engine, Rotary valve
  • M. Habibnia, M. Shakeri *, S. Nourouzi Pages 425-436
    One of the major parameters which affects fuel cell performance is the ohmic loss due to electrical resistance among fuel cell components. Assembly and design parameters affect the pressure distribution on gas diffusion layer. In this study, the influence of effective parameters such as the amount of clamping force, sealant groove depth and the thickness of end plate on the uniform pressure distribution over gas diffusion layer were investigated. By decreasing clamping force, the amount of end plate deformation decreases and uniform pressure distribution on gas diffusion layer increases. By reducing pressure on the gas diffusion layer, the possibility of leakage increases. By using an experimental sealing test, the minimum compression stress over washer for no leakage condition was achieved to be 2 MPa. According to the gas diffusion layer manufacturer, the most efficiency was achieved in 1 MPa compressive stress. Furthermore, the influence of effective parameters on the uniform pressure distribution over gas diffusion layer was examined and discussed. Finally, optimum parameters were obtained using radial basis function neural network and Bee algorithm.
    Keywords: Pressure distribution, End plate, Clamping force, Gas diffusion layer
  • S. Nikseresht, F. Farshchi Tabrizi *, M. Riazi Pages 437-444
    Multi-phase fluid flow through porous media is strongly dependent on interfacial tension of immiscible fluids. Fluid mechanics will be affected by changing the interfacial tension. This paper describes a new approach to predict the interfacial tension at the oil-water system in the presence of an ionic surfactant. This study equation is based on Butler equation, often used for obtaining surface tension equations at different interfaces. The Debye–Hückel theory is used to determine activity coefficients of surfactant in the bulk phase. Cationic surfactants, including decyl trimethylammonium bromide (C10TAB) and dodecyl trimethylammonium bromide (C12TAB), are used to validate the equation. The new final equation can properly describe the alkane-water interfacial tension in the presence of single surfactant solutions. In this study, alkanes, including hexane, heptane, octane, decane, dodecane, and tetradecane are considered as the oil phase. The following parameters are obtained by curve-fitting: 1- molar surface area, and 2- bulk-surface distribution coefficient of surfactant. The alteration of equation parameters at different alkane-water systems is discussed. The newly developed equation is in a good agreement with the literature experimental data. This approach can be particularly important in the practical use of surfactants for the reduction of oil-water interfacial tension when experimental data are rare.
    Keywords: Fluid flow, Interfacial tension, Oil-water system, Ionic surfactant, Molar surface area