فهرست مطالب

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال بیست و نهم شماره 2 (بهار و تابستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/05/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • سعید جعفری پناه، فتحاللهام، سید سعید خضرپور صفحات 1-19
    هدف اصلی از انجام پژوهش حاضر تحلیل پارامترهای عملکردی و شبیه سازی موتور توربوفن پی دبلیو 615 اف، در دو حالت با محفظه احتراق ثانویه و بدون آن می باشد و برای اعتبارسنجی آن از نرم افزار تجاری گس ترب و جی اس پی استفاده شده است. درواقع سیستم پیش رانش در تعیین ماموریت و رژیم پروازی وسیله پرنده، اهمیت به سزایی دارد. این سیستم، تامین کننده نیروی رانش یک هواپیما می باشد. درابتدا یک موتور توربینی انتخاب و سپس شبیه سازی می شود که بتواند تراستی معادل 35/6 کیلونیوتن تولید نماید. درادامه، روشی برای تحلیل عملکرد نقطه طراحی و نقاط خارج از طرح موتورهای توربوفن دو محوره جریان مخلوط نشده ارائه شده است؛ همچنین ابزاری براساس روش مقیاس به منظور تولید منحنی مشخصه کمپرسور و فن ارائه شده است. به منظور مدل سازی عملکرد موتور از روش حلقه های تودرتو استفاده شده است. عملکرد اجزای موتور با بهره گیری از نمودارهای عملکرد، معادلات ترمودینامیکی و دینامیک گازی مدل شده است. باتوجه به این که روند مدل سازی ریاضی موتورهای دو محوره تاحدودی پیچیده است، در ابتدا روند شبیه سازی موتورهای دو محوره ارائه شده است و درادامه عملکرد یک موتور توربوفن دو محوره جریان مخلوط نشده در نقطه طراحی و نقاط خارج از طراحی ارائه شده است و نمودارهای حاصل مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد، سیکل هایی که از وجود محفظه احتراق ثانویه سود می برند به طور چشم گیری موجب افزایش تراست ویژه، کاهش آلاینده های خروجی از محفظه احتراق اصلی و افزایش کار خروجی مخصوص از توربین کم فشار می شوند.
  • حبیب الاه سایه وند، امیر بصیری پارسا صفحات 21-40
    در مطالعه حاضر انتقال حرارت جریان نانوسیال از داخل یک کانال با آرایش های مختلفی از تزریق نانوذرات به‬عنوان عناصر تفرق حرارتی، بررسی شده است. در پدیده انتقال حرارت حضور نانوذرات در جریان سیال به‬عنوان یکی از مهم ترین عوامل ایجاد تفرق یا پراکندگی حرارتی شناخته می‬شود. در این پژوهش نحوه توزیع عناصر تفرق حرارتی یا همان نانوذرات در کانال به سه صورت توزیع در منطقه مرکزی، توزیع در منطقه نزدیکی دیوار و توزیع در کل کانال درنظر گرفته شده است. اعتبارسنجی نتایج توسط راه حل تحلیلی برای یک وضعیت ساده مسئله و همچنین مقایسه با نتایج ارائه شده در مقالات گذشته، انجام شده است. حضور نانوذرات در منطقه مرکزی کانال، عدد ناسلت و ویژگی های انتقال حرارت را به شکل صعودی افزایش می دهد؛ اما برای آرایش مرزی، افزایش ضخامت نانوذرات تزریق شده منجر به یک رفتار صعودی- نزولی برای عدد ناسلت می شود، بنابراین در این توزیع، ضخامت بهینه ای برای عناصر تفرق به دست می آید. همچنین در بررسی توابع توزیع مختلف نانوذرات تزریق شده در کل کانال، مشاهده می شود که برخلاف توزیع سهموی که منجر به افزایش تقریبا خطی عدد ناسلت می شود، در توزیع نمایی و به خصوص به ازای مقادیر بزرگ تر ضریب تفرق، افزایش عدد ناسلت رفتاری غیرخطی دارد که مهم ترین وجه تمایز این دو تابع توزیع می باشد.
    کلیدواژگان: انتقالحرارت، حرارت تفرق ی، کانال، نانوسیال
  • فریده یزدانی فرد، احسان ابراهیم نیا بجستان، مهران عامری صفحات 41-56
    در این پژوهش، یک سیستم فتوولتاییک/ حرارتی با متمرکزکننده سهموی- خطی شبیه سازی شده و اثر استفاده از نانوسیال اکسید آلومینیوم/ اتیلن گلیکول: آب 50:50 دارای نانوذرات مختلف پلاکتی، استوانه ای، تیغه ای و آجری شکل بر کارایی این سیستم از دیدگاه انرژی و اگزرژی در دو جریان آرام و مغشوش بررسی شده است. مدل پیشنهاد شده با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود اعتبارسنجی شده است و تطابق مناسبی بین نتایج مشاهده گردیده است. باتوجه به نتایج، استفاده از نانوسیال با نانوذرات استوانه ای شکل در جریان آرام و نانوذرات آجری شکل در جریان مغشوش منجر به حداکثر بازده سیستم می گردد. به علاوه، استفاده از نانوسیال در جریان آرام نسبت به جریان مغشوش برای بهبود عملکرد سیستم فتوولتاییک/ حرارتی موثرتر است.
    کلیدواژگان: سیستم فتوولتاییک مغشوش حرارتی، شکل نانوذرات، نانوسیال، جریان آرام، جریان
  • حمید محمدیون صفحات 57-70
    در این مقاله جریان سکون شعاعی نانوسیال، برروی یک استوانه نامحدود به صورت پایا مورد بررسی قرار گرفته است. جریان آزاد نیز پایا است و قدرت اولیه جریان می باشد و محور باسرعت زاویه ای ثابت در حال چرخش است. حل تشابهی معادلات ناویراستوکس و معادله انرژی در این تحقیق ارائه شده است. این معادلات، با استفاده از تبدیلات مناسبی که در این تحقیق معرفی شده است ساده سازی شده اند. برای همه اعداد رینولدز، با افزایش کسر حجمی، مولفه های شعاعی و محوری میدان سرعت و نیز مولفه محوری تنش برشی کاهش می یابد و درمقابل، مولفه های زاویه ای میدان سرعت، مولفه زاویه ای تنش برشی و عدد ناسلت جریان افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: نانوسیال، جریان سکون، انتقال حرارت، معادلات کاملا زاویه تشابهی، کسر جرمی، سرعت زاویه ای ثابت
  • مریم شمسا، محمدرضا گلبهار حقیقی، پرویز ملک زاده صفحات 71-88
    در این مقاله پارامترهای مکانی و شدت منبع حرارتی نقطه ای و گسترده متغیر با زمان برای یک ورق مستطیلی مدرج تابعی به وسیله الگوریتم معکوس برمبنای روش گرادیان مزدوج تخمین زده خواهد شد. این کار به وسیله اندازه گیری دما روی مرزهای ورق انجام می گیرد. فرض بر این است که هیچ اطلاع اولیه ای از مکان منبع و تابع شدت منبع حرارتی در دسترس نیست، بنابراین روند تخمین با یک حدس اولیه دلخواه آغاز می گردد. برای گسسته سازی معادلات حاکم از روش اجزامحدود برای مشتقات مکانی و روش کرنک نیکلسون برای گسسته سازی مشتقات زمانی استفاده گردیده است. در این مقاله برای اولین بار به تخمین هم زمان مکان و شدت منبع حرارتی در ورق مدرج تابعی، پرداخته شده است. علاوه بر این در تخمین منبع حرارتی، هم منبع نقطه ای و هم منبع گسترده مورد بررسی قرار گرفته اند.
    کلیدواژگان: روش گرادیان مزدوج، مسائل معکوس، مواد تابعی مدرج حرارت انتقال حرارت، منبع
  • محمد هادی خشن، محمود روشن صفحات 89-98
    هدف از این مقاله بررسی سیستمهای حلقه ای در چارچوب یک نظریه تعمیم یافته گرانشی می باشد. درحقیقت پایداری گرانشی سیستمی حلقه ای متشکل از N ذره با جرمهای برابر m درحال گردش حول یک جسم مرکزی سنگین مطالعه می شود. برای این کار ابتدا دینامیک سیستم در حالت پایه توصیف و معادلات حرکت به دست می آید. سپس با استفاده از آنالیز اختلالی، معادلات حرکت خطیشده به دست می آید. نهایتا با استفاده از آنالیز فوریه و معادلات خطیشده، معادله پاشندگی سیستم محاسبه می شود. با استفاده از مقادیر تجربی پارامترهای آزاد نظریه فوقالذکر، معادله پاشندگی را برای حالتهای مختلف بررسی و شرایط پایداری سیستم نسبت به اختلالات کوچک پیدا می شود، سپس نتایج به دستآمده را با سیستم متناظر در گرانش نیوتونی مقایسه می شود.
    کلیدواژگان: ناپایداری گرانشی، نظریة تعمیم یافتة گرانشی
  • محمد رضایی پژند، معصومه ملک زاده گنابادی، نیلوفر رجب زاده صفایی صفحات 99-117
    در این پژوهش، ده جزء صفحه خمشی چهارپهلو کیرشهفی نو برپایه تابع تغییرمکان ترفتز و برقرارنمودن معادله ایستایی پیشنهاد می شود. نخست، مناسب ترین چیدمان های درجه های آزادی و نیز گره های روی جزء برپایه پژوهش پیشینیان به دست می آیند. پس از آن، با بهره جستن از تقارن جمله ها، ده جزء با تابع میدان متفاوت برای دو چیدمان برتر، معرفی خواهند شد. واکاوی های عددی آشکار می کنند که تابع میدان برگرفته از تابع های ناقص ترفتز درصورت انتخاب درست جمله ها، با شمار درجه آزادی کمتر و مرتبه بالاتر نسبت به جزء های کامل، می توانند جزء های مفیدی را پدید آورند. چون تابع های ترفتز معادله ایستایی را برقرار می سازند، پاسخ های نیرویی بیشتر جزء ها، دقت فزون تری نسبت به پاسخ های جابه جایی ها دارند.
  • محمدرضا رجبی، مسعود رضایی زاده، سید یوسف احمدی بروغنی صفحات 119-128
    لوله های خمکاری شده به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شوند. در این تحقیق مواد مختلفی به عنوان ماندرل استفاده شده است و این نتیجه به دست آمد که استفاده از یک دسته سیم انعطاف پذیر به عنوان ماندرل نسبت به سایر روش ها مفیدتر می باشد. ازجمله مزیت های مهم ماندرل سیمی دوام، کاربرد ساده و خارج شدن آسان پس از فرایند خمکاری است. تغییرشکل سطح مقطع، کاهش ضخامت و ایجاد ترک در شعاع بیرونی خم، چروکیدگی در شعاع داخلی خم، برگشت فنری و تغییرضخامت ازجمله عیوب رایج به همراه فرایند خمکاری لوله ها می باشند. در این مطالعه به بررسی تاثیر ماندرل سیمی برروی پارامترهای ذکرشده به دو روش شبیه سازی المان محدود و آزمایشگاهی پرداخته می شود.
    کلیدواژگان: لوله خم، ماندرل سیمی، تغییرش کل سطحمقطع، فنری برگشت، تغییرضخامت
  • شیدا محقق، مهرداد پورسینا صفحات 129-144
    در پژوهش حاضر، تاثیر اصلاح پروفیل دندانه چرخ دنده ساده روی خطای انتقال استاتیکی مورد بررسی قرار می گیرد. خطای انتقال مهم ترین عامل ایجاد سروصدا در یک جفت چرخ دنده گیردار محسوب می شود. درابتدا خطای انتقال با تخمین نرمی دندانه به صورت تحلیلی محاسبه می‎گردد. نرمی چرخ‎دنده با درنظر گرفتن دندانه به صورت تیر یک سرگیردار، انعطاف‎پذیری بدنه چرخ‎دنده و اثرات تماسی هرتزین، تعیین می‎گردد. پس از تخمین خطای انتقال استاتیکی، به اصلاح پروفیل دندانه به چهار صورت اصلاح سردندانه چرخ دنده، سر و ریشه دندانه چرخ‎دنده، سردندانه پینیون و چرخ دنده و سر و ریشه دندانه پینیون و چرخ‎دنده پرداخته می‎شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد اصلاح سر و ریشه دندانه پینیون و چرخ دنده بهترین روش برای کاهش خطای انتقال می باشد.
  • مهدیه حیدری، جواد انفرادی صفحات 145-156
    در این مقاله بررسی شرایط بالانس دینامیکی نیرویی یک روبات موازی کروی جدید با استفاده از روش افزودن مکانیزم اضافه انجام می شود. در روش پیشنهادی از یک مکانیزم اضافه و اتصال آن به هر شاخه روبات به گونه ای استفاده می شود که باعث حذف شتاب های کوریولیس و درنتیجه حذف نیروهای لرزشی ناشی از رفت وبرگشت جرم لغزنده در معادلات بالانس دینامیکی نیرویی روبات شود. سپس با افزودن سه وزنه به هر شاخه روبات، بالانس نیرویی روبات انجام می شود. درپایان، با تحلیل دینامیکی روبات با استفاده از نرم افزار آدامز، نشان داده می شود که با استفاده از روش ارائه شده، نیروهای لرزشی منتقل شده به پایه روبات به طور میانگین درراستای x، 98%، درراستای y، 79% و درراستای z، 99. 4% کاهش خواهند یافت.
    کلیدواژگان: بالانس دینامیکینیرویی، کروی روبات موازی، نیرویلرزشی، افزوده جرم
|
  • S. Jafaripanah, F. Ommi*, S. Khezrpour Pages 1-19
    Introduction: The main objective of this study is a parametric investigation of twin spool unmixed flow turbofan engines for 6-person light aircraft. Obtaining the engine performance curves and mathematical modeling of the off-design function of the engine by using the Serial Nested Loops method is studied. Despite the complexity of mathematical modeling, the performance of offdesign turbofan engine is investigated and Twin Spool modeling of unmixed flow is presented. The design choices for specific fuel consumption and specific thrust are examined. The performance parameters of the turbofan engine with constant geometry contain thrust, specific fuel consumption, engine intake air, component efficiency, component pressure ratio, turbine inlet and outlet temperature. For cycles, the static or flight performance is analyzed and the performance matching of each engine component is determined.  Engine Modeling To facilitate the simulation of the turbofan engine performance, the engine is numbered according to the location of the main components of the engine, Discussion of Result : simulated model and GSP (Gas Turbine Simulation Program) software is compared. As seen on the right side of figure, the matching error has a high error in the low period. However, as the RPM increases, the error is reduced until the error rate reaches less than 20% in over than 90% RPM. It indicates that the simulated model in the high RPM has an acceptable accuracy. At the design point, the error is minimum but as the RPM decreases or increases, the error increases which is due to the application of the scale method.
    Conclusion
    In this study, it is indicated that the cycles with intermediate-stage combustion chambers at higher speeds perform better than those of conventional cycles. In turbofan engine, the cycles with the secondary combustion chamber have a higher specific thrust and lower specific fuel consumption and lower pollution compared to ordinary cycles. By increasing their fan pressure ratio, the specific thrust ascends and specific fuel consumption descends. In fact, the cycles can support engines that have high bypass ratio and can increase their efficiency. Generally, the cycles with less input temperature in high pressure turbine can reduce the specific fuel consumption of the cycle. It is found that due to the unavailability of the curve of the engine's characteristics, using the scaling method is proper for estimating functional curves. In this method, constant coefficients of the design point of the engine are analyzed and the obtained curves are closer to each other and the error in simulation results is reduced.
  • H., O. Sayehvand A. Basiri Parsa Pages 21-40
    In the present study the heat transfer of nanofluid flow inside a channel with different arrangements of nanoparticles injection (dispersive elements) is investigated. In the heat transfer phenomena, nanoparticles presence in the fluid flow is known as one of the most important factor for the thermal dispersion. In this work, the distribution of dispersive elements or nanoparticles in the channel is considered to be uniformly distributed in the central region and near the walls. The validation of results is verified by the analytical solution for a simple state of the problem and also by comparison with previous published papers. The presence of the nanoparticels in the center region, increase the Nusselt number and heat transfer characteristics with an ascending form. For the boundary arrangement, increasing the thickness of injected nanoparticles lead to an ascending-descending behavior for Nusselt number. Therefore in this distribution, the optimum thickness for dispersive elements is obtained. Also it can be seen that the presence of the nanoparticels with parabolic distribution increase the Nusselt number with a univocal form. For the exponential arrangement, especially for large values of dispersive coefficient, increasing the Nusselt number has a nonlinear behavior that is the most important distinction of these two distribution functions.
    Keywords: Channel, Heat transfer, Nanofluids, Thermal dispersion
  • F. Yazdanifard E. Ebrahimnia, Bajestan M. Ameri Pages 41-56
    In this study, a linear parabolic trough concentrating photovoltaic/thermal system has been simulated and the effects of using Al2O3/ethylene glycol-water 50:50 nanofluid with different nanoparticle shapes including platelet, cylindrical, blade and brick shapes from energy and exergy standpoints in the laminar and turbulent regimes have been numerically investigated. The proposed model has been validated using existing experimental results where good agreement was observed. The results indicated that using nanoparticles of cylindrical shape in laminar regime and brick-shaped one in turbulent regime lead to the best system performance compared to others. In addition, applying nanofluid in laminar regime is more effective compared to turbulent regime
    Keywords: Photovoltaic, Thermal system, Nanoparticles shape, Nanofluid, Laminar flow, Turbulent flow
  • H. Mohammadiun Pages 57-70
    In this paper the steady state radial stagnation point flow impinging on an infinite cylinder has been investigated. The impinging free stream is steady with a constant strain rate kand axis is rotating with constant angular velocity. Similarity solution of the Navier-Stokes and energy equations is presented in this research. A reduced from of these equations are obtained by using appropriate transformations introduced in this study. For all Reynolds numbers, as the particle fraction increases, fluid velocity component in radial and axial directions and axial component of shear-stresses decrease and in the contrary the angular component of shear stress and velocity field and Nusselt number increase
    Keywords: Nanofluid, Stagnation point flow, Heat transfer, Similarity solution, Particle fraction, Constant angular velocity
  • M. Shamsa M.R. Golbahar Haghighi P. Malekzadeh Pages 71-88
    In thisarticle, an inverse algorithm based on the conjugate gradient method is applied to estimate the unknown location and time-wise varying strength of the point and distributed heat source in functionally graded rectangular plate from the knowledge of temperature measurements taken from the boundaries of plate. It is assumed that no prior information is available on the functional form of timewise variation of the heat source strength so estimation process starts with an arbitrary initial guess. The conjugate gradient method is employed for optimization process and the finite element method is applied to solve the governing differential equations. Results show that the estimation of location and strength of point heat source can be obtained with any arbitrary initial guesses .
    Keywords: Functionally Graded Materials, Heat Transfer, Conjugate Gradient Method, Inverse Problems, Heat Source
  • M.H. Khashen , M. Roshan Pages 89-98
    he purpose of this paper is to consider the ring systems in the context of a modified gravity theory.
    In fact, the gravitational stability of a ring system consisted of N particle with the same mass m rotating around a massive object at the center is studied. After finding the equation of motion and considering the dynamics of the system in the equilibrium state, perturbative analysis is used in order to find the linearized version of the equations of motion. Finally using the Fourier analysis, the dispersion relation of the system is derived. At the end, using the observational values of the free parameters of the above mentioned theory and also the dispersion equation the stability criterion of the system for several cases is derived. Finally, the results have been compared with the corresponding results in Newtonian gravity
    Keywords: Gravitational instability, Modified gravity
  • M. Rezaiee, Pajand, M. Malekzadeh, Gonabadi , N. Rajabzadeh, Safaei Pages 99-117
    In this study, ten novel quadrilateral Kirchhoff’s bending plate elements based on the Trefftz displacement functions and satisfying equilibrium equation are suggested. First, the most suitable arrangement of degrees of freedom and nodes are achieved
    by benefiting from previous researches. Afterwards, using the symmetry of terms, ten elements with different interpolation functions for the two top arrangements will be introduced. Numerical tests reveal that the correct choice of the interpolation’s terms from the incomplete Trefftz functions leads to more efficient elements with lower degrees of freedom and higher order than the complete elements. Since the Trefftz functions meet the equilibrium conditions, the force responses of the most cases have a higher accuracy than the displacement responses
    Keywords: Thin bending plate, equilibrium equation, analytical solution, Trefftz function, quadrilateral bending element, incomplete interpolation function.
  • M.R. rajabi , M. rezaei zadeh , S.Y. Ahmadi brooghani Pages 119-128
    Bent pipes have been widely used in industrial usage. In this work different materials have been used as mandrel and it is realized that a bunch of flexible wire is more preferable to optimize bending parameters. This way doesn’t need laborious adjustments and because common flexible wires have plastic deformation even during excessive bending angles, they can be used so many times and also they are easy to remove after bending process . Cross section distortion, cracking at the extrados, wrinkling at the intrados, spring back phenomenon and wall thickness change are issues associated with pipe bending. In this work the effect of flexible wires on bending parameters has been analyzed and the results are confirmed with finite element simulation
    Keywords: pipe bending, wire mandrel, cross section distortion, spring back, wall thickness change
  • Sh. Mohaghegh, M. Poursina Pages 129-144
    In the present study, the effect of tooth profile modifications on the static transmission error is investigated. The most important factor for investigating noise between two gears is the transmission error. First, the static transmission error is analytically calculated by estimating tooth compliance. The compliance of gear is calculated considering tooth as cantilever beam deflection; rigid body tooth rotation at its base and Hertzian contact. After estimating the static transmission error, tooth profile is modified in four ways: tip relief on the gear teeth only, tip and root relief on the gear teeth only, tip relief on both the gear and pinion teeth and tip and root relief on both the gear and pinion teeth. The results indicate the tip and root relief on both the gear and pinion tooth is the best way for transmission error reduction
    Keywords: Spur gear, Noise, Transmission Error, Profiles Modification
  • J. Enferadi , M. Heydari Pages 145-156
    In this paper, an approach for reducing the shaking force of a spherical parallel robot using extra mechanisms is proposed. The proposed method vanishes the Coriolis acceleration terms due to moving the slider links on each branch from force balancing equation. For this purpose, two links are added to each branch of the manipulator as an extra linkage mechanism. Next, three weights are added to each branch of the robot for reducing the applied shaking forces on the base platform. Finally, the dynamic numerical simulations is performed using ADAMS software. The results show a reduction in the applied shaking forces on the base as much as 98%, 79% and 99.4% along the X, Y and Z axes, respectively
    Keywords: Shaking force, Force balancing, Spherical parallel robot, Inverse kinematics