فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - سال چهل و هشتم شماره 2 (تابستان 1397)
  • سال چهل و هشتم شماره 2 (تابستان 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/06/08
  • تعداد عناوین: 40
|
  • رضا آقایی طوق* صفحات 1-10
    این مقاله بررسی عددی و تجربی تاثیر درجه ی هم پوشانی استاتورهای هم گرا- واگرا بر روی عملکرد توربین فراصوت ضربه ای در شرایط پذیرش جزئی را ارائه می دهد. مدل مورد مطالعه، یک توربین کوچک با نسبت فشار بزرگ است که به منظور تولید کار ویژه بالا در سامانه تغذیه موتورهای سوخت مایع استفاده می شود. به سبب کم بودن دبی جرمی سیال کاری، توربین در شرایط پذیرش جزئی استفاده می شود. استاتور توربین گروهی از نازل های هم گرا- واگرا می باشند که جریان فراصوت را ایجاد می کنند. در این کار، ابتدا با استفاده از کد پیش بینی عملکرد توربین، پنج استاتور با زوایای چیدمان نازل مختلف طراحی شده و سپس به صورت عددی آزمایش شده اند. در کد پیش بینی عملکرد توربین از رابطه تجربی تصحیح شده راندمان در آزمایشگاه توربینی استفاده شده است که توسط نویسنده طراحی شده است. نتایج کار عددی و کد پیش بینی عملکرد توربین با استفاده از نتایج حاصله از آزمایش های تجربی صحه گذاری شده است. این نتایج نشان می دهند که زاویه چیدمان نازل ها تاثیر قابل توجهی بر الگوی سه بعدی توزیع جریان در پایین دست استاتور دارد. در اثر تغییر الگوی جریان، توزیع اتلافات و در نتیجه عملکرد توربین تغییر می یابد. مطابق با نتایج کار حاضر، این تغییرات با استفاده از روش های طراحی بهینه قابل کنترل است.
    کلیدواژگان: توربین فراصوت، پذیرش جزئی، زاویه چیدمان، آزمایشگاه توربین
  • وحید اصغری، نقدعلی چوپانی *، مهدی حنیفی صفحات 11-18
    ارزیابی هایی که در مورد استحکام خطوط لوله انجام می شوند، نقش مهمی در طراحی و بهره برداری ایمن از این سازه ها دارند. خطوط لوله گاهی در معرض تغییر شکل های خمشی و کششی قرار می گیرند و این تغییر شکل ها جوش محیطی آنها را که می توانند عیب ها و ترک های ریزی در درون خود داشته باشند، تحت کشش قرار می دهد. بنابراین ارزیابی میزان مقاومت جوش محیطی در برابر رشد ترک ها و شکست از اهمیت خاصی برخوردار است. در این تحقیق، چقرمگی با معیار KIC برای ماده جوش محیطی خطوط لوله انتقال گاز ایران مطابق استاندارد ASTM E1820 تعیین شده است. برای این کار آزمایش های تک نمونه ای با استفاده از نمونه های آزمایش از نوع کششی فشرده با شیارهای جانبی و دارای ترک های خستگی جهت تعیین منحنی مقاومت در برابر رشد ترک با استفاده از روش نرمی باربرداری انجام شده است. جهت ساخت نمونه های آزمایش، قطعاتی از بدنه لوله API X65 جدا و مطابق جوشکاری محیطی که در ساخت خطوط لوله انتقال گاز ایران انجام می شود، به همدیگر جوش داده شدند. سپس نمونه های نهایی با استفاده از قطعات جوشکاری شده ساخته شدند. پس از انجام آزمایش ها و محاسبات لازم، مقدار عددی KIC برای ماده جوش محیطی MPam1/2 166 محاسبه شد.
    کلیدواژگان: خطوط لوله انتقال گاز طبیعی، جوش محیطی، چقرمگی شکست، روش نرمی باربرداری
  • وحید اعظمی*، مرتضی یاری صفحات 19-26
    در این مقاله، سیستم قدرت یکپارچه ی جدیدی، بر پایه گازی سازی زیست توده و پیل سوختی اکسید جامد با سیستم تصفیه گاز دما پایین پیشنهاد شده و عملکرد آن به وسیله ی محاسبات ترمودینامیکی مورد ارزیابی قرار گرفته است. سیستم پیشنهادی شامل واحد گازی سازی، واحد تصفیه گاز، هیبرید پیل سوختی اکسید جامد و توربین گاز و چرخه پایین دست آلی رانکین می باشد. گاز سنتز قبل از استفاده در پیل سوختی اکسید جامد باید در واحد تصفیه گاز مورد پاکسازی قرار گیرد. تکنولوژی تصفیه گاز دما پایین برای تصفیه گاز سنتز خروجی از گازی ساز به کار گرفته شده است. مطالعه پارامتریک، جهت بررسی پاسخ سیستم به تغییرات پارامترهای عملیاتی انجام شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با یک چنین سیستمی می توان به ترتیب به راندمان انرژی ناخالص و خالص، 56/54% و 55/50% دست یافت. این در حالی است که راندمان اگزرژی ناخالص و خالص سیستم به ترتیب 57/48% و 08/45% می باشد. از نرم افزار ترمودینامیکی Cycle-Tempo برای مدل سازی سیستم پیشنهادی استفاده شده است.
    کلیدواژگان: انرژی، اگزرژی، گازی ساز، سیستم تصفیه گاز، پیل سوختی اکسید جامد
  • حامد بازوندی، اسماعیل پورسعیدی *، مهدی مرادیان صفحات 27-33
    تاثیر ترتیب نصب و فاصله مرکز به مرکز بین پین ها بر توزیع تنش های پسماند و رشد ترک لبه ای، نمونه های تک حفره ای تحت بارگذاری خستگی بررسی شده است. ترک های لبه ای حفره ای در برخی از قطعات صنعتی همانند پوسته توربین گاز مشاهده می شوند. توزیع تنش های پسماند ایجاد شده در حفره های سه بعدی تحلیل و توزیع دوباره تنش پسماند در حفره های هم جوار بررسی شده است. تحلیل المان محدود روی نمونه های از چدن داکتیل مشابه پوسته توربین گاز انجام گرفته و رفتار ماده الاستیک – پلاستیک کامل فرض شده است. رشد ترک خستگی مکانیکی با استفاده از نرم افزار و کد مکانیک شکست زینکرک پیش بینی شده است. نتایج نشان می دهد که عمر خستگی مکانیکی به وسیله تغییر در ترتیب جا زدن و فاصله بین پین ها تحت تاثیر قرار می گیرد. هنگام جا زدن پین دوم، به دلیل تسلیم مجدد ایجاد شده به وسیله انبساط حفره دوم آزاد سازی تنش پسماند در اطراف حفره اول رخ می دهد، این توزیع مجدد تنش پسماند سبب کاهش عمر خستگی در اطراف حفره اول می شود. سر انجام نتایج عددی بدست آمده با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: توزیع مجدد تنش پسماند، عمر خستگی مکانیکی، نمونه های تک حفره ای، حفره های هم جوار
  • حسین بیکی * صفحات 35-43
    در این پژوهش با استفاده از طراحی یک سیستم استنتاج فازی مبتنی بر جدول ارجاع نفوذ جرم اسید بنزوئیک در نانوسیالات پایه آبی گاما آلومینا و سیلیکا مدلسازی و پیش بینی شده است. همچنین برای ارزیابی سیستم فازی طراحی شده، ضریب نفوذ اسید بنزوئیک در نانوسیال در دمای ثابت ◦C 20 با استفاده از یک روش ساده و ارزان اندازه گیری شد و با نتایج مدل فازی مقایسه شده است. نتایج نشان دادند که سیستم فازی طراحی شده با دقت بالایی می تواند فرآیند نفوذ جرم اسید بنزوئیک در نانوسیالات را تقلید کند. انحراف بین داده های آزمایشگاهی و مدل فازی برای نانوسیالات گاما آلومینا و سیلیکا به ترتیب حدود 939/0 و 997/0 می باشد. اندازه گیری ضریب نفوذ در نانوسیالات نشان داد که در غلظت های پایین نانوذرات، ضریب نفوذ تغییری ندارد. اما با افزایش غلظت نانوذرات سیلیکا کاهش قابل ملاحظه ای در ضریب نفوذ اسید بنزوئیک مشاهده شد، بطوریکه در نسبت حجمی %8/0 ضریب نفوذ تا %35 کاهش می یابد. عواملی چون غلظت نانوذرات، جنس نانوذرات و نوع آزمایش جهت تعیین میزان نفوذ جرم، به شدت می تواند روی فرآیند نفوذ جرم در نانوسیالات تاثیر گذار باشد.
    کلیدواژگان: سیستم استنتاج فازی، ضریب نفوذ، اسید بنزوئیک، جدول ارجاع
  • فرزاد پرواز، روح الله رفعی *، فرهاد طالبی صفحات 45-53
    در این پژوهش، اثرات کوچک کردن قطر خروجی آیروسیکلون بر عملکرد آن مورد بررسی قرار می گیرد. برای پیش بینی راندمان جداسازی قطرات و الگوی جریان درون آیروسیکلون از مدل آشفتگی تنش رینولدزی (RSM) استفاده شده است. روش عددی استفاده شده در کار حاضر روش اویلری-لاگرانژی بوده است. به دلیل انحراف هسته گرابه، حل انجام گرفته به صورت ناپایا و در مدت زمان 73/0 ثانیه صورت می گیرد. با کوچک شدن قطر خروجی افت فشار و سرعت مماسی افزایش می یابد. همچنین با کاهش قطر لوله خروجی (به عنوان مثال در سرعت 10 متر بر ثانیه) عدد اویلر افزایش می یابد. با افزایش عدد رینولدز، عدد اویلر تقریبا به صورت ثابت باقی می ماند. اثرات عبارت انعکاسی دیواره در مدل آشفته RSM برمیدان جریان و حرکت قطرات بررسی شده است. با اعمال کردن عبارت انعکاسی دیواره نتایج عددی به نتایج آزمایشگاهی نزدیکتر می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که سیکلونهای با قطر خروجی کوچکتر بازدهی بیشتری نسبت به دیگر سیکلون ها دارند.
    کلیدواژگان: آئروسیکلون، اویلری-لاگرانژی، عدد اویلر، تغییر قطر خروجی، پاشش قطرات
  • وحید پورعبدالله قهفرخی، فرهاد حاجی ابوطالبی *، حمید بهشتی، حمید ربیعیان نجف آبادی صفحات 55-64
    با توجه به گستردگی کاربرد مواد مرکب در صنایع مدرن و پیشرفته، پیش بینی دقیق رفتار آسیب و شکست این مواد از اهمیت بالایی برخوردار است. انجام آزمایش های تجربی کمتر و ساده تر، باعث کاهش هزینه و زمان گردیده، بنابراین، طراحی و تحلیل مواد فوق نیازمند شناخت و استفاده از معیارهای آسیب و شکست می باشد. در کشور ایران، این مواد بیشتر در ساخت هواپیما مورد استفاده قرار گرفته و به همین دلیل در این پژوهش قطعه بال هواپیما انتخاب گردیده و شبیه سازی می شود. به همین منظور، معیارهای آسیب و شکست پاک، تسای-وو و سان با استفاده از یک زیربرنامه ضمنی در نرم افزار تجاری آباکوس پیاده سازی می گردند. پس از شبیه‎سازی بال هواپیما، با استفاده از سه معیار فوق مناطق آسیب دیده و نقاط بحرانی بال پیش بینی شده، نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی با نتایج تجربی مقایسه و اعتبارسنجی می گردند. مقایسه نتایج عددی و عملی آشکار می کند که نتایج پیش بینی معیار آسیب پاک به نتایج عملی نزدیک تر بوده و برای پیش بینی آسیب در آزمون بارگذاری بال هواپیما مورد اطمینان بیشتری است.
    کلیدواژگان: معیارهای آسیب و شکست، مواد مرکب، آزمون بارگذاری بال هواپیما، روش اجزاء محدود
  • وحید تیکنی، حامد شهبازی * صفحات 65-73
    این مقاله یک الگوریتم کنترلی خالص مبتنی بر روش فازی برای کنترل زاویه ای کوادروتور ارائه می کند. پارامترهای خطا و نرخ تغییرات خطا به عنوان ورودی سیستم فازی محسوب می شوند و ورودی های کنترلی برای حرکت های پایه ای کوادروتور مبتنی بر قوانین فازی تعریف شده، تولید می شوند. با توجه به دینامیک غیرخطی کوادروتور، الگوریتم کنترلی فازی برای پایدارسازی و کنترل زاویه ای این نوع از ربات ها پاسخ مطلوبی ارائه می دهد. برای بررسی عملکرد الگوریتم کنترلی فازی در مدل آزمایشگاهی، یک مجموعه شامل کوادروتور، میکرو کنترل گر و حسگرهای مورد نیاز ساخته شده است. حسگرهای سه محوره ی ژیروسکوپ و شتاب سنج برای تخمین موقعیت زاویه ای مورد استفاده قرار گرفته اند. به علت وجود نویز و خطا در خروجی حسگرها، از فیلتر کالمن برای حذف نویز استفاده شده است. نتایج بدست آمده در آزمایش های عملی نشان دهنده طراحی موفقیت آمیز الگوریتم کنترلی فازی بر روی کوادروتور بوده است.
    کلیدواژگان: کنترل گر فازی، کوادروتور، فیلتر کالمن، سیستم فازی، کنترل گر زاویه ای
  • محمود چهارطاقی *، سید مجید هاشمیان، سینا ناییجی صفحات 75-84
    در این مقاله به بررسی اثر افزودن هیدروژن به موتور گازسوز د 87 پرداخته می شود. توان خروجی موتور پایه دیزل 1000 کیلووات و سرعت موتور آن 1500 دور در دقیقه است که برای تبدیل آن به موتور گازسوز نیازمند ایجاد تغییراتی در موتور پایه از جمله تغییر سامانه پاشش و کاهش نسبت تراکم از 15 به 5/11می باشد. هیدروژن به عنوان یکی از بهترین افزودنی ها، می تواند مصرف سوخت و آلاینده های مضر را در موتورهای احتراق داخلی به مقدار زیادی کاهش دهد. به همین منظور در این مقاله اثر افزودن نسبت های جرمی مختلف سوخت هیدروژن به گاز طبیعی جهت مشاهده تغییر رفتار موتور مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش نسبت جرمی هیدروژن از 0 به 002/0 تا 014/0 که معادل اضافه نمودن 50% انرژی به داخل محفظه است، اعمال شده و با بررسی جوانب مختلف عملکردی و آلایندگی، نقطه بهینه تعیین می شود. با در نظر گرفتن این دو دیدگاه، نسبت جرمی 006/0 هیدروژن که معادل با اضافه نمودن 18% انرژی به داخل محفظه احتراق می باشد، به عنوان نقطه بهینه برای این موتور تعیین می شود. پس از آن، زمان مناسب برای نقطه بهینه موتور که معادل با نسبت جرمی 006/0 می باشد، تعیین می گردد و با توجه به نتایج به دست آمده 3 درجه پس انداختن زمان جرقه با توجه به شرایط موتور، مناسب برای این نسبت جرمی هیدروژن می باشد.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال جرقه ای، گاز طبیعی، هیدروژن، نسبت جرمی بهینه، آلاینده
  • سوران حسنی فرد *، سید حجت موسوی صفحات 85-91
    یکی از مناسب ترین روش ها برای ایجاد تنش پسماند فشاری در سطح قطعات، فرایند صیقل کاری با پلاستیسیته کم است که می تواند رفتار خستگی مناسبی برای قطعات فلزی فراهم کند. این فرایند می تواند بدون نیاز به بهینه سازی محیط ، مواد و یا طراحی اجزاء، تنش های کششی سطح را کاهش دهد یا به طور کامل حذف کند. در این فرایند یک ساچمه غلتش آزاد با یک نیروی عمودی مناسب در سطح قطعه کار حرکت می کند و با تغییر شکل پلاستیک سطح، تنش های پسماند فشاری مناسبی در عمق قطعه فراهم می کند. در این پژوهش، مدل اجزاء محدود این فرایند در دو حالت یک و دو ساچمه ای بر روی یک شفت از جنس آلیاژ آلومینیم 6T-7075 ارائه شده و تاثیرات آن بر روی تنش های پسماند مطالعه و با استفاده از رهیافت مبتنی بر کرنش، عمر خستگی قطعه بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که استفاده از دو ساچمه به جای یک ساچمه در این فرایند، می تواند تنش های پسماند فشاری در راستای محوری و شعاعی قطعه را 5/1برابر افزایش دهد. عمق تاثیرگذاری تنش ها نیز در حالت دو ساچمه بیشتر از یک ساچمه است. همچنین، حد استحکام خستگی در نمونه موردنظر با فرایند صیقل کاری با پلاستیسیته کم دو ساچمه ای، نسبت به نمونه بدون فرایند مذکور و یک ساچمه ای به ترتیب حدود 3 و 2 برابر افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: صیقل کاری با پلاستیسیته کم، مدل سازی اجزاء محدود، تنش پسماند، عمر خستگی
  • امیر بک خوشنویس*، رضا قزلباش، بهروز ظفرمند صفحات 93-102
    در پژوهش پیش رو با روش جریان سنج سیم داغ تک بعدی، به بررسی اثر زبری بر روی سطح مقطع ایرفویل مدل S823 که از سری ایرفویل های توربینی خانگی بوده، پرداخته شده است. مؤلفه های نوسانی و میانگین زمانی سرعت جریان در دنباله در دو حالت سطح صاف و نیز سطح دارای زبری بالا و برای دو سرعت 5 و 10 متر بر ثانیه اندازه گیری شده است. هم چنین، تغییرات ضریب پسا در دو حالت به دست آمده و مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق سعی بر آن شد که از روش دنباله ای که یک روش تجربی برای محاسبه مولفه های سرعت است، برای اندازه گیری پارامترها استفاده شود. اندازه گیری ها در فواصل بدون بعد 3, 2, 1, 5/0, 01/0 x/c= انجام پذیرفته است (طول وترc ≡ و فاصله از پشت ایرفویل x ≡). با توجه به شکلها و نتایج آزمایشات مشاهده می شود که با افزایش فاصله در جهت طولی (x) پهنای دنباله بیشتر شده و سطح بیشتری را تحت تاثیر قرار می دهد. هم چنین، دور شدن از پره در جهت طولی باعث پهن شدن اوج کمینه سرعت و درنهایت از بین رفتن آن می شود که در حالت سطح زبر دنباله دارای پهنای بیشتر شده و برای رسیدن به سرعت جریان آزاد نیاز به دور شدن بیشتری است.
    کلیدواژگان: ضریب پسا، شدت اغتشاشات، پره، دنباله، زبری
  • مصطفی هادی دولابی *، سعید قائمی کاشانی، مهدی هاشم آبادی، عباس طربی صفحات 103-112
    در این پژوهش با استفاده از تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی، روند طراحی آیرودینامیکی برای محفظه آزمون تونل باد ابر صوتی از نوع جت آزاد بسته انجام شده است. در ابتدا با استفاده از داده های آماری تونل های باد ابرصوت موجود در جهان، طراحی مفهومی محفظه آزمون انجام شده است. سپس با شبیه سازی عددی نمونه طراحی شده در جریان تراکم پذیر، لزج (مدل k – ω SST) با استفاده از حل معادلات ناویر-استوکس در حالت متقارن محوری، کیفیت طراحی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. در نهایت با تغییر پارامترهای محفظه آزمون، ابعاد بهینه محفظه آزمون تعیین شده است. پارامتر های موثر در محفظه آزمون شامل طول محور محفظه آزمون، قطر محفظه آزمون، قطر ورودی دیفیوزر، میزان فرورفتگی دیفیوزر و نازل داخل محفظه آزمون هستند. موارد بررسی شده در راستای معیارهای طراحی شامل ایجاد جریان یکنواخت و پیوسته جهت ایجاد بستر مناسب برای قرارگیری مدل در محفظه آزمون است. با استفاده از روند، ابعاد، مشخصات و الزامات آیرودینامیکی محفظه آزمون تونل باد ابرصوتی درعدد ماخ عملکردی 5 تا 7 تعیین شده است. همچنین اثرات دو نوع نازل مخروطی و انحنادار بر کیفیت جریان داخل محفظه آزمون تونل باد ابرصوت نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: طراحی آیرودینامیکی، محفظه آزمون، جت آزاد، تونل باد، جریان ابرصوتی
  • مهدی دیمی دشت بیاض*، رضا ناظری بوری آبادی صفحات 113-120
    در این تحقیق هدف دستیابی به ضریب عملکردی (COP) بیشینه بر حسب بار جزئی و دمای محیط بیرون در چیلرهای تراکمی سانتریفیوژ می باشد. تغییرات ضریبCOPبر حسب تغییردر تعداد فن های چگالنده ، دمای محیط بیرون و بارگذاری جزئی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین درنهایت رابطه ای برحسب دمای محیط بیرون و بار جزیی بحرانی با هدف محاسبه بار جزئی لحظه ای دراندازه های مختلف چیلرپیشنهاد شده است. با داشتن این رابطه، چنان چه ظرفیت سرمایشی چیلر و دمای محیط بیرون معین باشد با مشخص بودن تعداد فن ها،بار جزئی که در آن میتوان به ضریب عملکردی بیشینه دست یافت قابل محاسبه می باشد. بر اساس نتایج حاصله ضریب عملکردی بیشینه درمحدوده بارگذاری جزئی بین7/0تا 8/0قراردارد. همچنین با افزایش دمای محیط از 30 به 50 درجه سلسیوس، ضریب COP در حدود 2 واحد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: چیلر های سانتریفیوژ، بارگذاری جزئی، ظرفیت سرمایشی، ضریب عملکردی ماکزیمم
  • مریم رضوی، حمید محمدیون *، مرتضی خوشوقت علی آبادی صفحات 121-129
    در این تحقیق دمای بی بعد و انتقال گرمای جابجایی در جریان سکون شعاعی نانو سیال همراه با نفوذ سطحی یکنواخت بر روی استوانه ساکن به صورت پایا بررسی شده است. جریان آزاد پایا بوده و قدرت اولیه جریان میباشد. در این مسئله حل تشابهی معادلات اندازه حرکت ومعادله انرژی، با تبدیلات مناسب ذکر شده در این تحقیق، ارائه شده است. معادلات به صورت کاملا تشابهی در شرایطی حل شده اند که دیواره تحت تاثیر نفوذ سطحی یکنواخت قرار دارد. کلیه ی حل های ذکر شده برای اعداد رینولدز بین 1/0 تا 1000 ، مقادیر گوناگون نفوذ سطحی بی بعد و مقادیر معینی از کسر حجمی نانو ذرات ارائه شده است که در آنها a شعاع استوانه و لزجت سینماتیکی سیال پایه است. نتایج نشان میدهد برای همه اعداد رینولدز، با کاهش کسر حجمی نانوذرات و افزایش مکش سطحی، عمق نفوذ مو لفه های شعاعی و محوری میدان سرعت و تنش برشی دیواره، افزایش می یابد به علاوه افزایش کسر حجمی نانوذرات و مکش سطحی موجب افزایشضریب انتقال حرارت و عدد ناسلتمیشود.
    کلیدواژگان: نانوسیال، جریان سکون، انتقال حرارت، کسرحجمی، نفوذ یکنواخت
  • فرامرز رنجبر *، آرش نعمتی، محمدرضا کلاهی صفحات 131-138
    برای تحلیل و بهبود عملکرد یک چرخه تولید توان زمین گرمایی، بررسی ترمودینامیکی چرخه ترکیبی رانکین آلی و فلش با استفاده از سیال زئوتروپیک به عنوان سیال کاری چرخه رانکین آلی انجام شد. ترکیباتی از سه هیدروکربن (هگزان، سیکلوهگزان و ایزوهگزان) با دو مبرد (R236ea و R245fa) به عنوان سیال کاری چرخه رانکین آلی بررسی شد. تغییرات بازده قانون اول و دوم ترمودینامیک، توان خالص خروجی و تخریب اگزرژی به عنوان تابعی از تغییر نسبت جرمی مبرد از 0 تا 1 گزارش شد. نتایج نشان می دهد بازده های قانون اول و دوم ترمودینامیک در یک نسبت جرمی خاص بیشینه می شوند. همچنین، توان خالص تولیدی چرخه رانکین آلی با تغییر نسبت جرمی یک مقدار بهینه نشان می دهد. علاوه بر این، تخریب اگزرژی در اواپراتور که منبع اصلی تخریب اگزرژی در چرخه رانکین آلی است، در محدوده مقادیر متوسط نسبت جرمی مبرد کمترین مقدار را داراست. طبق نتایج به دست آمده سیال کاری Cyclohexane/R236ea با نسبت کسر جرمی 6/0 به 4/0 بهترین عملکرد را از دیدگاه انرژی و اگزرژی از خود نشان می دهد که منجر به تولید توان کل MW 31/7 در چرخه می گردد.
    کلیدواژگان: انرژی زمین گرمایی، چرخه فلش دوتای، چرخه رانکین آلی، سیال کاری زئوتروپیک
  • حبیب الله سایه وند *، امیر بصیری پارسا صفحات 139-148
    بررسی انتقال گرمای همرفتی نانوسیال با توابع توزیع متفاوت درون یک مجرا، موضوع بحث این مقاله می باشد. عناصر تفرق و یا نانوذرات در داخل مجرا را می توان علاوه بر توزیع یکنواخت، با توابع توزیع متفاوتی از جمله توزیع سهموی یا توزیع نمایی پخش کرد. در اینجا تزریق نانوذرات با توزیع های مختلف درون جریان سیال جهت دستیابی به بیشترین میزان انتقال گرما با یکدیگر مقایسه شده اند. با توجه به کاربردهای زیادی که کانال صفحات موازی و همچنین لوله، به عنوان مجرای عبور سیال، در صنعت، دارند، لذا نتایج عددی برای این دو هندسه، ارائه و مقایسه می گردند. جهت انجام مقایسه کامل و مفید، تعداد عناصر تفرق یکسانی برای هر یک از توزیع ها درنظر گرفته می شود. اعتبارسنجی نتایج توسط راه حل تحلیلی برای یک وضعیت ساده از مسئله انجام شده است. حضور نانوذرات با توزیع سهموی و افزایش شاخص اندازه ذرات، عدد ناسلت و ویژگی های انتقال گرما را به شکل پیوسته کاهش می دهد. برای توزیع نمایی، افزایش شاخص اندازه ذرات منجر به یک رفتار صعودی-نزولی برای عدد ناسلت می شود. بنابراین در این توزیع، اندازه بهینه ای برای عناصر تفرق به دست می آید.
    کلیدواژگان: توابع توزیع، حل عددی، عناصر تفرق، نانوسیال
  • مسعود سبزی *، احمد منشی صفحات 149-158
    در این پژوهش به بررسی تاثیر افزودن کروم بر چقرمگی شکست فولاد هادفیلد، با استفاده از آزمایش ضربه شارپی پرداخته شده است. برای این منظور، ابتدا سه بلوک از فولاد هادفیلد (Cr%0، Cr%5/1 و Cr%3) بوسیله ی کوره القایی ریخته گری شدند. سپس هر سه بلوک به مدت 2 ساعت تحت عملیات حرارتی آستنیته در دمای °C1100 قرار گرفته و بلافاصله در آب خالص سریع سرد شدند. در مرحله ی بعد، آزمایش های کشش تک محوره، سختی سنجی و ضربه ی شارپی بر روی هر سه نمونه انجام شد. برای بررسی ریزساختار از میکروسکوپ نوری و برای بررسی سطوح شکست از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. سپس برای بررسی چقرمگی شکست نمونه ها از روابط تجربی بین چقرمگی شکست و نتایج آزمایش ضربه شارپی، استفاده گردید. نتایج نشان داد که کمترین سختی - بالاترین چقرمگی شکست - بالاترین طول ترک بحرانی به نمونه ی بدون کروم و بالاترین سختی - کمترین چقرمگی شکست - کمترین طول ترک بحرانی به نمونه ی حاوی Cr%3 تعلق گرفت. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی دلالت بر افزایش رشد ترک در آزمایش ضربه شارپی در اثر افزودن کروم به ترکیب شیمیایی فولاد منگنزدار هادفیلد داشتند.
    کلیدواژگان: فولاد هادفیلد، چقرمگی شکست، کروم، طول ترک بحرانی، سختی
  • محمدحسین شفیعی میم *، محمد مصطفی غفوریان، محمد آدینه بیگی صفحات 159-168
    در این پژوهش، تاثیر تغییر تعداد پره های یک کمپرسور توربوشارژربه صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، هندسه ی پروانه و حلزونی کمپرسور توربوشارژر گرت T25با استفاده از اسکن سه بعدی تعیین و سپس در نرم افزار انسیسمدل گردیده است. پس از حل میدان جریان در کمپرسور با تعداد پیش فرض 6 پره، تعداد پره ها از مقدار اولیه ی 6 عدد به 5 عدد تغییر داده وسپس حل عددی برای تعداد 4 و 7 پره تکرار شده است. با کاهش تعداد پره ها سطح مقطع عبوری جریان افزایش یافته و در نتیجه کمپرسور دیرتر به شرایط شوک می رسد. بنابر این کمپرسور با تعداد پره کمتر قابلیت عبور جریان با دبی جرمی بیشتری را دارد. از طرفی با افزایش تعداد پره ها ضریب لغزش و قدرت انتقال یافته به سیال افزایش یافته، اما قدرت و نسبت فشار با بیشتر شدن تعداد پره ها از 6 عدد کاهش می یابد. در یک برآورد کلی نتایج مطالعه حاضر نشان می دهد که کمپرسور دارای 6 پره در دبی های جرمی کمتر که متناظر با نسبت فشارهای بالاتر می باشد، دارای بهترین عملکرد می باشد.
    کلیدواژگان: کمپرسور گریز از مرکز، پروانه، بررسی عددی، زاویه ی پره ها، مدل سازی جریان
  • مسعود طالع زاده، کورش گودرزی *، امین موسایی صفحات 169-174
    در این مقاله به بررسی تجربی تاثیر همزمان میکرو و نانو پلیمر بر روی خواص هیدرودینامیکی شامل افت فشار و ضریب اصطکاک پوسته ای جریان مغشوش درون یک لوله افقی در اعداد رینولدز مختلف پرداخته شده است. در این کار از ماده افزودنی پلیمر پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده در مقیاس میکرو و نانو بنامsuperfloc A110 استفاده شده است. به منظور داشتن تحلیل جامعی از شرایط گوناگون آزمایشی، آزمایشات با غلظت های مختلف ماده پلیمری در مقیاس میکرو و نانو انجام شده است و تاثیر شرایط گوناگون بر روی افت فشار و ضریب اصطکاک بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزودن پلیمر در اندازه میکرو تا غلظت بهینه (0625/0 درصد حجمی) سبب کاهش ضریب اصطکاک می شود. همچنین با اضافه کردن ذرات پلیمری در اندازه نانو به محلول حاوی ذرات پلیمری در اندازه میکرو بطور همزمان، ضریب اصطکاک تا حدود 58 درصد کاهش می یابد. با افزایش دمای محلول تا حدود 30 درجه سلسیوس گراد نیز کارایی عامل کاهنده پسا بالاتر می رود.
    کلیدواژگان: جریان مغشوش ، افت فشار، پلیمر ، میکرو و نانو
  • معین طاهری* صفحات 175-184
    امروزه منیپولیشن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی به عنوان یکی از روش های نوین ساخت تجهیزات مقیاس میکرو/نانو مورد توجه محققین قرار گرفته است. ازآنجاکه این روش نیاز به فرآیندهای دقیق و پیچیده داشته و هزینه های بالایی را دربردارد، لذا پیش از انجام هرگونه کار تجربی بایستی به مدل سازی دقیق آن پرداخت. مدل سازی دقیق فرآیند منیپولیشن سه بعدی از چهار بخش عمده شامل سینماتیک، دینامیک، اصطکاک و تماس تشکیل شده است. مدل سازی استاتیکی و دینامیکی منیپولیشن سه بعدی پیش ازاین توسط محققین مختلف بررسی شده است، اما به مدل سازی اصطکاکی و تماسی توجه کمتری شده است. در این مقاله برای نخستین بار چهار مدل تماسی کروی، شامل مدل های هرتز، جی کاآر، دی ام تی و بی سی پی جهت نانومنیپولیشن سه بعدی توسعه یافته و به کار برده شده اند. هدف از کاربرد این مدل ها، بررسی اثر آن ها بر نیرو و زمان بحرانی در منیپولیشن سه بعدی به منظور مدل سازی دقیق حرکت نانوذره بر روی سطح مبنا می باشد. نتایج به دست آمده بیانگر آن است که مدل تماسی هرتز به دلیل صرف نظر از نیروهای چسبندگی کم ترین مقدار نیرو و زمان بحرانی را نشان می دهد، همچنین نتایج نشان می دهد که غلتش ذرات حول محور xبه عنوان محتمل ترین مد حرکتی، و لغزش در راستای محور x به عنوان کم احتمال ترین مد حرکتی خواهند بود.
    کلیدواژگان: منیپولیشن سه بعدی، مدل های مختلف تماسی، نانوذرات کروی، نیرو و زمان بحرانی
  • مهدی ظهور *، امین اشرافی تفرشی*، سید میثم موسوی صفحات 185-190
    فرآیند الکتروهیدرولیک فرمینگ یک روش شکل‏دهی فلزات بصورت پالسی می باشد که در آن از تخلیه بار الکتریکی در امتداد دو یا چند الکترود که درون سیال قرار گرفته است، برای شکل دادن ورق فلزی استفاده می شود. با انجام مجموعه ای از تست های تجربی میزان شکل‏پذیری ورق با استفاده از فرآیند الکتروهیدرولیک فرمینگ در کنار فرآیند شبه استاتیک مورد محاسبه‏ قرارگرفته است. همچنین یک روش نظری برای مقایسه نتایج تجربی و تحلیلی بررسی شده است. تست‏های تجربی الکتروهیدرولیک فرمینگ بر روی ورق‏های آلیاژ آلومینیوم گریدبندی شده بصورت کروی جهت بدست آوردن نمودار حد شکل‏دهی بررسی گردیده است. نه تنها تطابق خوبی فیمابین منحنی های تجربی بدست آمده از تست نیمه استاتیک و روش نظری حاصل شده است، همچنین فرآیند الکتروهیدرولیک فرمینگ موجب بهبود شکل پذیری آلیاژ آلومینیوم با توجه به نمودارهای حد شکل دهی در کرنش‏های حداکثری تا بیش از 26 درصد در مقایسه با فرآیندهای با سرعت پایین نیز گردیده است.
    کلیدواژگان: نمودار حدشکل‏دهی، نرخ کرنش بالا، شکل‏دهی الکتروهیدرولیک
  • مینو عالمی، علی مقداری *، اشکان قنبرزاده، لیلا جعفری مقدم صفحات 191-200
    کودکان سرطانی دردوره شیمی درمانی نیاز شدید به مراقبت و توجه ویژه دارند، و آشنایی آنها با بیماری و فرآیند درمان در همکاری شان با پزشکان و روانشناسان جهت بهبود حالشان تاثیر گذار است. استفاده از فناوری های نوین و هوشمند بویژه ربات های اجتماعی انسان نما به عنوان ابزاری انگیزه بخش وجذاب می تواند در این خصوص چاره ساز باشد. در این پژوهش از رباتی انسان نما با توانایی های ارتباطی گوناگون برای تعامل با 6 کودک مبتلا به سرطان استفاده شده و تاثیر آن بر کاهش "دیسترس" ناشی از بیماری و فرآیند درمان آن پرداخته شده است. "دیسترس" در سرطان، حالتی روحی-روانی در بیماراست که ناراحتی هایی همچون اضطراب، افسردگی، بی انگیزگی و غیره را در بردارد. متغیرهای مساله در فرایند درمان کودکان سرطانی شامل افسردگی، اضطراب، کم اشتهایی، و خشم می باشندکه با انجام این پژوهش تاثیر ربات های اجتماعی منتخب با برنامه ریزی مناسب در کنار روانشناس و پزشک متخصص در قالب 8 جلسه مداخلات روانشناسی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج بدست آمده تحلیل و گزارش شده اند. نتایج اولیه این پژوهش که برای اولین بار در جهان انجام شده نشانگر تاثیر مثبت حضور و بکارگیری ربات های اجتماعی به عنوان دستیار درمانگر در طی فرایند درمانی کودکان سرطانی است.
    کلیدواژگان: ربات اجتماعی، ربات انسان نما، دیسترس در سرطان، روان درمانی کودکان
  • مسعود عسگری *، عباس خان محمدی، میلاد پارسا صفحات 201-208
    ترکیب مواد مختلف اغلب به منظور بهینه سازی پاسخ سازه تحت بارهای مکانیکی و حرارتی شدید در سازه های پیچیده نظیر مخازن استفاده می شود. مواد تابعی یا هدفمند برای رسیدن به این هدف در مورد مخازن تحت فشار مناسب می باشند. از سوی دیگر این ساختارها معمولا متحمل بارگذاری تکرار شونده منجر به تغییر شکل پلاستیک و درنتیجه پدیده های تشدید تدریجی و تطبیق دوره نوسانی می باشند. در این مطالعه نظریه سخت شوندگی سینماتیکی غیرخطی فردریک- آرمسترانگ به منظور بررسی رفتار بارگذاری چرخه ای برای یک سیلندر ضخیم هدفمند تحت فشار داخلی برای دو ماده هدفمند بصورت فلز-فلز و سرامیک-فلز استفاده می شود. قانون توزیع کسر حجمی، هندسه و بار مکانیکی متقارن، برای ماده مورد نظر فرض می شود. روش المان محدود در ترکیب با یک رویکرد چند لایه برای مدل کردن سازه استفاده شده است. تحلیل های مورد نظر به روش المان محدود انجام و نتایج آن بوسیله نمودارهای تنش-کرنش ارائه شده است. اثر تغییرات توزیع مواد بر رفتار چرخه ای نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از مواد هدفمند منجر به طراحی انعطاف پذیرتر می شود؛ به نحوی که گسیختگی چرخه ای را می توان با انتخاب پروفایلهای توزیع مواد مناسب بهبود داد.
    کلیدواژگان: پلاستیسیته چرخه ای، تشدید تدریجی، سیلندرضخیم با مواد هدفمند، روش اجزاء محدود
  • کیوان فلاح * صفحات 209-218
    در مطالعه حاضر انتقال گرما در سیال غیرنیوتنی گذرنده از سیلندر دایروی چرخان با روش شبکه بولتزمن شبیه سازی شده است. رژیم جریان ناپایا دو بعدی در 100 Re=و 20Pr= برای شاخص های سیال غیرنیوتنی مدل توانی (8/1≤n≤4/0) و سرعت های چرخشی بی بعد (3≤β≤0) بررسی شده است. اثرات سرعت چرخشی بی بعد سیلندر و شاخص توانی بر روی کانتور گردابه، کانتور دما، نوسلت موضعی، نوسلت میانگین سطح و عدد نوسلت میانگین سطح-تناوبی، با جزئیات، مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که با تغییر خواص سیال از نیوتنی به سمت سیال غلیظ شونده برشی کانتور دما کشیده تر و پهن تر می گردد در حالیکه با تغییرخواص از نیوتنی به رقیق شونده برشی عکس این روند مشاهده می شود. با افزایش نسبت سرعت چرخشی بی بعد، میدان جریان و میدان دما پایا می شوند، که این روند برای سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی مشابه می باشد. دیده می شود که با افزایش خواص رقیق شونده برشی و ضخیم شونده برشی در سیالات، آهنگ انتقال گرما ازسطح سیلندر دایروی به ترتیب افزایش و کاهش می یابد. همچنین، نتایج نشان می دهد که با افزایش سرعت چرخشی بی بعد آهنگ انتقال گرما از سطح سیلندر کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، سیال غیرنیوتنی، انتقال گرما، سیلندر دایروی چرخان
  • ابوالفضل فورگی نژاد *، سید محمد امام، مرتضی طاهری صفحات 219-227
    نانورس به منظور تقویت خواص مکانیکی لاستیک به ترکیب آن افزوده می شود. در این پژوهش از روش غیر مخرب آزمون فراصوتی برای بررسی فرمول‏بندی لاستیک تقویت شده با نانورس استفاده شده است. در این روش زمان بین ارسال و بازتاب امواج صوتی با بسامد بالا اندازه گیری می شود. سرعت انتشار امواج طولی از تقسیم طول نمونه بر زمان رفت و برگشت امواج بدست می آید. در مطالعه حاضر با توجه به انعطاف پذیری مواد لاستیکی، برای اندازه گیری ضخامت نمونه از روش پردازش تصویر استفاده گردید. با تغییر درصد عناصر تشکیل دهنده لاستیک تقویت شده با نانورس، خواص فیزیکی و مکانیکی آن تغییر نموده و در نتیجه آن سرعت انتشار امواج صوتی در لاستیک تقویت شده با نانورس تغییر خواهد نمود. به منظور بررسی فرمول‏بندی لاستیک تقویت شده با نانورس، ابتدا تعدادی نمونه با فرمول‏بندی‏های متفاوت تهیه گردید و برای هرکدام از نمونه ها، سرعت انتشار امواج فراصوتی طولی اندازه گیری گردید. به منظور صحت سنجی نمونه دیگری با فرمول‏بندی جدید ساخته شد و سرعت انتشار امواج فراصوتی طولی در آن اندازه گیری گردید. بررسی نتایج بدست آمده از آزمایش ها و مدل رگرسیونی پیاده سازی شده نشان داد که می توان با داشتن فرمول‏بندی لاستیک تقویت شده با نانورس سرعت انتشار امواج فراصوتی طولی را در لاستیک ها بدست آورد. دستاورد بدست آمده از نتایج پژوهش در آنالیز لاستیک های تولید شده و حفظ فرمول‏بندی مد نظر خطوط تولید کاربرد دارد.
    کلیدواژگان: لاستیک، نانورس، آزمون فراصوتی، پردازش تصویر، مدل رگرسیون
  • مجید قریشی، مجتبی ذوالفقاری، وحید طهماسبی* صفحات 229-237
    یکی از مهمترین، حساس ترین و پرکاربردترین فرآیندهای ماشینکاری در حوزه جراحی ها و مهندسی پزشکی، فرآیند سوراخکاری استخوان می باشد. سوراخکاری استخوان کاربرد عمده ای در جراحی های ارتوپدی، درمان شکستگی ها و نمونه برداری های استخوانی و همچنین دندان پزشکی دارد. استفاده از دریل های جراحی اتوماتیک و همچنین ربات های جراح کنترل عددی سبب ایجاد تحولی شگرف در بهبود این فرآیند شده است. در طول عمل سوراخکاری استخوان، اعمال نیروی بیش از حد به بافت استخوان سبب ایجاد شکست و ترک خوردگی و ایجاد آسیب جدی در بافت اسنخوان می گردد و همچنین این امکان وجود داردکه مته جراحی در داخل بافت استخوان دچار شکستگی گردد. در این مقاله با درنظر گرفتن سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار به عنوان مهمترین فاکتورهای ورودی فرآیند ابتدا با استفاده از روش طراحی آزمایش ها و روش سطح پاسخ، نیروی اعمالی به بافت استخوان مدل سازی و معادله رگرسیون خطی مرتبه دوم حاکم بر مدل استخراج گردیده و از دقت آن اطمینان حاصل شده است. سپس با بهره گیری از روش تحلیل حساسیت آماری سوبل که نسبت به سایر روش ها دارای مزیت استخراج مقدار کمی تاثیر پارامترهاست، به بررسی تاثیر پارامترهای ورودی بر روی پارامتر خروجی نیرو پرداخته شده و چگونگی تاثیر هریک از پارامترهای ورودی به دقت بررسی شده است و در انتها با بهینه سازی مدل حاکم بر فرآیند، مقادیر بهینه هریک از پارامترهای ورودی به منظور دستیابی به کمترین و بهترین مقدار نیروی ایجاد شده در حین سوراخکاری بافت استخوان ارائه گردیده است. نتایج بدست آمده بدین صورت است که کمترین مقدار نیروی وارده بر بافت استخوان در قطرهای کمتر، نرخ های پیشروی پایین تر و حداکثر سرعت دوران ابزار حاصل می گردد. و از بین پارامترهای ورودی با در نظر گرفتن تغییرات همزمان تمامی پارامترها در بازه آزمایش ها، به ترتیب سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار بیشترین اثر را رفتار نیرو داشته اند.
    کلیدواژگان: ماشینکاری، سوراخکاری استخوان، نیرو، تحلیل حساسیت آماری، طراحی آزمایش ها، مهندسی پزشکی
  • امیر حسین کاظمیان، مجید فولادی*، حسین دریجانی صفحات 239-249
    سیستم کنترل پایداری جز سیستم های ایمنی فعال برای خودروها به منظور کنترل حرکت دینامیکی خودرو در مانورهای خطرناک می باشد. درمقاله حاضر ابتدا شبیه سازی سیستم تعلیق غیر فعال 4 درجه آزادی انجام شده و سپس به منظور بهبود عملکرد سیستم کنترلی، یک سیستم تعلیق 6 درجه آزادی با اضافه کردن جرم به قسمت فنربندی نشده سیستم تعلیق 4 درجه آزادی و استفاده از میراگر نیمه فعال هیبردی توسعه داده شده است. با اتخاذ این رویکرد جدید، مدل 4 درجه آزادی به مدل 6 درجه آزادی نیمه فعال هیبریدی تبدیل می شود. برای بررسی کنترل پذیری سیستم با افزایش درجات آزادی، سیستم تعلیق نیمه فعال هیبریدی جدید 8 درجه آزادی با ترکیب مدل 4 و 6 درجه آزادی طراحی و شبیه سازی کنترل کننده مود لغزشی برای این سیستم ها انجام شده است و با روش کنترلی PID نیز مقایسه گردیده است. برای شبیه سازی و تحلیل دینامیکی از نرم افزارمتلب استفاده می شود. داده های ورودی از مدل سازی حرکت یک خودرو در نرم افزار کارسیم استخراج شده است. نتایج شبیه سازی نشان میدهد که افزایش درجات آزادی به همراه به کارگیری دمپر نیمه فعال هیبریدی منجر به پایداری بهتر و خوش فرمانی بیشتر خودرو می شود.
    کلیدواژگان: کنترل پایداری، خوش فرمانی، کنترل مود لغزشی، سیستم هیبریدی نیمه فعال، تئوری لیاپانوف
  • صابر کرد، محمد قلم باز * صفحات 251-261
    در پژوهش حاضر، انتقال گرما جابجایی طبیعی نانوسیال درون محفظه‏بسته ذروزنقه‏ای اشباع شده با ماده متخلخل مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از مدل عدم تعادل گرمای موضعی، سه معادله گرما (انرژی) برای فازهای سیال، نانوذرات و جامد ماتریس ماده متخلخل تعریف شد. همچنین، به منظور تعیین رفتار جامع نانوذرات پخش شده درون فاز سیال، مدل غیر‏همگن (بونجیورنو) بکار گرفته شد. معادلات حاکم در پژوهش حاضر، به شکل بی‏بعد خود انتقال یافته و در نهایت با استفاده از روش المان محدود حل شده‏اند. نتایج نشان می‏دهند که افزایش عدد رایلی اثر قابل توجهی بر روی عدد ناسلت متوسط فاز سیال و اثر کم‏تری بر روی عدد ناسلت متوسط نانوذرات دارد. ضمن اینکه افزایش پارامتر نسبت شناوری منجر به کاهش عدد ناسلت متوسط برای فاز سیال و نانوذرات می شود. از طرف دیگر، تغییرات عدد ناسلت متوسط برای فاز جامد ماتریس ماده متخلخل در برابر تغییرات عدد رایلی و پارامتر نسبت شناوری، ناچیز است.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجايي، محفظه بسته ذوزنقه‏اي، محيط متخلخل، نانوسيال، عدم تعادل حرارتي موضعي
  • حسین کریم پور، شهرام هادیان جزی *، حمید صادقیان، مصطفی قبادی شهرضا صفحات 263-268
    شبیه سازی و پیاده سازی آزمایشگاهی کنترلر شبه لغزشی روی سیستم پاندول معکوس برای تاب به وضعیت قائم در حین تثبیت موقعیت پاندول معکوس یکی از سیستم های پرچالش از نظر دینامیکی و کنترلی است و به همین دلیل جهت برآورد کارآیی کنترل کننده های جدید مورد توجه است. پیچیدگی مساله وقتی افزوده می شود که در مورد به حالت قائم درآوردن پاندول از وضعیت تعادل پایینی بحث شود. این سیستم، سیستمی غیرخطی و کم عملگر است و این خاصیت ها چالش های بزرگ کنترلی محسوب می شوند. به همین دلیل استفاده از کنترل کننده های متداول برای این سیستم مناسب نیست. البته این سیستم از حیث کنترل پذیری با وجود یک ورودی دارای شرایط لازم می باشد. در این تحقیق یک کنترل کننده دو مرحله ای بر پایه انرژی سیستم به منظور حرکت پاندول از تعادل پایینی به سمت تعادل ناپایدار بالایی و حفظ آن در این نقطه ارائه شده است. در این کنترل کننده، انتقال از قسمت غیرخطی به قسمت خطی توسط یک مسیر لغزشی پایدار انجام می شود. استفاده از این مسیر لغزشی به جای انتقال مستقیم، هزینه کنترلی سیستم برای پایدارسازی را کاهش داده و گذری هموار از قسمت غیرخطی به خطی ایجاد می کند. این گذر هموار امکان موفقیت کنترل کننده در شرایط مختلف را نیز فراهم می کند. نتایج شبیه سازی و تست های عملی نیز این موضوع را تایید می نمایند.
    کلیدواژگان: پاندول معکوس با دامنه کامل، کنترل کننده مبتنی بر انرژی، مسیر لغزشی
  • سامرند کنعان، عبدالرحمان دادوند * صفحات 269-278
    تولید کننده های میکرو قطره به دلیل کاربردهای روز افزون، به زمینه تحقیقاتی مهمی تبدیل شده است. محققان روش های مختلفی را برای تولید میکرو قطرات کنترل شده ارائه کرده اند. در این مقاله تولید قطره به کمک حباب جرقه ای از طریق یک محفظه متقارن محوری بررسی شده است. فرایند شامل رشد و فروپاشی حباب و تشکیل قطره تا لحظه جدایش می باشد. کانتورهای فشار و بردارهای سرعت سیال اطراف حباب با استفاده از ترکیب روش المان مرزی و تفاضل محدود به دست آمده و تاثیر پارامتر قدرت، عمق محفظه و زاویه کانال تغذیه بر دینامیک حباب و قطره مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که با افزایش پارامتر قدرت، طول قطره و حجم آن افزایش و جدایش قطره سریعتر اتفاق خواهد افتاد. با افزایش زاویه کانال تغذیه، طول قطره و حجم آن افزایش می یابد. بیشترین زمان جدایش متعلق به زاویه 15- درجه است. با افزایش عمق محفظه، طول قطره افزایش خواهد یافت. همچنین به ازای زاویه 15- درجه، زمان جدایش قطره افزایش و حجم آن کاهش می یابد در حالی که برای زاویه های 0 و 15 درجه زمان جدایش قطره کاهش و حجم آن افزایش خواهد یافت. به علاوه، با افزایش فاصله حباب از سطح آزاد، حجم قطره کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: حباب جرقه اي، روش المان مرزي، قطره، محفظه متقارن محوري
  • علی گوران، رسول محبی *، امین امیری دلویی صفحات 279-287
    در این مطالعه راهکار پاشش دومرحله ای سوخت به عنوان یک روش مؤثر برای کاهش همزمان آلاینده های دوده و اکسیدهای نیتروژن و همچنین افزایش راندمان موتور مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی عددی احتراق از نرم افزار AVL FIRE بهره گرفته شده است. موتور مورد مطالعه، موتور دیزلی پاشش مستقیم OM-355 مرکز تحقیقات موتوری شرکت ایدم تبریز در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که در تزریق دومرحله ای سوخت، فشار و دمای متوسط محفظه احتراق در طرحی که در آن 70% سوخت در مرحله اول و 30% مابقی سوخت در مرحله دوم پاشیده می شود، بیشتر است. بهترین عملکرد به لحاظ کاهش میزان آلاینده دوده و آلاینده اکسیدهای نیتروژن به ترتیب مربوط به طرح هایی است که در آن ها 90% و 70% سوخت در مرحله اول پاشیده می شود. در نظر گرفتن فاصله زمانی 20 درجه میل لنگ برای شروع مرحله دوم می تواند باعث بهینه شدن فرآیند احتراق و کاهش میزان آلاینده های موتور گردد.
    کلیدواژگان: موتور دیزل پاشش مستقیم، پاشش چندمرحله ای سوخت، OM-355، دوده، اکسیدهای نیتروژن
  • علی لطفی، اسماعیل لکزیان * صفحات 289-297
    در مقاله ی حاضر به مدلسازی و تحلیل جریان لایه ای نانوسیال از روی صفحه ی بسیار داغ جهت افزایش انتقال گرما پرداخته شده است. تبخیر شدن نانوسیال پس از تماس با سطح، افزایش کسر حجمی ذرات نانو در امتداد صفحه را در پی خواهد داشت. لذا خواص نانوسیال متغیر و تابعی از موقعیت روی صفحه خواهد بود. معادلات حاکم شامل معادله پیوستگی، ممنتم و انرژی با حل تشابهی بلازیوس به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شدند و با ترکیب روش پرتابی و رانگ کوتا ی مرتبه چهار برای هر مقطع از صفحه حل شدند. نتایج نشان می دهد که با نانو سیال آب-مس با کسر حجمی 2/0، انتقال گرما و آهنگ خنک کاری در کل صفحه در حدود 42% و پسای اصطکاکی کمتر از 15% افزایش می یابد. علاوه بر این، نتایج برای سطح متحرک در راستای افزایش آهنگ خنک کاری در فرایندهایی همچون آب دهی فلزات داغ با هدف کنترل سختی فلز نشان داده شده اند.
    کلیدواژگان: نانوسیال، حل تشابهی، انتقال گرما، خنک کاری، جوشش
  • عباس لقمان، منوچهر محمدحسینی میرزایی * صفحات 299-308
    در این مقاله تحلیل خزشی وابسته به زمان در استوانه های جدار ضخیم ساخته شده از ماده مرکب مرتبه ای هدفمندAl-SiC با استفاده از روش تقریب متوالی مندلسون انجام شده است. برای تحلیل خزشی از معادله ساختاری نورتون که ثوابت آن از آزمایشات تجربی پاندی استخراج شده است، استفاده شده است. همه مشخصات مکانیکی و گرمایی ماده به جز نسبت پواسون وابسته به درصد حجمی توزیع ذرات تقویت کننده سیلیکون کارباید می باشند. بارگذاری شامل نیروهای اینرسی ناشی از دوران و توزیع دما بخاطر انتقال گرما از سطح داخلی به سطح خارجی استوانه می باشد. با این تحلیل مشخص می شودکه توزیع حجمی هدفمند از ذرات تقویت کننده سیلیکون کارباید، تاثیر مهمی در توزیع تنش الاستیک اولیه دارد. همچنین در خزش وابسته به زمان به خاطر باز توزیع تنش، تنش های شعاعی با گذشت زمان افزایش می یابند، در حالیکه تنش های مماسی و موثر یکنواخت تر می گردند و در نهایت،تنش ها، جابه جایی و کرنش ها پس از حدود 50 سال به حالت پایدار همگرا می شوند.
    کلیدواژگان: خزش وابسته به زمان، مواد مرتبه ای هدفمند، ماده مرکب ..Al-SiC
  • محمدرضا لقمان* ، رضا شجاع رضوی ، مرضیه قادری صفحات 309-315
    نانو پودر Y2O3 با استفاده از نیترات ایتریم (منبع Y3+) ، سود (کنترل pH) و سیتریک اسید (CA، عامل کمپلکس کننده) به روش هیدروترمال سنتز شد. از روش های زیادی با استفاده از سیتریک اسید به روش سل-ژل و روش احتراقی برای سنتز نانوپودر ایتریا انجام شده است. در این پ‍‍ژوهش به کمک عامل کمپلکس شونده سیتریک اسید به روش هیدروترمال نانوپودر ایتریا سنتز شده است. هم چنین، اثر pH و نسبت مولی سیتریک اسید به Y3+ بر مورفولوژی و فاز محصولات مورد بررسی قرار گرفت. محصول بدست آمده توسط پراش اشعه ایکس (XRD) ، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ، و پلاسما جفت شده القایی (ICP) بررسی و مشخصه یابی شده است. نانو ذرات ایتریا مکعبی خالص با میانگین اندازه ذرات 44 نانومتر در نسبت سیتریک اسید به ایتریم برابر6/1:01/0، pH برابر با 10 در °C900 به مدت 90 دقیقه کلسینه شد. هم چنین خواص نشر نوری (PL) نانو ذرات ایتریا سنتز شده مورد بررسی قرارگرفت.
    کلیدواژگان: ایتریا، هیدروترمال، اسید سیتریک، نانو ذرات، عامل سوخت
  • مرتضی مرتضایی، مصطفی رحیمی * صفحات 317-328
    در این مقاله یک سیستم ترکیبی به منظور تولید توان، گرما وسرما با استفاده از سوخت زیست توده، بر پایه ی پیل سوختی اکسید جامد پیشنهاد شده و تحلیل کامل ترمودینامیکی و اگزرژی و نیز بررسی اثرات زیست محیطی انجام گرفته است. با استفاده از نرم افزار EES (حل گر معادلات مهندسی) سیستم ترکیبی جهت تعیین بازگشت ناپذیری ها در اجزا مختلف، به منظور تعیین نقاط ضعف سیستم، تحلیل اگزرژی می شود. همچنین معادلات موازنه اقتصادی به منظور یافتن هزینه محصول نوشته می شود. در این راستا به اثرات زیست محیطی سیستم توجه شده و این پارامتر برای سه حالت متفاوت بر اساس چرخه های سازنده ی سیستم ترکیبی محاسبه می شود. برای درک بهتر کارکرد سیستم تاثیر تغییر متغیر های طراحی تاثیر گذار سیستم بر روی توان تولیدی و بازده قانون دوم ترمودینامیک بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که افزایش اختلاف دمای سلول پیل سوختی به میزان 75 درجه سلسیوس باعث 8/99 % افزایش بازده اگزرژی و 17/47% افزایش بازده انرژی می شود. همچنین تولید توان سیستم نسبت به چگالی جریان و فاکتور مصرف سوخت دارای مقادیر بهینه می باشد. نتایج همچنین حاکی از این است که سیستم ترکیبی نسبت به سیستم تولید توان تنها دارای 12/04% بازده قانون دوم بیشتر و 62/34 % تولید کربن دی اکسید کمتر می باشد. نتایج معرف این مهم نیز هست که هزینه واحد محصول توان 15/76 دلار بر گیگاژول می باشد.
    کلیدواژگان: اگزرژی اقتصادی، زیست محیطی، تولید سه گانه، پیل سوختی، گازسازی
  • مریم ملک زاده *، مبین صبوحی، مریم رضایتی صفحات 329-338
    در این مقاله عملکرد دو الگوریتم کنترلی مقاوم سنتز μ و مود لغزشی درجه بالا بر روی یک شبیه ساز زیرسیستم کنترل وضعیت ماهواره به صورت سخت افزار در حلقه بررسی می شود. این شبیه ساز مدل میزی، بر روی یک پایه نگه دارنده ی یاتاقان هوایی نیم کروی به منظور فراهم آوردن شرایط تعلیق مجموعه قرارگرفته است. صفحه پلتفرم و تمام عملگرها و زیرسیستم های نصب شده بر روی آن امکان انجام آزمون های عملیاتی موردنظر را مهیا می کند. هر دو کنترل گر ابتدا به کمک نرم افزار متلب شبیه سازی و سپس بر روی زیرسیستم پیاده سازی گردیده اند. ابتدا روش کنترلی مقاوم سنتز μ برای شبیه ساز طراحی شده است. در این روش ماتریس های وزنی به گونه ای انتخاب می شوند که سیستم کنترلی نسبت به تمامی نامعینی ها شامل عدم قطعیت ها، اغتشاشات و نویز حسگرها مقاوم باشد. ماتریس های وزنی عدم قطعیت، کارایی، محدودیت عملگر و اغتشاش با توجه به محدودیت های دینامیکی و محیطی شبیه ساز و خواسته های طراح انتخاب شده اند. سپس کنترل گر مقاوم مود لغزشی درجه دو با استفاده از الگوریتم فوق پیچشی طراحی شده است. برخلاف الگوریتم های دیگر درجه 2، در روش فوق پیچشی نیازی به اندازه‍گیری یا تعیین علامت مشتق سطح لغزش نیست. نتایج شبیه سازی کامپیوتری و تست های آزمایشگاهی سخت افزار در حلقه برای کنترل گرهای فوق مقایسه می‍شود.
    کلیدواژگان: کنترل مقاوم سنتز ?، کنترل مود لغزشی مرتبه بالا، الگوریتم فوق پیچشی، شبیه ساز زیرسیستم کنترل وضعیت ماهواره، سخت افزار در حلقه
  • محمدقلی منگلی زاده، محمد محمدیون *، مجید مهدویان صفحات 339-347
    امروزه استفاده از نانو سیالات به عنوان سیال پایه در مبادله کن های گرمایی گسترش چشم گیری یافته است. در این مطالعه ما سعی نمودیم تا کاربرد نانوذرات اکسید آلومینیوم را به همراه کویل سیمی در افزایش انتقال گرما آب به عنوان سیال پایه را مورد بررسی قرار دهیم. بدین منظور نانو سیال با غلظت های مختلف ساخته شده،با گامهای متفاوت کویل سیمی و در اعداد رینولدز مختلف مورد آزمایش قرار گرفت. از سیم پیچی برای افزایش آشفتگی جریان در داخل مبادله کن بهره گرفته شد،نتایج نشان داد که استفاده از نانو ذرات سبب افزایش بازدهی حرارتی می گردد. هم چنین افزایش غلظت نانو ذرات و افزایش عدد رینولدز در افزایش کارایی سیستمهای حرارتی نقش مستقیمی را ایفا می نمایند. نتایج مبین این است که برای نانوسیال اکسید آلومینا با غلظت 0. 35 و سیم پیچی با نسبت گام 2 بهترین عملکرد را داردو برای این شرایط میزان افزایش انتقال گرما 30 الی 45 درصد محاسبه گردید. این در حالی است که میزان افزایش افت اصطکاکی برای این وضعیت 1-6% قرار دارد. این نتایج نشان می دهد که افزایش انتقال گرما بر افزایش افت فشار غلبه کرده و کنترل کننده عملکرد مبادله کن می باشد.
    کلیدواژگان: نانو ذرات اکسید آلومینا، مبدل حرارتی، کویل سیمی
  • محمد کاظم مویدی * صفحات 349-358
    در این پژوهش از روش تجزیه متعامد بهینه به منظور توسعه یک الگوی رتبه کاسته جهت شبیه سازی میدان جریان ناپایای تراکم ناپذیر استفاده شده است. معادلات حاکم بر دینامیک جریان پس از تصویرسازی در راستای مودهای پرانرژی تر، یک سامانه دینامیکی رتبه کاسته ایجاد می کنند. معمولا این الگو با بهره گیری از نمایه های میدان سرعت ایجاد شده لذا مدل سازی عبارت فشار در معادله اندازه حرکت از اهمیت خاصی در صحت و پایداری الگوی حاصل برخوردار می باشد. دو روند برای این منظور وجود دارد که یکی مبتنی بر حذف عبارت فشار با وجود شرایط مرزی همگن و دیگری جایگزین نمودن عبارت فشار به نحوی شایسته در معادله اندازه حرکت می باشد. روشی که دراین پژوهش به کار رفته، استفاده از نمایه های فشار به صورت مستقیم و بهره گیری از ضرایب مودال میدان سرعت برای میدان فشار می باشد. نتایج حاصل از الگو رتبه کاسته پیشنهادی با شبیه سازی های حاصل از حل عددی مستقیم مقایسه شده اند. از آنجا که تنها دلیل ناپایداری الگو های رتبه کاسته عدم جایگزینی عبارت فشار نیست، لذا پاسخ الگو دینامیکی رتبه کاسته حاصل به طور کامل بر داده های حل عددی مستقیم منطبق نشده ولی در مقایسه با الگو های رتبه کاسته کلاسیک از دقت بالاتری برخوردار می باشد.
    کلیدواژگان: جریان تراکم ناپذیر، جریان ناپایا، روش تجزیه متعامد بهینه، الگوی رتبه کاسته، مودهای فشار، تصویرسازی گالرکین
  • صادق میرزامحمدی، حمید خرسند *، محمود علی اف خضرایی صفحات 359-366
    ایجاد خواص مکانیکی ارتقا یافته در پوشش های نانوکامپوزیتی Ni-Al2O3 مستلزم افزایش مقدار مشارکت نانوذرات آلومینا در زمینه نیکلی است. در این تحقیق، تاثیر تغییر پتانسیل زتای نانوذرات در اثر افزودن غلظت های مختلفی از شش حلال آلی (تری اتانول آمین، کربامید، گلیسیرین، متانول، فرمالدهید و اتانول) به الکترولیت، بر جذب آن ها در پوشش مورد بررسی قرار گرفت. مقدار gL-1 10 به عنوان غلظت بهینه جهت رساندن مقدار مطلق پتانسیل زتای ذرات به محدوده mV 36-23 تعیین شد. پوشش های حاصل، تحت میکروسکوپی الکترونی نشر میدانی (FESEM) و آنالیز طیف نگاری اشعه X (EDS) قرارگرفتند. در این تحقیق، بیشترین محتوای نانوذرات در پوشش ها با افزودن کربامید به الکترولیت به دست آمد. در این حالت مقدار نانوذرات wt. % 7/5 بود. درحالیکه افزودن تری اتانول آمین به الکترولیت، محتوای نانوذرات را به wt. % 1/3 می رساند. این نتیجه موید تاثیر بسزای پتانسیل زتای بهینه mV 23 در اثر افزودن کربامید است. در این حالت، مقدار جذب نانوذرات تا 46% نسبت به پتانسیل زتای mV 36 که در اثر افزودن تری اتانول آمین بر روی ذرات ایجاد می شود، افزایش یافت.
    کلیدواژگان: پتانسیل زتا، کامپوزیت، نیکل، آلومینا، آبکاری الکتریکی
  • امین رضا نقره آبادی *، امیر حق پرست، سیدسعید بحرینیان صفحات 367-376
    به دلیل نقض فرض پیوستگی ماده در ابعاد نانو، نظریه های کلاسیک مبتنی بر این فرض دقت خود را در مدل سازی رفتار نانوسازه ها از دست می دهند. لذا، به منظور طراحی و تحلیل دقیق تر سیستم های میکرو/نانوالکترومکانیکی، لازم است که از نظریه های پیوسته وابسته به اندازه بهره برد. در این پژوهش جهت تحلیل ناپایداری های استاتیکی و دینامیکی نانوتیرهای یکسرگیردار مورداستفاده در نانوکلیدها، یک مدل جدید غیرخطی مبنی بر نظریه غیرکلاسیک تنش مزدوج اصلاح شده توسعه یافته است. در مدل حاضر، اثرات پارامترهای مقیاس طول، میدان لبه، نیروهای الکترواستاتیک و بین مولکولی (واندروالس و کاسیمیر) لحاظ شده اند. معادله اویلر-برنولی غیرخطی حرکت تیر و شرایط مرزی آن، با استفاده از اصل همیلتون به دست آمده است. نتایج نشان می دهند که در اثر کاهش ابعاد تیرک، سختی آن افزایش می یابد. افزایش اثرات میدان لبه و اندازه باعث افزایش ولتاژ درون کشی می شود. کاهش نیروهای بین مولکولی و طول الکترود زیرلایه، ولتاژ درون کشی را نیز افزایش می دهند. همچنین نرخ تغییر پارامترهای درون کشی نیروهای بین مولکولی و ولتاژ، در اثر نیمه متاثر شدن ناتوتیر یکسرگیردار از سمت سر آزاد بیشتر از حالتی است که نانوتیر از سمت تکیه گاه آن نیمه متاثر شود.
    کلیدواژگان: نانوتیر، پولین، تئوری تنش مزدوج
|
  • R. Aghaei Tog * Pages 1-10
    This paper presents experimental and numerical evaluations of convergent-divergent stators overlapping degree effects on an impulse supersonic turbine performance. The studied model is a small turbine with a large pressure ratio that is being used to produce high specific work output in the liquid propellant engine. Because of a low-mass flow rate, the turbine is used in partial admission condition. The turbine stator is a group of convergence-divergence nozzles that provide the supersonic flow. Five stators with different NAA are modeled and tested. In the turbine performance prediction code, an empirical efficiency relationship is used. This relationship is corrected in the turbine test rig that is designed by the author. The results of prediction code and numerical and experimental tests show that the NAA has a significant impact on the three-dimensional distribution of the flow in the stator downstream. The flow loss distribution and the turbine performance are changed as a result of the flow pattern changing.
    Keywords: Supersonic turbine, Partial admission, Nozzle arrangement angle, Turbine test rig
  • V. Asghari , N. A. Choupani *, M. Hanifi Pages 11-18
    Structuralintegrity assessments of pipelines play a key role in the design and safe operation of these structures. Pipelines are sometimes subjected to bending and tensile deformations, which places the girth welds in tension. Girth welds may contain weld imperfections and small flaws. Therefore, assessment of girth weld resistance against crack propagation and fracture is very important. In this study, the KIC toughness has been determined for girth weld metal of API X65 gas pipeline, following the ASTM E1820 standard. The fracture toughness tests employed sidegrooved and fatigue precracked compact tension specimens, which were made by plates extracted from the original pipe and welded to each other under the same welding condition as that employed for girth welding during construction of main natural gas transmission pipeline in Iran, to determine the crack growth resistance curves based upon the unloading compliance method using the single specimen technique. From these, KIC value of 166 MPam1/2 was obtained for girth weld metal.
    Keywords: Natural Gas Transmission Pipelines, Girth Weld, Fracture Toughness, Unloading Compliance Method
  • V. azami*, M. yari Pages 19-26
    In this paper, a new integrated power system based on biomass gasification and solid oxide fuel cell with low temperature gas cleaning system is proposed and the performance of the system is evaluated using thermodynamic calculations. The proposed system includes a gasification unit, a gas cleaning unit, a SOFC-GT hybrid system and an organic Rankine bottoming cycle. The generated raw syngas need to be purification before it can be used in SOFC system. For this reason, low temperature gas cleaning system is selected. A sensitivity study is carried out to investigate plant responses to different working parameters. The results obtained indicate that for the current system, the gross and net energy efficiency of the system are 54.56% and 50.55% respectively, while the gross and net exergy efficiency are 48.57% and 45.08% respectively. The proposed system has been modeled using Cycle-Tempo software.
    Keywords: Energy, Exergy, Gasification, Gas cleaning, SOFC
  • H. Bazvandi , E. Poursaeidi *, M. Moradian Pages 27-33
    The effect of installation sequence and center-to-center distance between pins on distribution of residual stresses and edge crack growth of single hole specimens under the fatigue loading are investigated. Hole edge cracks are observed in some industrial components similar to gas turbine casing. Residual stresses distribution induced in three-dimensional holes analyzed and redistribution of residual stress in adjacent holes are investigated. Finite element (FE) analysis on specimens similar to gas turbine casing of ductile cast iron were conducted and the behavior of material was assumed elastic– perfectly plastic. Mechanical fatigue crack growth is predicted by using Abaqus software and Zencrack fracture mechanics code. The results show that the mechanical fatigue life affected by variations in the installation sequence and distance between pins. When the second pin is installed, a residual stress relaxation process occurs near the first hole due to the secondary yielding produced by the expansion of the second hole, this redistribution of residual stress caused a decrease of fatigue life near first hole. Consecutively, the results from the numerical predictions were compared with the experimental data.
    Keywords: Residual Stress Redistribution, Mechanical Fatigue Life, Single Hole Specimens, Adjacent Holes
  • H. Beiki * Pages 35-43
    In this study, a fuzzy inference system based on look up table was used for modeling and predicting the diffusion coefficient of benzoic acid in the water based γ-Alumina and Silica nanofluids. Due to evaluate the designed fuzzy system, Nanofluids Diffusion coefficients of benzoic acid at constant temperature of 20 ◦C were measured with using a simple and inexpensive technique. The results revealed that the designed fuzzy system could accurately mimic the diffusional mass transfer in nanofluids. The deviation between fuzzy model and experiments for γ-Alumina and Silica nanofluids were about 0.939 and 0.997, respectively. The measurements showed that nanoparticles at low concentration did not have a significant effect on benzoic acid diffusion in nanofluids relative to that in pure water. But diffusion in silica nanofluids strongly reduced at high concentration of nanoparticles, as in volume fraction of 0.8% diffusion coefficient decreased up to 35% relative to that in base fluid. Such factors as the type of tests to determine the diffusion coefficient in nanofluids, nanoparticles concentration and type, could strongly influence of diffusional mass transfer in nanofluids.
    Keywords: Fuzzy Inference System, Diffusion Coefficient, Benzoic acid, Look up Table
  • F . Parvaz , R . Rafee *, F . Talebi Pages 45-53
    In this study, effects of the aerocyclone outlet diameter on its performance are studied. The Reynolds Stress Model (RSM) model has been used in order to predict the turbulent flow patterns inside the aerocyclone and its droplet removal efficiency. The EulerianLagrangian method was used for gas droplet flow simulations. Due to the precessing vortex core (PVC), unsteady simulation of the flow is performed for duration of 0.73 s. The results show that for smaller diameter of the outlet pipe, the gas flow pressure loss and tangential velocity are increased. Also, by decreasing the outlet diameters of aerocyclone (e.g. at the velocity of 10m/s) the Euler number increases. Increasing in the velocity can change the Euler number significantly. The wall reflection term effects (in RSM model) on the flow field and droplet trajectories are studied. By implementation of wall reflection effects, the numerical results approach to the experimental data. The simulation results show that the cyclones with the smaller outlet diameter has the higher efficiencies at different velocities than others.
    Keywords: Aerocyclone, Eulerian-Lagrangian Method, Euler Number, Outlet pipe Diameter, Droplet Splashing
  • V. Pourabdollah , F. Haji Aboutalebi *, H. Beheshti , H. Rabieian Pages 55-64
    Regarding to the vast application of composite materials in the modern and advanced industries, accurately predicting the fracture and damage behavior of these materials is very important. Carrying out less and simple experiments leads to reducing the cost and time, therefore, designing and analyzing of the above mentioned materials need to find and applying the fracture and damage criteria. In the Iran country, these materials are more used for manufacturing the aircraft and for this reason, in this research airfoil piece is selected and simulated. For this aim, The Puck, Tsai-Wu, and Sun damage and fracture criteria are implemented into the ABAQUS commercial software, employing an implicit subroutine. After the simulation of the airfoil, the damaged zones and critical points of the airfoil are predicted by the three mentioned criteria, results of the numerical simulations are compared with the experimental results and validated. Comparison of the numerical and experimental results reveals that the predicted results of the Puck's damage criterion is closer to the practical results and is more reliable for predicting the damage in the airfoil loading test.
    Keywords: Damage, Fracture Criteria, Composites, Airfoil Loading Test, Finite Elements Method
  • V. Tikani , H. Shahbazi * Pages 65-73
    This paper presents a control algorithm based on pure fuzzy method for attitude control of the quadrotor. Error and error rate are the input parameters of the fuzzy system and control inputs will be generated based on predetermined fuzzy rules. Based on the nonlinear dynamics of quadrotor, fuzzy controller provides a satisfactory response for stabilization and attitude control of the robots. To study the performance of fuzzy control algorithm, a set of sensors and the quadrotor is used in the experimental model. The system consists of accelerometer and gyroscope sensors and a microcontroller which is used to design fuzzy attitude controller for the quadrotor. Three-axis gyroscope and accelerometer sensors are used to estimate the angular position of the quadrotor. Considering that the experimental data has lots of errors and noises, Kalman filter is used to reduce the noises. The experimental results indicates the successful design of fuzzy controller for the quadrotor
    Keywords: Fuzzy controller, Quadrotor, Kalman filter, fuzzy systems, attitude controller
  • M. Chahartaghi *, S. M. Hashemian, S. Naeejee Pages 75-84
    In this paper, the effect of adding hydrogen to the performance of D87 gas engine has been discussed. The base system is an engine with power of 1000 kW and rotational speed of 1500 rpm which by changing the fuel system and compression ratio from 15 to 11.5 it is modified to a gas engine. Among many additives, hydrogen with its unique criteria seems to be the most promising additive which can significantly reduce fuel consumption and harmful emissions in internal combustion engines. It seems, the hydrogen is the best additive among various cases, which can greatly reduce fuel consumption and harmful emissions in internal combustion engines. Here the effect of adding different mass ratios of hydrogen fuel to natural gas fuel flint to see a change in behavior of flint fuel is examined. In this paper, the hydrogen mass ratios of 0, 0.002, up 0.014 are considered which is equivalent to adding 50% of chamber imported energy and according to these points the optimal point has been determined based on performance and pollution viewpoints. By considering these viewpoints, the optimal point of 0.006 for mass ratio of hydrogen which is equivalent to adding approximately 18% energy to the combustion chamber is achieved. Then the appropriate ignition timing for 0.006 of mass ratio with advance and retard of the ignition timing is estimated. The results show that 3 degree for advance of ignition timing is suitable for this mass ratio.
    Keywords: Spark ignition engine, Natural gas, Hydrogen, Optimum mass ratio, Pollution
  • S. Hassanifard *, S. H. Mosavi Pages 85-91
    One of the most appropriate methods for providing compressive residual stresses in the surface layer of parts is low plasticity burnishing that can increase fatigue life of metals. Low plasticity burnishing reduces or completely eliminates surface tensile stresses, without optimizing the environment, materials or design components. During this process, a free-rolling ball with proper vertical load is moved on the work-piece in order to create plastic deformation and compressive residual stress. In this study, finite element modeling of the process on Aluminum Alloy 7075-T6 shaft is presented in two conditions, single and double ball. Effect of the process on residual stresses and fatigue life of work-piece by strain-based approach is investigated. Results show that, using double ball instead of single ball in this process can increase axial and radial compressive residual stresses up to 1.5. Also, residual stress depth in double ball condition is higher than single ball condition. The fatigue strength in the work-piece with double ball LPB against without LPB and single ball is increased 3 and 2 times, respectively.
    Keywords: Low Plasticity Burnishing (LPB), Finite Element Modeling, Residual stress, Fatigue life
  • A. B. Khoshnevis*, R. Ghezelbash, B. Zafarmand Pages 93-102
    In this research the effect of roughness on airfoil sections with one dimensions hot-wire anemometer has been studied. The factors of oscillating and the average time of flow velocity was measured for two positions. Soft and rough surfaces in 5 and 10 m/s speed, also changes in the drag coefficient was obtained and examined in two modes. For measuring the parameters the sequence method (experimental) for calculating the speed component measurements have been performed without dimension at x/c=0.01, 0.5, 1, 2 and 3 (c means chord length and x means distance from the back of airfoil) was used. According to the graphs and results of experiments it is observed that with increasing distance from the longitudinal direction the width of the trail increased more surface will affect. Also moving away from blade in the longitudinal direction makes minimum speed peaks spread eventually it will go away but in case of a rough surface width of the trail increase and to achieve free-stream velocity we need more distance from blade.
    Keywords: Drag Coefficient, Turbulence Intensity, Airfoil, Wake, Roughness
  • M . Hadidoolabi *, S . Ghaemi Kashani , M . Hashemabadi , A . Tarabi Pages 103-112
    In this research, procedure of aerodynamics design for hypersonic wind tunnel test section is investigated by using computational fluid dynamics. The type of test section is chosen closed-type free jet. First, conceptual design is done by using the available statistical data in the hypersonic wind tunnel test section in the world. Then, quality of design is investigated by numerical simulation by solving Navier-Stokes equations in compressible, viscous (k-w SST model) and axisymmetric form. With changing the parameters of the test section, the test section dimensions have been optimized. The important parameters in test section are length of the test section, the test section diameter, the diameter of the inlet diffuser, the diffuser and the nozzle indentation inside the test section. Design criteria are chosen the formation of uniform flow, better swallow the slip line and the flow deflection in the test section. Finally, dimensions, specifications and aerodynamics functional requirements of the hypersonic wind tunnel test section have been determined at Mach 5 to 7. The effect of cone and curved nozzles is also investigated for flow quality in test section of wind tunnel.
    Keywords: Aerodynamics Design, Test Section, Free Jet, Wind Tunnel, Hypersonic Flow
  • M . Deymi, Dashtebayaz *, R . Nazeri Boorabadi Pages 113-120
    This paper investigates maximum coefficient of performance and partial load corresponding to it’s and also optimizing energy for each part load and each size of chiller with any cooling capacity. The condensation temperature and outside temperature are considered as input data. The purpose of this paper is to achieve maximum coefficient of performance with changing the number of condenser fans that depends on the condensation temperature and outside temperature and finding a relationship between cooling capacity chiller, outside temperature and the chiller partial load in different sizes. The range of the maximum coefficient of performance is 0.7 to 0.8. In other partial load range, maximum coefficient of performance will be less though energy consumption is also higher. Also with increasing ambient temperaturefrom 30°C to 50°C, COP coefficient is reduced about 2 units.
    Keywords: Centrifugal chillers, Part load, Cooling capacity, Maximum coefficient of performance
  • M. Razavi , H. Mohammadiun *, M. Khoshvaght Aliabadi Pages 121-129
    In this study the steady dimensionless temperature and convective heat transfer in the vicinity of stagnation point flow of a nanofluid along with uniform transpiration 0 U on a Stationary cylinder have been investigated. The impinging free-stream is steady and with a constant strain ratek . Similarity solution of the momentum and energy equations is derived by use of transformations introduced in this research. Self-similar solution is obtained when the wall temperature of the cylinder or its wall heat flux is constant. All the solutions are presented for Reynolds numbers f ak  2/Re 2 ranging from 0.1 to 1000 for different values of dimensionless transpiration, a kUS o / , and selected values of particle fractions where a is cylinder radius and f  is kinematic viscosity of the base fluid. Results show that for all Reynolds numbers, as the particle fraction decreases or suction rate increases, the depth of diffusion of the fluid velocity field in radial direction, the depth of the diffusion of the fluid velocity field in -direction and shearstresses increases as well as by increasing the particle fraction or suction rate, heat transfer coefficient and Nusselt number increases.
    Keywords: Nano fluid, Stagnation point flow, Heat transfer, Particle fraction, Uniform transpiration
  • S. F. Ranjbar *, A. Nemati , M. R. Kolahi Pages 131-138
    A thermodynamic analysis of a flash/ORC geothermal plant using zeotropic mixtures as working fluid is carried out to investigate and improve the performance of the system from the viewpoint of first and second laws of thermodynamic. The mixtures of three hydrocarbons (Hexane, Cyclohexane and Isohexane) with two refrigerants (R245fa and R236ea) are investigated as the working fluid of organic Rankine cycle (ORC). Variation of first and second laws efficiencies, net output power and exergy destruction as a function of the mass fraction of refrigerants from 0 to 1 is reported. The results showed that the first and second laws efficiencies maximized at a specific value of refrigerant mass fraction. Also, the net power output of ORC shows an optimum amount by changing the refrigerant’s mass fraction. Furthermore, exergy destruction in evaporator which is the main source of exergy destruction in ORC has its lowest value in the average amounts of refrigerant mass fraction. According to the results, Cyclohexane/R236ea mixture with a ratio of 0.6/0.4 represents the best performance from the viewpoint of energy and exergy which leads the system net output power production of 7.31 MW.
    Keywords: Geothermal energy, flash cycle, Organic Rankine cycle, Zeotropic mixture
  • H. O. Sayehvand*, A. Basiri Parsa Pages 139-148
    Investigation of forced convection heat transfer of nanofluid with different distribution functions inside a duct is the subject of this article. The dispersive elements or nanoparticles can be distributed with different distributions such as parabolic, exponential and uniform functions. Injections of nanoparticles with various distribution functions into the fluid regime are compared to achieve maximum heat transfer. Due to the many applications of the parallel plates channel and also the pipe, as the flow duct, the numerical results for these two geometries are presented and compared. For a complete and useful comparison, the number of the dispersive elements is the same for each arrangement. For each of the distribution functions, the energy equation is dimensionlessed and solved numerically. The validation of results is verified by the analytical solution for a simple status of the problem. The presence of the nanoparticels with parabolic distribution and increase the particle size index decrease the Nusselt number and heat transfer characteristics with univocal form. For the exponential arrangement, increase the particle size index lead to an ascending-descending behavior for Nusselt number. Therefore in this distribution, the optimum size for dispersive elements is obtained.
    Keywords: Dispersive elements, Distribution functions, Numerical solution, Nanofluids
  • M. Sabzi *, A. Monshi Pages 149-158
    In this study, effect of chromium addition on the fracture toughness of Hadfield steel was investigated by using charpy impact test. For this purpose, 3 casting blocks were prepared from Hadfield steel (without Cr addition, and containing 1.5% Cr and 3% Cr) by using coreless induction furnace. After casting, all blocks austenitized in 1100°C for 2 hours and immediately quenched in the pure water. In the next step, uniaxial tensile test, hardness test and charpy impact test were applied on specimens. Evaluation of the microstructures was conducted by optical microscope and the fractured surfaces were observed by scanning electron microscope. The results of charpy impact test and fracture toughness empirical relationships were used for determination of fracture toughness values of specimens. As a result, it was found that sample without Cr had lowest hardness – highest fracture toughness value – highest critical crack length and the sample containing 3% Cr had the highest hardness – lowest fracture toughness value – lowest critical crack length. Also, scanning electron microscope images indicated increasing crack growth in the charpy impact test specimens by addition of Cr to chemical composition of Hadfield manganese steel.
    Keywords: Hadfield steel, fracture toughness, Chrome, critical crack length, hardness
  • M . H. ShafieiMayam *, M . M. Ghafuoryan , M . AdineBeigi Pages 159-168
    In the present work, the effect of number of blades of a turbocharger is investigated numerically. First, the geometry of impeller and volute of Garrett T25 turbo compressor is acquired using 3D scanning. Then the acquired geometry is modeled in Ansys software. The flow is acquired for a compressor with default number of blades (6 blades) first, and the number of blades is changed to 5 blades. This study is also done for 4 and 7 blades. The effective area is increased when the number of blades is decreased, so the compressor is chocked later. As a result, mass flow can increase in a compressor with fewer blades. On the other hand, slip factor and transferred power to fluid are augmented when the number of blades is increased, while the power and pressure ration is decreased when the number of blades is more than 6 blades. The acquired results show that the optimum performance of the compressor is obtained in a compressor with default number of blades in a wide range of mass flow rate.
    Keywords: Centifugal compressor, Impeller, Numerical investigation, Blades angle, modeling of flow
  • M. Talezadeh , K. Goudarzi *, A. Moosaie Pages 169-174
    In this paper, the simultaneous effect of micro and nano-sized polymers on the hydrodynamic properties of turbulent flow (including pressure lose and friction coefficient) in a horizontal pipe at different Reynolds numbers studied experimentally. In this article, partially hydrolyzed polyacrylamide polymer is used as superfloc A110. In order to perform the comprehensive analysis, experiments were investigated with different concentrations of micro and nano-sized polymers and impact of various conditions on the pressure lose and friction coefficient. The results show that the addition of micro-sized polymers particles up optimum concentration (0625/0% by volume) reduced the friction coefficient. Also adding the nano-sized polymer particles to the solution containing the micro-sized polymer particles at the same time, the friction coefficient is reduced by about 58%. With increasing the temperature of solution up to 30 ° C drag reduction improved.
    Keywords: Turbulent Flow, Pressure Drop, Polymer, Micro, Nano
  • M. Taheri * Pages 175-184
    Nowadays manipulation by using atomic force microscopeis one of the modern methods of construction micro/nano-scale equipment has been of interest to researchers.Because of this method requires detailed and complex processes and involves high costs, before any experimental work should be paid to accurate modeling of this process.The accurate modeling of 3D manipulation process is made of four major parts including the kinematic, dynamic, friction and contact.3D modeling of static and dynamic manipulation previously has been studied by various researchers, but less attention has been to the frictional and contact modeling.In this paper for the first time, four contact spherical models, including Hertz, JKR, DMT and BCP models for 3D nanomnipulation have been developed and used.The purpose of the application of these models is investigating their effects on critical force and time in 3D manipulation, in order to accurate modeling of motion of nanoparticles on the substrate.The results indicate that, Hertz contact model,because regardless of the adhesion forces, shows the least amount of critical force and time, also the results show that the rolling particles around the x axis is the most likely mode of motion and sliding particle along the x axis is the less likely mode of motion.
    Keywords: 3D manipulation, different contact models, spherical nanoparticles, critical force, time
  • M . Zohoor *, A . Ashrafi Tafreshi , S .M. Mousavi Pages 185-190
    Electrohydraulic forming is a pulsed metal forming process that uses the discharge of electrical energy across a pair of electrodes submerged in fluid to form sheet metal. An experimental procedure was developed to quantify the formability in electrohydraulic forming (EHF) that is consistent with the quasi-static formability assessment convention. Furthermore, we investigate the procedure to comparison of theoretical forming limit diagram and experimental results. The experimental EHF forming limit diagram (FLD) was determined for aluminum alloy sheet and circle grids used to determine the minor and major strain in the path of necking on the specimens. Not only good agreement was found between the experimental curve that derived by quasi-static tests and theoretical forming limit curve, but also EHF on aluminum alloy shows formability improvement on major strains including 26% in comparison to low strain rate process.
    Keywords: Forming Limit Diagram, High Strain rate, ElectroHydraulic Forming
  • M. Alemi , A. Meghdari *, A. Ghanbarzadeh , L. Jafari Moghaddam Pages 191-200
    During chemotherapy children with cancer have a great need for special care and attention. The more familiar they are with the disease and its treatment process affects their collaboration with doctors and psychologists which can improve their condition. Using modern and intelligent technologies like social humanoid robots as a tool for motivation and encouragement could be remedial in this regard. In this study, a humanoid robot with various communication abilities is used to interact with 6 children with cancer, and its impact on the reduction of "distress" due to the disease and the treatment process is explored. Distress in cancer patients results in psychological disorders such as anxiety, depression, reluctance and so on. The variables in the treatment process of children with cancer includes depression, anxiety, loss of appetite, and anger. In this research, the social impacts of a humanoid robot programed to perform specially designed scenarios in 8 therapeutic sessions in the presence of psychologists and specialists have been studied and analyzed. Preliminary results confirm the positive effect of utilizing social robots as co-therapists during the treatment process of children with cancer.
    Keywords: Social Robots, Humanoid Robots, Distress, Pediatric Cancer, Psychotherapy
  • M. Asgari *, A. Khanmohammadi , M. Parsa Pages 201-208
    The composition of several different materials is often used in structural components in order to optimize the responses of structures subjected to severe thermal and mechanical loads. Functionally graded materials (FGMs) are suitable to achieve this purpose in the case of pressure vessels. On the other hand these structures usually sustain cyclic loadings resulting in ratcheting and shakedown behavior. In this study the nonlinear kinematic hardening theories are used to evaluate the cyclic loading behavior of a thick walled FGM Cylinder under internal pressure. The power law volume fraction distribution of materials, geometry and mechanical load are assumed to be axisymmetric. The finite element method combined with a multi-layered approach is used to model the structure by ABAQUS software. The response of structure under cyclic loadings is considered. Fredrick & Armstrong nonlinear kinematic hardening theories based on different type of back stress numbers are used to predict the ratcheting and shakedown behavior of the structure. The effects of variation of materials distribution on cyclic behavior are also studied. The achieved results show that using functionally graded material leads to a more flexible design so that cyclic rupture can be improved by selecting a suitable material distribution profiles.
    Keywords: Cyclic Plasticity, FEM, FGM Thick Cylinder, Ratcheting
  • K .Fallah * Pages 209-218
    In the current study, the non-Newtonian flow over a cylinder is simulated using the lattice Boltzmann method. Two-dimensional unsteady flow at Re=100 and Pr=20 for different non-Newtonian power-law indices (0.4≤n≤1.8) and rotational ratios (0≤β≤3) is investigated. The effects of dimensionless rotational ratio and the power–law index on the vorticity contour, isotherm contour, local Nusselt number, average Nusselt number, periodic average Nusselt number and periodic-surface average Nusselt number are studied in detail. The results show that the fluid behavior changes from Newtonian to shear-thickening, the isotherms contour become elongated and wide, while the change in the liquid behavior from Newtonian to shear-thinning shows the reverse influence on the isotherm patterns. As dimensionless rotational ratio increases, the fluid and the thermal fields become steady. This behavior occurs in both Newtonian and non-Newtonian fluids. It is found that the increment of the shear-thinning and shear thickening of the fluid leads to the increase and decrease of heat transfer rate of circular cylinder surface, respectively. Results also show that the heat transfer rate of circular cylinder surface decreases with increasing of dimensionless rotational ratio.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Non-Newtonian Fluid, Heat Transfer, Rotating Circular Cylinder
  • A. Foorginejad *, S. M. Emam , M. Taheri Pages 219-227
    Nanoclay is added to rubber formulation to enhance mechanical properties of rubber. In this study, the non-destructive inspection method of ultrasonic waves was used to investigate the nanoclay reinforced rubber formulation. In this method, the time between the transmission and the reflection of ultrasonic waves is measured. Longitudinal propagation velocity is obtained by the thickness of sample divided on time. In this study, an image processing method was used to measure the sample thickness due to the flexibility of rubber materials. By changing raw material composition of the rubber, the physical and mechanical properties of nanoclay reinforced rubber are altering and as a result, the velocity of ultrasonic propagation is changing. To investigate the nanoclay reinforced rubber formulation at first samples with different formulations were prepared and for each of the samples, the propagation velocity of the longitudinal sound waves was measured. Another sample with a new formulation was developed and longitudinal wave velocity was measured for validation of proposed method. The results show that the proposed method can accurately predict longitudinal wave propagation velocity in reinforced rubber formulation. Thus, this method can be used for validation of compound formulation in rubber production lines.
    Keywords: Rubber, Nanoclay, Ultrasonic, Image processing, Regression Model
  • M.Ghoreishi , M.Zolfaghari , V.Tahmasbi * Pages 229-237
    Bone drilling process is indispensable in orthopedic surgeries and treating bone breakages. It is also very important in dentistry and bone sampling operations. Therefore, bone drilling is one of the most important, common and sensitive processes in biomedical engineering field. Orthopedic surgeries can be improved using robotic bone drilling systems and also mechatronic bone drilling process can be promoted using automatic drilling machines and surgery-assisting robots. Furthermore, imposing higher forces to bone might lead breaking or cracking and consequently serious damage in bone. In this paper a mathematical second order linear regression model is introduced to predict process force behavior during bone drilling process as a function of tool drilling speed, feed rate, tool diameter and effective interactions. Design of experiments using response surface methodology is followed. Then second linear governing equation is assigned to the model and its accuracy is evaluated. Later, Sobol Statistical sensitivity analysis is used to ascertain the effect of process input parameters on process force. Results show that among all effective input parameters tool rotational speed, feed rate and tool diameter have the highest influence on process force respectively. The behavior of each output parameters with variation in each input parameter is further investigated.
    Keywords: machining, bone drilling, force, design of experiment, sensitivity analysis, Sobol method
  • A . H. Kazemian , M . Fooladi *, H . Darijani Pages 239-249
    Stability control system is a part of active safety systems in vehicles which is designed to control the vehicles’ dynamic motion in emergency maneuvers. In the present study, design and simulation of sliding mode controller has initially been conducted for a suspension system with 4 degrees of freedom (4 DOFs). In order to improve the efficiency of controlling system, a new suspension system with 6 DOFs and using hybrid semi-active damper is developed. By employing this novel approach, the passive model with 4 degrees of freedom is modified to hybrid semi-active model with 6 DOFs. Thereupon, to examine the effects of enhancing of DOF on the stability, a new hybrid semi-active suspension system with 8 DOFs by combining passive 4 DOFs and hybrid semi-active 6 DOFs suspension system is designed and simulated. Numerical results from a typical vehicle that is simulated in CarSim are the input for MATLAB simulation. Investigations show that increasing DOFs accompany with applying hybrid semi-active damper lead to better stability and good handling characteristics of vehicle.
    Keywords: Stability control, Good handling, Sliding mode control, Semi-active hybrid system, Liapanov theory
  • S. Kord , M. Ghalambaz * Pages 251-261
    In present study, natural convection heat transfer of a nanofluid in a trapezoidal enclosure saturated by a porous medium is investigated. A local thermal non-equilibrium model including three thermal equations for the phases of fluid, nanoparticles and solid porous matrix is utilized. Moreover, in order to determine comprehensive behavior of dispersed nanoparticles inside the fluid phase, a non- homogeneous model (Buongiorno,s model) is employed. Governing equations in present study are transformed into a non-dimensional form and finally are solved by using the finite element method. The obtained results indicate that the increase of Rayleigh number has a significant increase in the average Nusselt number for the fluid phase and a less significant increase in the average Nusselt number for the nanoparticles. In addition, raising of the buoyancy ratio parameter tends to reduce the average Nusselt number for fluid phase and nanoparticles. In other hand, the variation of Rayleigh number and buoyancy ratio parameter shows a less impact on the average Nusselt number for the phase of porous sold matrix.
    Keywords: Natural convection heat transfer, Porous media, Nanofluid, Local thermal non- equilibrium.
  • H. Karimpour , Sh. Hadian Jazi *, Hamid Sadeghian , M. Ghobadi Shahreza Pages 263-268
    The inverted pendulum system is recognized as one of the most challenging dynamic systems. The complication becomes even more involved when switching from the downside to upside configurations by reciprocating motions of the base cart is intended. Considering the large range of motion, the swinging-up control of the pendulum is not achievable through linearization and conventional nonlinear control methods do not apply due to the under-actuated character of the system. In the present research, an energy-based method with sliding control aspects is designed that assures a smoothly transition from the lower stable to upper unstable equilibrium state. This approach permits to design a proper Lyapunov candidate established on physical intuition. The controller permits to reach and stabilize to the new state while tracking a defined path with minimal effort simultaneously. The dynamics of the actuator has been included in the controller to reach a realistic model. The proposed method is implemented on an experimental apparatus that perfectly supports the simulation results.
    Keywords: Inverted Swinging Pendulum, Energy-based Control, Sliding Path
  • S. Kanan , A. Dadvand * Pages 269-278
    Due to the increasing applications, micro droplet generators have become an important research area. Researchers presented  different methods to produce controlled microdroplets. In this article, spark bubble-induced droplet generation has been studied  through an axisymmetric chamber. The process includes the growth and collapse of the bubble and the formation resultant droplet  until the pinch-off time. Pressure contours and velocity vectors in the fluid surrounding the bubble are obtained by using a  combination of boundary element and finite difference method, and the effect strength parameter, chamber depth and inclination  angle of feeder canal on the behavior of bubble and droplet is assessed. The results showed that by increasing the strength parameter,  the length of droplet and its volume increase and droplet pinch-off happens earlier. By increasing inclination angle of feeder canal  the droplet length and its volume will increase. The maximum pinch-off time belongs to -15 degree. By increasing the chamber  depth, the droplet length will increase. In addition, for -15 degree the pinch-off time increases and the droplet volume decreases,  while for 0 and 15 degrees the pinch-off time will decrease and the droplet volume will increase. Besides, by increasing bubble-free  surface distance the droplet size decreases.
    Keywords: Spark bubble, Boundary element method, Droplet, Axisymmetric chamber
  • A . Gouran , R . Mohebbi *, A . Amiri Delouei Pages 279-287
    In this study, the two-stage fuel injection strategy as an effective method for the simultaneous reduction of soot and nitrogen oxides emissions and also increase engine efficiency is investigated. AVL FIRE software for numerical simulation of combustion is used. The direct injection diesel engine OM355 of the research center of Idem Tabriz is selected as the studied engine. The results of the simulation show that for the two-stage fuel injection, the average temperature and pressure in the combustion chamber are the most when 70% and 30% of the fuel is injected in the first and second stages, respectively. The best performance in terms of reducing the emissions of carbon and nitrogen oxides emissions have been achieved by using a design which 90% and 70% of the fuel is sprayed in the first stage, respectively. Considering the interval of 20 degrees of the crankshaft for the start of the second injection can optimize the combustion process and reduce emissions of the engine.
    Keywords: Direct Diesel Engine, Multiple Injections, OM-355, Soot, Nitrogen oxides
  • A .Lotfi , E. Lakzian * Pages 289-297
    Using the nanofluid instead of pure water is one of the ways for increasing the heat transfer and rate of cooling. This article studies the laminar flow of nanofluid over a superheated surface. The nanofluid evaporates after contact with the surface and as a result the volume fraction increases. The governing equation including continuity, momentum, and energy are transformed to ODE by similarity solution and solved using 4th order Rung-Kutta method with a shooting procedure. The results show that water-Cu with the volume fraction of 0.2, increases the heat transfer and rate of cooling about 42% and the drag force about 15%. Moreover, the results are demonstrated for moving surface to increase the rate of cooling of the quenching process and control the hardness of steels.
    Keywords: Nanofluid, Similarity Solution, Heat Transfer, Cooling, Boiling
  • A . Loghman , M . Mohammad Hosseini Mirzaei * Pages 299-308
    In this paper time-dependent creep evolution analysis of thick-walled rotating FGM cylinders made of Al-SiC composite has been carried out, using method of successive elastic solution. The material creep constitutive model has been described by Norton’s law, considering the experimental results of Pandey on Al-SiC composite. All mechanical and thermal properties except Poisson’s ratio are radial dependent, based on the volume content of SiC reinforcement. Loading is composed of an inertia body force due to rotation and a distributed temperature field because of steady state heat conduction from the inner to the outer surface of the cylinder. It has been found that the volume-content distribution of SiC reinforcement has a significant effect on initial elastic stress distribution. It has been concluded that radial stresses are increasing with time during creep evolution, while circumferential and effective stresses become more uniform, due to stress redistribution and finally the solution converges to stationary stresses, displacement and strains almost after fifty years.
    Keywords: Time-dependent creep, Functional Graded Materials (FGM), Al–SiC composite
  • M. R. Loghman, Estarki *, R. Shoja Razavi, M. Ghaderi Pages 309-315
    Y2O3 nano powder was synthesized using yttrium nitrate (source of Y3+), NaOH (control of pH) and citric acid (CA, complexing agant) by hydrothermal method. Many methods using citric acid asisted sol-gel method and combustion method for the synthesis of yttria nanoparticles is performed. In this study, by using citric acid as complexing agent, yttria nanoparticles have been synthesized by hydrothermal method. Also, the effect of pH and citric acid to Y3+ mole ratios on the phase and morphologies of the product was evaluated. The prepared products were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and inductively coupled plasma (ICP). Pure cubic yttria nanoparticles with average size of ~ 44 nm was prepared with CA:Y3+ = 1.6:0.01, pH=10 and calcinations temperature of 900°C for 90 min. Furthermore, the luminescence properties of as-synthesized nanoparticles were also investigated.
    Keywords: Yttria, Hydrothermal, Citric acid, nanoparticles
  • M. Mortazaei, M. Rahimi * Pages 317-328
    A new combined system based on a biomass gasifier, SOFC and single effect Li-Br refrigeration cycle for generation of power, heating and cooling is proposed and assessed thermodynamically. With the aid of the Engineering Equation Solver software (EES) Exergy analysis is conducted to determine the irreversibilities in system components. In addition, an environmental impact assessment is performed for each of the three cases in combined system based on each cycle of the proposed system. Also an economic analysis to find unit product cost is carried out. To understand the system performance more comprehensively, a parametric study is performed to investigate the effect of several important design parameters on the net power output as well as exergy efficiency of the system. The results demonstrate that an increase of 75oC in stack temperature difference results in 8.99% and 17.47% increases for the exergy and energy efficiencies, respectively. Also net power output is maximized at certain values of current density and fuel utilization factor. In addition, compared to the SOFC system (power generation system alone), the exergy efficiency of the combined system is 12.04% higher and the CO2 emission of the combined system is 62.34% lower. Results demonstrate that power unit product cost becomes 15.76 $/GJ.
    Keywords: Exergeoconomic, environmental impact, trigeneration, fuel cell, gasification
  • M . Malekzadeh *, M . Sabouhi , M . Rezayati Pages 329-338
    In this paper, the performance of two robust control algorithms, µ-synthesis and high order sliding mode are evaluated on a spacecraft attitude control subsystem simulator as the hardware in the loop. This tabular simulator is placed on a spherical air bearing to validate real-time environment. All actuators and sensors on the platform of spacecraft simulator prepare real conditions as attitude control test bed. Beginning, both designed controllers are simulated by Matlab software, next they are applied on the subsystem. At first, µ-synthesis robust controller is designed for simulator. In this method, weighting matrix are chosen such that the controller becomes robust in combined uncertain condition such as system uncertainties, environmental disturbances and sensor noises. Uncertainty, performance, actuator saturation, disturbance and noise weighting functions are designed based on the dynamics and environmental platform properties. At least high order sliding mode controller based on super twisting algorithm is designed to reduce chattering effects. Contrary to the other second order sliding mode algorithms, in the super twisting method sliding surface derivatives are not used. The Computer and experimental hard ware in the loop simulations are compared together.
    Keywords: µ-synthesis robust control, super twisting algorithm, Spacecraft attitude control simulator, hardware in the loop
  • M Gh. Mangelizadeh, M. Mohammadiun *, M. Mahdavian Pages 339-347
    Nowadays the use of nano-fluids as base fluid in the heat exchanger has expanded impressive. in this study, we tried to examine the  use of Alumina Nano- particles and coil wires for enhancing heat transfer of water as base fluid. Therefore, Nano-fluid made with different concentrations and difference patches of coil wires tested at different R eynolds numbers. The coil wires inside the heat  exchanger was used to increase turbulency.the results shows use of Nano-particles terminated to high thermal efficiency. Also, increasing concentration of Nano particles and increasing of Reynolds numbers play important role in increasing efficiency of  heating systems. also, the results shows that for Nano fluid with concentration of 0.35% and coil wire with pitch of 2 has best  performance. For this condition the enhanced heat transfer 30-45% calculated. however, the increased friction factor for this  situation is 1-6%.the results shows that enhanced heat transfer over come to increased pressure drop and control function is heat  exchanger performance.
    Keywords: Alumina Nano Particle, Heat Exchanger, Coil Wire
  • M . K. Moayyedi * Pages 349-358
    In this study, the proper orthogonal decomposition has been used to develop a reduced order model of the unsteady incompressible flows. After projection of governing equations along high level energy modes, a low-dimensional dynamical system is constructed. Usually, this model is developed using velocity field modes therefore pressure term representation in momentum equation will have an important role for stability and accuracy of outcome reduced order model. Two approaches are available for pressure term deputation, the first is based on elimination of pressure term due to homogenous condition on control volume boundaries and the second used appropriately method for pressure term representation in momentum equation. The method, which is used in this research, is based on using pressure snapshots and velocity field modal coefficients for calculation pressure field modes. The obtained results from proposed model have been compared with related DNS results. Because the instability behavior of reduced order model is not only related to pressure term modeling therefore response of low-dimensional dynamical system is not exactly verified with DNS data. But the outcome results from proposed model have higher accuracy than classic reduced order models.
    Keywords: Incompressible Flow, Unsteady Flow, Proper Orthogonal Decomposition, Reduced Order Model, Pressure Modes, Galerkin Projection
  • S . Mirzamohammadi , H.Khorsand *, M . Aliofkhazraei Pages 359-366
    Creation of the enhanced mechanical properties in Ni-alumina nanocomposite coatings needs to increase the amount of alumina nanoparticles participation in nickel matrix. In this study, the effect of nanoparticles’ zeta values, affected by adding six organic solvents (triethanolamine, glycerol, formaldehyde, ethanol, methanol and carbamide) to electrolyte, on their adsorption was investigated. The results showed that, 10 gL-1 of the organic solvent was essential to conduct nanoparticles’ zeta potential to the range 23-36 mV. Obtained coatings examined by field emission scanning electron microscopy (FESEM) coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). In this study, the maximum incorporated alumina in the coatings was acquired with adding of carbamide to electrolyte. In this case, the amount of nanoparticles was 5.7 wt. %. Whereas, adding of triethanolamine to electrolyte leads to 3.1wt % of alumina content. This result confirms the important effect of optimum zeta potential of 23 mV due to adding of carbamide. In this case, the adsorbed nanoparticles increased up to 46% compared to zeta potential of 36 mV due to adding of triethanolamine.
    Keywords: Zeta potential, Composite, Nickel, Alumina, electroplating
  • A . R. Noghrehabadi *, A . Haghparast , S . S. Bahrainian Pages 367-376
    In the nanoscale, the continuity assumption may be violated, and hence, the classical theories, which have been introduced based on the continuity assumption, may lose their accuracy. Therefore, new size-dependent continuum theories are demanded for proper design and analysis of micro/nano-electro-mechanical systems. The aim of the present study is to develop a new non-linear theoretical model, based on the Modified couple stress theory, for analysis of static and dynamic pull-in instabilities of nanobeams, utilized in nano switches. In the present model, the size effect parameter, the fringing field effect, the electro static forces, the intermolecular forces (Casimir and Van der Walls) are taken into account. The non-linear Euler-Bernoulli governing equation of the beam motion and the corresponding boundary conditions are derived by using Hamilton’s principle. The results show that the decrease in the size of the beam increases the beam stiffness. An increase in the fringing field effect, the size effect parameter or decrease in intermolecular forces as well as decrease in the substrate length would increase the ultimate pull-in voltage. Also, when a cantilever nanobeam is affected partially from the free-side end, the effect on the increase of the pull-in parameters of the intermolecular forces and the voltage is greater than that of the nanobeam is affected partially from its support side.
    Keywords: Nano-beam, Pull-in, Couple stress theory