فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - سال چهل و نهم شماره 1 (بهار 1398)
  • سال چهل و نهم شماره 1 (بهار 1398)
  • تاریخ انتشار: 1397/12/12
  • تعداد عناوین: 40
|
  • محمد اخلاقی *، شیرزاد ایرانمهر صفحات 1-10
    عملکرد جداساز سیکلونی جریان محوری I-Sep، برای جداسازی جریان گاز-مایع آب و هوا بررسی شده است. نتایج تجربی موجود که با همکاری شرکت کالتک انگلستان در دانشگاه کرانفیلد به دست آمده است با نتایج عددی در کسر های حجمی و شرایط مختلف ورودی جریان، مقایسه شده اند. با انجام تحلیل حساسیت شبیه سازی به اندازه قطر قطره، مشخص گردید که با افزایش اندازه قطر قطره، بازدهی جداسازی افزایش و افت فشار کاهش می یابد. شبیه سازی دو کسر حجمی گاز ورودی 90% و %5/97 مبتنی بر استفاده از مدل اویلری با قطر قطره 10 میکرون و مدل تنش های رینولدز انجام شده است. نتایج شبیه سازی برای بازدهی جداسازی و افت فشار با نتایج تجربی هم خوانی قابل قبولی را نشان داده است. نتایج تجربی و شبیه سازی نشان می دهند که با افزایش دبی ورودی جریان، بازدهی جداسازی برای کسر حجمی %5/97 دارای مقدار بهینه 88% برای دبی جرمی ورودی 799/0 کیلوگرم بر ثانیه است. برای کسر حجمی 90% دو نقطه بیشینه بازدهی و یک نقطه کمینه مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: جداسازی جریان گاز-مایع، سیکلون جریان محوری I-Sep، مدل چندفازی اویلری، مدل چندفازی حجم سیال، مدل آشفتگی تنش های رینولدز
  • اسماعیل ابراهیمی فردویی، کیومرث مظاهری * صفحات 11-20
    هدف از مطالعه حاضر بررسی عددی تاثیر تزریق دی‎اکسید کربن بر احتراق متان- اکسیژن بدون شعله می باشد. بدین منظور رژیم های مختلف تشکیل شده در احتراق متان- اکسیژن، توزیع دما و نرخ آزادسازی حرارت در مقادیر مختلف تزریق دی اکسید کربن، حداقل مقدار CO2 مورد نیاز برای تزریق درون اکسیدکننده جهت دست یابی به احتراق متان- اکسیژن بدون شعله و بیشینه مقدار دی اکسید کربن قابل تزریق درون اکسیدکننده مورد بررسی قرار گرفته است. از حلگر شعله نفوذی جریان متقابل به منظور انجام شبیه سازی ها استفاده شده است. به منظور ارائه نتایج از حالتی مبنا با دمای پیش گرمایش 1400 کلوین استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که تزریق CO2درون اکسیدکننده منجر به کاهش دمای بیشینه و متوسط احتراقی می گردد. در مقادیر تزریق بالاتر از 80 درصد کسر مولی اکسیدکننده، این تزریق سبب می شود تا از بیشینه و متوسط دمایی نسبت به احتراق سوخت- هوا با تزریق نیتروژن داخل اکسیدکننده آن، کاسته شود. علاوه بر این نتایج نشان دهنده آن است که تا قبل از دست یابی به احتراق بدون شعله، میزان بیشینه دی اکسید کربن قابل تزریق درون اکسیدکننده مقداری ثابت داشته و با افزایش دمای پیش گرمایش تغییر نمی کند.
    کلیدواژگان: تزریق دی اکسید کربن، رژیم های احتراقی، احتراق متان- اکسیژن بدون شعله، شعله نفوذی جریان متقابل
  • مهدی افضلیان، سید علیرضا ذوالفقاری * صفحات 21-30
    در مکان‏های پرجمعیت تامین شرایط مطلوب به ویژه از نظر کیفیت هوای داخل اهمیت زیادی دارد. از سوی دیگر، در بسیاری از سیستم های توزیع هوا، عوامل کارآیی تهویه و مصرف انرژی به طور چشمگیری به آرایش قرارگیری دریچه‏های ورود و خروج هوا وابسته است. لذا در این تحقیق اثرات جانمایی محل دریچه‏های ورودی بر کیفیت هوای داخل و مصرف انرژی با رعایت قید آسایش گرمایی در یک سالن اجتماعات مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای این منظور یک سالن اجتماعات کوچک با سیستم تهویه جابجایی و با جمعیت 50 نفر با دریچه های ورود هوا به شکل نواری در چهار حالت مختلف مدل سازی شده است. نتایج نشان می‏دهد، سیستم تهویه جابجایی در مجموع حالت‏ها توانسته است وضعیت مطلوبی را ایجاد نماید. با این حال با جانمایی دریچه‏ها می‏توان کیفیت هوای داخل و آسایش ساکنان را تا حدودی بهبود بخشید. به طوری که دریچه‏های ورود هوا به صورت عمودی و مستقر در کف باشد، شاخص اثر بخشی نسبی تهویه 20% افزایش و غلظت آلاینده‏ها در حدود 10% در مقایسه با سایر حالت هاکاهش می یابد.
    کلیدواژگان: تهویه جابجایی، کیفیت هوای داخل، آسایش گرمایی، مصرف انرژی، مکان پرجمعیت
  • امین امیری دلویی *، رسول محبی، عبدالحسین کردوانی صفحات 31-40
    در مطالعه حاضر، مساله جریان سیال غیرنیوتنی با لزجت تابع دما از روی یک سیلندر مربعی غیرهم دما بررسی شده است. مدل سیال کاریو-یاسودا برای شبیه سازی خواص غیرنیوتنی سیال بکار گرفته شده است. از روش شبکه بولتزمن غیرنیوتنی، با ویژگی محاسبات محلی، برای شبیه سازی عددی معادلات مومنتوم و انرژی بهره گرفته شده است. تحلیل شبکه و صحت سنجی نتایج با موفقیت انجام پذیرفته است. شبیه سازی ها برای محدوده وسیعی از پارامترهای مساله شامل عدد رینولدز 50> Re >10، شاخص غیرنیوتنی 1> n >3/0 و شاخص باریک شوندگی دمایی5/0> b >0 انجام شده است. شبیه سازی ها نشان می دهند که روش پیشنهادی به خوبی می تواند خواص تابع نرخ برش و دما را در جریان سیال غیرنیوتنی کاریو-یاسودا پیش بینی نماید. نتایج نشان می دهند که با افزایش شاخص باریک شوندگی دمایی، ضریب پسا و عدد ناسلت متوسط به ترتیب کاهش و افزایش خواهند یافت.
    کلیدواژگان: سیال غیرنیوتنی، مدل کاریو-یاسودا، روش شبکه بولتزمن، مانع مربعی
  • هاشم بابایی *، مجید علی طاولی، میلاد منصوری صفحات 41-45
    در این تحقیق به صورت تحلیلی و بر مبنای معادلات موازنه انرژی، به بررسی اثرات ابعاد خان بر سرعت های خطی و زاویه ای گلوله پرداخته شده است. در این روش، لوله سلاح به عنوان حجم کنترل در نظر گرفته شده است و بیشینه فشار ناشی از انفجار ماده منفجره، انرژی ورودی سیستم را تامین می کند. برای محاسبه سرعت گلوله، همچنین سرعت گلوله با استفاده از محاسبه انرژی های ورودی به سیستم همچون انرژی ناشی از اصطکاک بین خان و گلوله و همچنین در نظر گرفتن پارامترهای موثر بالستیک داخلی قابل محاسبه است. نتایج حاصل از مدل تحلیلی ارائه شده نشان داد که نرخ چرخش خان و طول لوله دو پارامتر بسیار مهم هستند که سرعت گلوله را در سلاح تحت تاثیر قرار می دهند. افزایش مقدار این دو پارامتر در هر سلاحی، منجر به افزایش سرعت گلوله تا محدوده معینی از مقادیر گردید و بعد رسیدن به این محدوده تاثیر چندانی بر سرعت گلوله مشاهده نشد. همچنین مقایسه بین نتایج تحلیلی به دست آمده با نتایج تجربی و عددی موجود در منابع، انطباق بسیار مطلوبی را نشان داد.
    کلیدواژگان: توازن انرژی، ابعاد خان، فشار ماکزیمم انفجار، بالستیک داخلی
  • سیدعلی توکلی صبور، مصطفی هادی دولابی * صفحات 47-54
    برای کنترل وسایل پرنده روش‎های متعددی وجود دارد. یکی از آن ها استفاده از جت جانبی می باشد. مهمترین ویژگی این روش عملکرد مناسب در فشارهای دینامیکی پایین می باشد. در پژوهش حاضر فشار اطراف جت های جانبی که در یک چیدمان جدید قرار گرفته اند، اندازه گیری شده است. اندازه گیری در تونل باد و روی یک مدل استاندارد انجام شده است. در طرح جدید جت های بالا و پایین مدل به صورت دوتایی و به موازات هم قرار می گیرند. با این ترکیب می توان کانال های چرخش و غلتش را کنترل نمود. در این مقاله نتایج توزیع فشار در نواحی بالا و پایین دست جت، بخش میانی جت ها و نتایج آشکارسازی جریان ارائه گردیده است. نتایج ارائه شده مربوط به دو رژیم جریان آزاد مادون و مافوق صوت و در چند زاویه حمله می باشد. کاهش بیشتر فشار در خط میانی جت ها در مقایسه با موقعیت مشابه در پایین دست یک جت و نیز حفظ ناحیه فشار بالا در بخش بالادست جت ها در مقایسه با ناحیه بالادست یک جت، زمینه را برای استفاده از جت های دوتایی در کنار مزیت کنترل کانال غلتش فراهم می نماید.
    کلیدواژگان: مدل استاندارد، جت جانبی دوتایی، مادون صوت، مافوق صوت، تونل باد
  • روح الله ثامری ندافی، علی معظمی گودرزی *، جواد مقیمی قادیکلایی صفحات 55-61
    پژوهش حاضر یک اورتز فعال زانو با عملگر سری الاستیک می باشد که حرکت آن بر اساس الگوهای مشخص و تعریف شده ای، بسته به موقعیت پا در هر سیکل در گیت قدم زدن کنترل می گردد. برای شناسایی زمان مناسب اجرای هر کدام از زیر برنامه های کنترلی پیش بینی شده در طرح، از سیگنالهای ارسالی توسط چهار عدد میکرو سوییچ که در کف کفش جاسازی شده اند استفاده می شود.نمونه ای از اورتز مطابق طرح ارائه شده ساخته شده و با پرداختن به محدودیتهای ساخت دلایل انتخاب اجزاء طرح مورد تحلیل قرار می گیرد. در نهایت با برنامه ریزی طرح یک آزمایش، کارکرد اورتز ساخته شده در شرایطی آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. نتایج آزمایش گویای این ادعا هستند که با نصب اورتز نامبرده می توان گشتاور قابل اعمال توسط زانو را تا 34 درصد افزایش داد. اورتز نامبرده در شرایط آزمایش شده بطور متوسط W54/46 برق مصرف می کند.
    کلیدواژگان: اورتز زانو، عملگر سری الاستیک، گیت قدم زدن، توانبخشی، اورتز فعال
  • جواد جعفری فشارکی* ، سید قاسم مدنی، سعید گلابی صفحات 63-72
    در این مقاله به بررسی پارامترهای موثر بر الگوی بهینه قرارگیری عملگرهای پیزوالکتریک در اطراف یک سوراخ در یک صفحه تحت کشش به منظور کاهش تمرکز تنش پرداخته شده است. بدین منظور، یک نسبت سفتی که در آن پارامترهای موثر بر جایابی عملگرهای پیزوالکتریک در اطراف سوراخ نشان داده ارائه شده است. در این نسبت سفتی، چهار پارامتر مدول الاستیسیته، ضخامت ورق، ضخامت پیزوالکتریک ها و ولتاژ اعمالی به عملگرهای پیزوالکتریک به عنوان پارامترهای موثر بر جایابی عملگرها در اطراف سوراخ معرفی شده است. برای بررسی جایابی بهینه عملگرهای پیزوالکتریک از الگوریتم بهینه سازی پرندگان استفاده شده است. سپس با استفاده از الگوریتم بهینه سازی پرندگان یک کد پایتون برای مشخص کردن بهترین الگو برای تحریک در اطراف سوراخ برای تاثیر پارامترهای مختلف نوشته شده است. با استفاده از الگوریتم بهینه سازی پرندگان، منطقه و بهترین محل تکه های پیزوالکتریک مورد بررسی قرارگرفته و الگوی بهینه از محل قرارگیری عملگرهای پیزوالکتریک در اطراف سوراخ ارائه شده است. پس از آن تاثیر افزایش مساحت تکه های پیزوالکتریک در کاهش ضریب تمرکز تنش در درصدهای مختلف تکه های پیزوالکتریک بررسی شده است. برای تجزیه و تحلیل نتایج بدست آمده از حل المان محدود، نتایج با آزمایش های تجربی مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: عملگر پیزوالکتریک، تمرکز تنش، ورق سوراخ دار، الگوریتم بهینه سازی پرندگان
  • حسن علی جهانگیری، علی جهانگیری * صفحات 73-81
    در این مقاله روش بهینه سازی توپولوژی با استفاده از روش مجموعه سطوح تراز جهت تعیین توپولوژی بهینه براساس داده های به دست آمده از حل مسئله انتقال گرمای دوبعدی با استفاده از روش تحلیل اجزاء محدود، توسعه داده شده است. در روش مجموعه سطوح تراز، مرزهای سازه به وسیله یک تراز از تابع اسکالر دینامیکی ضمنی از بعد بالاتر معرفی می شوند. همچنین از معادله آلن-چان جهت بروز رسانی متغیرهای طراحی استفاده شده است که دارای مزیت هایی نسبت به روش کلاسیک می باشد از جمله امکان ایجاد حفره های جدید در طی فرایند بهینه سازی، قابل حذف شدن مرحله مربوط به دوباره مقداردهی و پایدار باقی ماندن مسئله بهینه سازی از لحاظ عددی. تابع هدف،کمینه کردن ظرفیت توان گرمایی بوده و آنالیز حساسیت در چندین مسئله نمونه انتقال گرما با استفاده از روش مجموعه سطوح تراز جهت بهینه سازی توپولوژی به همراه روش تحلیل اجزاء محدود بررسی شده است. سرانجام، نتایج حل شش مسئله نمونه انتقال گرما شامل بار گرمایی نقطه ای، بار گرمایی گسترده، دمای معلوم غیر صفر روی مرزها و ترکیبی از این سه جهت نشان دادن اعتبار روش مذکور ارائه شده است.
    کلیدواژگان: انتقال گرما، بهینه سازی توپولوژی، روش مجموعه سطوح تراز، معادله انتشار واکنشی، آنالیز حساسیت، اجزاء محدود
  • احمد حاجت زاده پردنجانی، افراسیاب رئیسی* ، بهزاد قاسمی صفحات 83-92
    در این پژوهش اثرات تلفات لزجت بر انتقال گرمای جابه جایی اجباری لایه ای نانوسیال آب- اکسید آلومینیومدرون میکروکانال صفحه موازی با حضور میدان مغناطیسی به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. میکروکانال از دو صفحه موازی تشکیل شده است و در ناحیه میانی میکروکانال دیوارها تحت شار گرمایی و میدان مغناطیسی یکنواخت می باشند. معادلات بقاء جرم، مومنتوم و انرژی در حالت دو بعدی به روش تفاضل محدود مبتنی بر حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل حل می شوند. اثر پارامترهایی هم چون عدد رینولدز، درصد حجمی نانوذرات، عدد برینکمن و عدد هارتمن بر روی عدد ناسلت، خطوط جریان و هم دما بررسی شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش عدد برینکمن دمای سیال نزدیک دیواره افزایش یافته و آهنگ انتقال گرما از دیوار کاهش می یابد. با افزایش درصد حجمی نانوذرات با وجود تلفات لزجت، باعث کاهش انتقال گرما از دیوار به سیال می شود و میزان عدد ناسلت کاهش می یابد. همچنین با افزایش عدد هارتمن باوجود تلفات لزجت، سرعت سیال کاهش یافته و به دنبال آن زمان برای نفوذ انتقال گرما از دیوار افزایش یافته و دما افزایش می یابد و عدد ناسلت کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: جابجایی اجباری، نانوسیال، میکروکانال، تلفات لزجت، میدان مغناطیسی
  • مسعود حسن زاده *، وحید زارع صفحات 93-102
    انرژی خورشیدی بدون شک یکی از امیدبخش ترین گزینه ها برای تولید الکتریسیته و جایگزین سوخت های مرسوم است. نیروگاه های حرارتی خورشیدی با سیستم دریافت کننده ی مرکزی نسبت به سایر سیستم های متمرکزکننده ی توان خورشیدی مزیت های عمده ای دارند. برای افزایش بازده این نیروگاه ها، با توجه به بالا بودن دمای منبع گرم، می توان یک چرخه ی تولید توان مناسب استفاده کرد. بر همین اساس در کار حاضر، یک چرخه ی ترکیبی بر مبنای چرخه ی برایتون-رانکین آلی و بر اساس سیستم تولید توام توان و گرما پیشنهاد شده است. تحلیل ترمودینامیکی شامل تحلیل انرژی و اگزرژی برای چرخه پیشنهادی و محاسبات نابودی اگزرژی در هر جزء صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد که دو پارامتر دمای ورودی توربین و نسبت تمرکز بیشترین تاثیر افزایشی را بر روی بازده انرژی و اگزرژی دارند. هم چنین بیشترین میزان نابودی اگزرژی چرخه ترکیبی پیشنهادی مربوط به ریکاپراتور و کم ترین آن مربوط به پمپ های چرخه های ORC است. بر مبنای داده های ورودی، برای چرخه ی پیشنهادی، بازده قانون اول و دوم آن به ترتیب برابر 34/61 درصد و 28/73 درصد است.
    کلیدواژگان: اگزرژی، نیروگاه خورشیدی، دریافت کننده ی مرکزی، تولید توام، چرخه ی برایتون بسته
  • مسعود خزایی، رضا اسلامی فارسانی * صفحات 103-109
    چندلایه های الیاف- فلز شامل لایه های کامپوزیت و ورق های فلزات عموما سبک هم اکنون کاربرد بسیار گسترده ای در صنایع پیشرفته نظیر صنایع هوایی و هوافضایی پیدا کرده اند. با معرقی این مواد، پژوهشگران با تلفیق مزایای فلزات و کامپوزیت ها و استفاده هم زمان آنها در یک سازه ی هیبریدی، موفق شدند بر معایب فلزات و کامپوزیت ها مانند خوردگی در فلزات و مقاومت ضربه ای پایین کامپوزیت ها غلبه کنند. یکی از مهم ترین بارگذاری هایی که چندلایه های الیاف- فلز در صنعت به ویژه صنایع هوافضا با آن مواجه هستند، بارگذاری ضربه ای است. در این پژوهش تلاش شده با استفاده از خواص استثنایی آلیاژهای حافظه دار، مقاومت ضربه ی این نوع سازه را افزایش داد. بدین منظور از سیم های آلیاژ حافظه دار نیکل- تیتانیم در حد فاصل بین لایه های کامپوزیتی زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف بازالت با ورق های آلومینیوم 6061 استفاده شد. نتایج آزمایش ضربه ی سرعت بالا روی نمونه ها حاکی از این است که با جاگذاری سیم، انرژی جذب شده در نمونه و متعاقب آن مقاومت شکست به میزان قابل توجهی افزوده می شود اما افزایش تعداد سیم تاثیر چندانی در انرژی جذب شده و مقاومت به ضربه ی سازه ندارد.
    کلیدواژگان: چندلایه ی الیاف- فلز، سیم آلیاژ حافظه دار، ضربه ی سرعت بالا
  • بهنام داودی* ، مهدی سلیمانی صفحات 111-117
    از فرایندهای مختلفی نظیر ماشینکاری و نورد برای تولید رزوه استفاده می شود. با توجه به نیاز به رزوه هایی با کیفیت و استحکام بالا، فرایند پیچ زنی غلطکی مورد توجه تولید کنندگان می باشد. از دیگر مزایای فرایند، تولید بدون براده و هدر رفت ماده و نرخ تولید بالا است. بررسی خواص رزوه ها به علت هندسه ی نسبتا پیچیده و ابعاد کوچک با دشواری همراه است. با توجه به نیاز روز افزون به دقت، سرعت و بهینه سازی فرایند های تولید توجه محققان به شبیه سازی المان محدود بیشتر شده است. در این پژوهش به بررسی تجربی و شبیه سازی عددی ایجاد رزوه روی لوله از جنس فولاد ST37 پرداخته شده و به منظور بررسی بافت مواد، سختی و استحکام رزوه های ایجاد شده با فرایند پیچ زنی غلطکی آزمایش هایی طراحی و اجرا شد. سپس نتایج با نتایج شبیه سازی فرایند در کد تجاری ABAQUS و نتایج حاصل از رزوه زنی با فرایند ماشینکاری مقایسه شد. نتایج نشان داد در سختی و استحکام رزوه های تولید شده با فرایند پیچ زنی غلطکی بهبود قابل توجهی حاصل می شود و همچنین سختی این رزوه ها در مقایسه با رزوه های تولید شده با فرایند ماشینکاری بیشتر است.
    کلیدواژگان: پیچ زنی غلطکی، ماشینکاری، رزوه، بافت، ریز ساختار
  • مجتبی دهقان منشادی *، سبحان صفوی منش، ناصر زارعی صفحات 119-127
    بالستیک داخلی شامل بررسی و مطالعه فشار گازهای حاصل از احتراق است. تحلیل بالستیک داخلی می تواند مقدار خرج پرتاب، مقدار انرژی لازم آزاد شده برای حرکت گلوله، فشار وارد بر سطح داخلی گلوله، مشخصات لوله و حد تحمل لوله در مقابل فشار را مشخص کند. در مقاله پیش رو بک روش عددی جهت پیش بینی پارامترهای بالستیک داخلی از جمله فشار، دما، سرعت و نیروی اصطکاک در طول لوله سلاح پرداخته شده است. تولید شبکه در محیط گمبیت انجام شده است. با استفاده از توابع تعریف شده توسط برنامه الحاقی جهت اعمال شرایط مرزی، شبیه سازی حرکت گلوله درون لوله و در محیط نرم افزار فلوئنت صورت گرفته است و رفتار گلوله درون لوله از شروع حرکت ناشی از فشار احتراق تا زمانی که گلوله در دسترس می باشد مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به اینکه هدف نهایی در تحلیل بالستیک داخلی سرعت متناسب با برد است لذا در پژوهش حاضر عوامل موثر برای دست یابی به سرعت بهینه به طور کامل شرح داده شده است. همچنین نحوه حرکت گلوله درون لوله با استفاده از نمودارها و کانتورها نمایش داده شده است. از نتایج مهم می توان به روند صعودی و نزولی فشار و به تبع آن دما در پشت گلوله اشاره کرد. همچنین بیشینه دما در پشت گلوله و کمینه آن در نوک گلوله اتفاق افتاده است.
    کلیدواژگان: بالستیک داخلی، جنگ افزارهای بدون لگد، روش عددی، پارامترهای بالستیک داخلی
  • وحید رومی* ، مجتبی رنجبر صفحات 129-136
    شبکه هایی بسته از لوله های حاوی یک جریان پرفشار از یک سیال در بسیاری از پدیده های طبیعی و دست ساز وجود دارند. دینامیک چنین شبکه هایی به پارامترهای زیادی وابسته است. از یک سو به کنش و واکنش پیچیده بین بدنه جریان و مواد تشکیل دهنده هر یک از لوله ها و از سویی دیگر به اتصالات بین لوله ها در شبکه وابسته است. زیرا جریان در لوله های مختلف یک شبکه در نقاط اتصال بر یکدیگر اثر می گذارند. یک روش جایگزین برای توصیف شبکه خطوط جریان در دامنه زمان، نمایش چنین سیستم هایی در دامنه لاپلاس است. در این مقاله به بررسی جریان پرفشار درون یک لوله و یافتن کران بالای بهینه برای میزان فشار درون آن در هر نقطه و در هر زمان با استفاده از معادلات دیفرانسیل جزئی و حل تحلیلی آنها به وسیله تبدیلات لاپلاس می پردازیم.
    کلیدواژگان: معادلات دیفرانسیل جزئی، تبدیل لاپلاس، خط جریان
  • مصطفی زاهدزاده* ، فتح الله امی صفحات 137-145
    در بسیاری از طراحی ها برای پرنده های فضایی با موتورهای اسکرمجت از شیپوره های رمپ تک انبساطی (سرن) استفاده می شود زیرا استفاده از شیپوره سرن در نسبت های انبساط زیاد، باعث کاهش وزن شیپوره و کاهش پسای اصطکاکی شده و همچنین یک نیروی برآی اضافی تولید می نماید. هدف از این مقاله بررسی عددی جریان فرا صوت در شیپوره خروجی یک موتور اسکرمجت با استفاده از یک کد عددی فرترن می باشد. برای حل مساله از حل معادلات ناویر-استوکس استفاده شده است. معادلات حاکم بر حوزه حل، شامل معادله پایستاری جرم، معادلات مومنتوم، معادله انرژی و معادله حالت گاز کامل می باشند که برای جریان تراکم پذیر لزج دو-بعدی استفاده شده اند. برای حل عددی این معادلات از روش گام زنی زمانی یعنی شکل ناپایای معادلات ناویر-استوکس استفاده شده است. در اینجا با روش گام زنی زمانی برای حل جریان ناپایا پاسخ حالت پایا نتیجه شده است. در ادامه نتایج حاصل از کد عددی با نتایج فلوئنت و نتایج روش مشخصه ها و نتایج تجربی مقایسه شده است که این مقایسه نشان دهنده تطابق خوب نتایج حل عددی با نتایج تجربی و سایر نتایج می باشد.
    کلیدواژگان: شیپوره رمپ، موتور اسکرمجت، احتراق فرا صوت، حل عددی، ناویر استوکس
  • فرهاد سدری، علیرضا ریاسی * صفحات 147-155
    پمپ دنده ای از پرکاربردترین انواع پمپ های دورانی و جابجایی مثبت است که به دلیل ساختار ساده، ابعاد کوچک و کارایی مطمئن، به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. این پمپ ها برای تولید فشارهای بالا و یا اندازه گیری دقیق دبی سیالات به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. علیرغم مزایای فراوان، نشتی زیاد سیال در فشار های بالا، اصلی ترین نقطه ضعف این گونه از پمپ ها است؛ به همین دلیل مطالعه انواع نشتی، الگوی آن و راه های برطرف کردن آن، اهمیت به سزایی در کاهش اتلاف انرژی در این گونه پمپ ها دارد. در این تحقیق، یک پمپ دنده ای دندانه خارجی به صورت عددی، تحلیلی و آزمایشگاهی مورد مطالعه قرارگرفته است. پارامترهای مهم عملکرد پمپ نظیر نشتی، بازدهی حجمی و توان مصرفی پمپ در اختلاف فشارهای مختلف از 2 تا 60 اتمسفر به صورت تجربی اندازه گیری شده است. سپس شبیه سازی دو بعدی جریان توسط نرم افزار تجاری Fluent انجام شده و میزان نشتی، بازدهی و توان پمپ به صورت عددی محاسبه و با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. با رعایت مقادیر دقیق لقی ها، نتایج حل عددی پمپ با دقت مناسبی با نتایج آزمایشگاهی مطابقت دارد. نتایج نشان می دهد که وجود لقی مرکزی با اندازه مناسب بین چرخ دنده های پمپ و نشتی ناشی از آن، نه تنها سبب افت کارایی پمپ نمی شود، بلکه با تخلیه بخشی از روغن پرفشار حبس شده بین دندانه ها به ناحیه پرفشار خروجی، باعث افزایش بازدهی و دبی حجمی می شود.
    کلیدواژگان: پمپ دنده ای، نشتی، توان، آزمایشگاهی، عددی
  • امین شهبانی ظهیری، حسن حسن زاده، محمد محسن شاه مردان *، محمود نوروزی صفحات 157-166
    در این تحقیق، جریان اینرسی و غیر همدمای سیال ویسکوالاستیک در کانال صفحه ای متقارن با انبساط ناگهانی 1:3 شبیه سازی شده است. برای مدلسازی رفتار رئولوژیکی و پیچیده سیال ویسکوالاستیک، از رابطه ی غیر خطی مدل رئولوژیکی فن تین-تنر استفاده شده است. برای تولید جریان غیر همدما، مقادیر دما در ورودی و دیواره های کانال ثابت و متفاوت هستند. برای شبیه سازی عددی جریان غیر همدما از الگوریتم PISO استفاده شده و معادلات حاکم توسط روش حجم محدود خطی شده است. همچنین، خواص سیال ویسکوالاستیک تابع دما در نظر گرفته شده و جمله اتلافات ناشی از لزجت در معادله انرژی لحاظ شده است. هدف اصلی این تحقیق، بررسی اثرات خاصیت الاستیک، نیروی اینرسی و اتلافات ناشی از لزجت روی الگوی جریان، تغییرات فشار، ضریب افت فشار و ضریب تلفات برای جریان اینرسی و غیر همدما در بخش انبساطی کانال صفحه ای است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با افزایش عدد رینولدز در محدوده جریان آرام، الگوی جریان نامتقارنی در بخش انبساطی کانال صفحه ای (بر خلاف لوله انبساط ناگهانی) ایجاد می شود که نقش عمده ای بر توزیع و افت فشار در این بخش دارد.
    کلیدواژگان: سیال ویسکوالاستیک، ضریب افت فشار، ضریب تلفات، بخش انبساطی، کانتور فشار، جریان غیر همدما
  • مهدی ظهور *، سید میثم موسوی، امین اشرافی تفرشی صفحات 167-175
    شکل دهی الکتروهیدرولیکی یک فرایند شکل دهی ورق فلزی با سرعت بالا است که در آن دو الکترود در محفظه ای پر از آب قرار دارند و تخلیه الکتریکی با ولتاژ بالا بین آن ها، فشار بالائی جهت شکل دادن ورق ایجاد می کند. در این تحقیق جهت بررسی پارامترهای موثر در شکل دهی الکتروهیدرولیکی، آزمایش‏های تجربی گسترده ای (با استفاده از تکنیک طراحی آزمایش ها) طراحی و انجام شده است. انرژی تخلیه، فاصله الکترودها تا ورق، فاصله الکترودها از یکدیگر و قطر الکترودها به عنوان متغیرهای ورودی موثر فرایند در نظر گرفته شده اند. جهت بهبود عملکرد فرایند از نظر عمق کشش، مدل سازی و بهینه سازی به روش سطح پاسخ انجام گرفته است. با توجه به نتایج آزمایش ها می توان اظهار داشت بیشترین عمق کشش وقتی بدست می آید که انرژی تخلیه بیشینه و دو فاکتور دیگر (فاصله الکترودها تا ورق و قطر الکترودها) کمینه باشند. همچنین برای فاصله الکترودها از یکدیگر یک مقدار بهینه وجود دارد که با توجه به شرایط آزمایش تعیین می شود.
    کلیدواژگان: فرایند شکل دهی الکتروهیدرولیکی، عمق کشش، بهینه سازی، روش سطح پاسخ
  • اسلام عزت نشان * صفحات 177-185
    در مقاله حاضر، شبیه سازی عددی جریان کاویتاسیونی داخل نازل با استفاده از روش شبکه بولتزمن چندفازی به همراه مدل شان-چن انجام شده است. یک تابع پتانسیل برای مدل کردن اندرکنش ذرات سیال استفاده شده که میدان سرعت جریان را اصلاح کرده و تغییر فاز بخار-مایع همچنین اثرات کشش سطحی در فصل مشترک بین دو فاز را در جریان های کاویتاسیونی شبیه سازی می کند. معادله خطی بدست آمده در الگوریتم حاضر بر اساس روش شبکه بولتزمن به سادگی قابل حل بوده که یکی از مزیت های اصلی روش عددی حاضر در مقایسه با حل عددی معادلات غیرخطی ناویر-استوکس به همراه مدل های پیچیده کاویتاسیونی موجود است. دقت و کارآیی الگوریتم حاضر بر اساس روش شبکه بولتزمن جهت حل جریان های کاویتاسیونی با استفاده از حل جریان داخل نازل و مقایسه و ارزیابی نتایج به دست آمده با نتایج در دسترس نشان داده شده است. صحت و دقت نتایج به دست آمده در کنار سادگی گسسته سازی و حل عددی معادله حاکم در الگوریتم حاضر نشان دهنده کارآیی روش شبکه بولتزمن چندفازی برای شبیه سازی عددی جریان های کاویتاسیونی در داخل نازل است.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن چندفازي، مدل شان چن، جريان هاي کاويتاسيوني، نازل
  • سید حسن علوی هاشمی، سیدمحمدحسین سیدکاشی *، حسین امیرآبادی صفحات 187-197
    در این پژوهش شکل دهی فنجان های مربعی از ورق دولایه آلومینیوم-فولاد در فرآیند کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی با هدف بررسی پارامترهای فرآیند و تاثیر آنها بر ضخامت فنجان مطالعه شده است. نخست، با شبیه سازی اجزای محدود با نرم افزار آباکوس، مسیرهای فشار متفاوت برای شکل دهی فنجان مربعی بررسی و آزمایش های تجربی برای صحت سنجی شبیه سازی انجام شد. بر اساس نتایج مشخص شد مقادیر کمتر فشار بیشینه و سرعت سنبه ، منجر به وقوع پارگی در ناحیه تماس شعاع سنبه با ورق می گردد. همچنین در فشار ها و سرعت های بالاتر، توزیع ضخامت فنجان های مربعی به مسیر فشار وابسته است. با تعیین مسیر فشار مطلوب و اعمال آن، فنجان مربعی با نسبت کشش بالا شکل داده شد. در مرحله بعد، تاثیر پارامترهای هندسی و فرآیندی با شبیه سازی اجزای محدود در مسیر فشار مطلوب، توسط طراحی آزمایش بررسی و با روش آماری تحلیل واریانس مورد تفسیر قرار گرفت. از بین عوامل بررسی شده، اثر مستقیم شعاع نوک سنبه و اثر متقابل بین نسبت ضخامت لایه ها و جانمایی ورق، تاثیر معناداری بر حداقل ضخامت فنجان مربعی داشتند. در نهایت نیز مقادیر بهینه عوامل موثر به دست آمدند.
    کلیدواژگان: فنجان مربعی، ورق دو لایه آلومینیوم-فولاد، کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی، شبیه سازی اجزای محدود، طراحی آزمایش
  • محمد باقر علیایی، سید رضافلاحتگر * صفحات 199-208
    اصطکاک تاثیر چشمگیری در عملکرد بالستیک الیاف بافته شده دارد. در این مقاله به بررسی رفتار بالستیکی پارچه های بافته شده از جنس تارون در برابر ضربه سرعت بالای پرتابه استوانه ای پرداخته می شود. از روش عددی با استفاده از دینامیک صریح نرم افزار ABAQUS در تحلیل برخورد سرعت بالا استفاده شده است. بدین منظور برای مدل سازی الیاف آرامید از المان های جامد سه بعدی و جهت تعیین رفتار ماده، از مدل ماده VUMAT بر مبنای معیار آسیب تنش حداکثر با استفاده از کدنویسی در به زبانFortran استفاده شد. سپس با استفاده از این مدل تاثیر اصطکاک بین تار و پود بر جذب انرژی پرتابه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان می دهد مقدار تنش ها در الیاف آرامید به ضریب اصطکاک بین تار و پود بسیار حساس است. افزایش اصطکاک بین الیاف آرامید، سبب توزیع انرژی پرتابه بین تعداد بیشتری از نخ ها می گردد و این پخش انرژی باعث افزایش زمان نفوذ پرتابه در این الیاف می شود. الیاف آرامید بجز در مدل تک لایه با ضریب اصطکاک بالاتر انرژی بیشتری به نسبت الیاف با ضریب اصطکاک پایین تر جذب می کنند. در این تحقیق به منظور اعتبار سنجی مدل از آزمون های تجربی استفاده شد. ضریب همبستگی بین سرعت باقی مانده شبیه سازی المان محدود و آزمایش تجربی 94/0 می باشد که نشان دهنده ارتباط بسیار نزدیک نتایج تجربی و عددی حاضر است.
    کلیدواژگان: ضربه بالستیک، الیاف آرامید، تارون، شکست، سرعت بالا، تحلیل المان محدود، اصطکاک
  • آتنا قادری، محمدحسن کیهانی، محسن نظری * صفحات 209-218
    در این مقاله، رفتار یک حباب در سیال لزج دی الکتریک تحت اثر میدان الکتریکی یکنواخت در جریان دوفازی با استفاده از روش شبکه بولتزمن به صورت دوبعدی مدل سازی شده است. تغییر شکل حباب، بر اثر نیروی شناوری و نیروی الکتریکی ناشی از میدان الکتریکی خارجی اعمال شده، مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل مسئله یک کد کامپیوتری توسعه داده شده که شامل بخش های حل میدان جریان و میدان الکتریکی می باشد. برای اعتبارسنجی حل میدان جریان، مدل مورد نظر توسط آزمون های معروف آزمایش لاپلاس و صعود آزاد حباب مورد امتحان قرار گرفته است. به منظور اعتبارسنجی میدان الکتریکی، تغییر شکل قطره استاتیکی در اثر میدان الکتریکی با معادله دوبعدی تیلور مقایسه شده است. مقایسه نتایج تحقیق حاضر با نتایج محققان قبلی توافق خوبی دارد. تاثیر میدان الکتریکی افقی یکنواخت بر روی فرآیند صعود حباب در راستای عمود تحت نیروی گرانش با جزئیات مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که میدان الکتریکی می تواند شکل، سرعت و محل حباب را تحت تاثیر قرار داده و کنترل کند. برای تابع تمایز مثبت، سرعت صعود حباب با افزایش عدد کاپیلاری الکتریکی، کاهش می یابد در حالیکه برای تابع تمایز منفی عکس این روند مشاهده می شود. افزایش میدان الکتریکی در عدد اتووس بالاتر باعث شکسته شدن حباب برای تابع تمایز مثبت می شود. همچنین، هرچه تابع تمایز بزرگتر باشد، شکست حباب در اعداد کاپیلاری الکتریکی کوچکتر اتفاق می افتد.
    کلیدواژگان: صعود حباب، میدان الکتریکی، شبکه بولتزمن
  • عابد قسمتی، سید حسین ساداتی *، عادل قستی، یوسف عباسی صفحات 219-228
    سامانه ی کنترل پرواز بی شک یکی از بخش های با اهمیت اجسام پرنده است که وظیفه ی پایداری و دستیابی به عملکرد مناسب در اجرای فرامین را دارد. با توجه به دینامیک غیرخطی و متغیر با زمان بودن و عدم قطعیت های ساختاری و پارامتری اجسام پرنده، در کنترل پرواز رویکردهای کنترلی متنوعی در راستای رسیدن به پایداری، عملکرد مناسب و کم اثرکردن عدم قطعیت ها و خطای مدل سازی استفاده می شود. در این مقاله طراحی نرم افزار خلبان خودکار به روش کنترلگر غیرخطی وارون دینامیک برای نشست یک پهپاد در دو مرحله توسعه یافت. همچنین، با استفاده از سخت افزار DSP با پردازنده TMS320F28335، پیاده سازی و تست نرم افزار خلبان خودکار غیرخطی وارون دینامیک تا مرحله PIL زمان حقیقی صورت گرفت. نتایج شبیه سازی با معادلات غیرخطی شش درجه آزادی زمان حقیقی، عملکرد مناسب کنترل طراحی شده و تست پیاده سازی را تایید می کند.
    کلیدواژگان: نشست خودکار، فلر، وارون دینامیک غیرخطی، خلبان خودکار، زمان حقیقی
  • زهرا قهرمانی، سید محمدحسین سیادتی، علیرضا شهرابی فراهانی، حامد خسروی * صفحات 229-234
    مواد کامپوزیتی به دلیل ویژگی های منحصربه فردی ماننداستحکام ویژه و سفتی ویژه بالاکاربردهای زیادی درصنایع خودروسازی،هوافضا،حمل ونقل وهمچنین دیگر صنایع دارند.در تحقیق حاضر، به بررسی اثر افزودن نانوگرافن در مقادیر مختلف(صفر، 1/0، 2/0،3/0، 4/0 و 5/0 درصد وزنی نسبت به زمینه) بر رفتارمکانیکی کامپوزیت های زمینه اپوکسی حاوی الیاف کربن تحت بارگذاری عرضی پرداخته شده است.برای پخش نانوصفحات گرافن درون زمینه پلیمری از دو روش همزدن با سرعت بالا و اعمال امواج اولتراسونیک استفاده شد.برای ساخت نمونه های کامپوزیتی از روش لایه گذاری دستی استفاده شد و در ادامه آزمون خمش سه نقطه ای بر روی نمونه هاصورت پذیرفت.نتایج به دست آمده نشان داد که بیشترین میزان بهبود در رفتار خمشی به ازای افزودن 4/0 درصد وزنی نانوگرافن حاصل شد که در این حالت استحکام خمشی، مدول خمشی، انرژی جذب شده به ترتیب به میزان 39، 135 و47درصد نسبت به کامپوزیت های فاقد نانوگرافن، افزایش یافت. همچنین مطالعات میکروسکوپ الکترونی نشان داد که افزودن نانوصفحات گرافن تاثیر بسزایی در بهبود فصل مشترک بین الیاف کربن و زمینه اپوکسی داشته است.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت زمینه پلیمری، الیاف کربن، نانوصفحات گرافن، خواص خمشی، بررسی ریزساختاری
  • آرش گچکاران، فاطمه جدا * صفحات 235-244
    در این مطالعه از یک مدل ریاضی گذرا برای شبیه سازی یک آب شیرین کن حوضچه ای منفعل خورشیدی همراه با مواد تغییر فاز دهنده (PCM) در قسمت پایینی حوضچه استفاده شده است. به منظور تخمین آب شیرین تولیدی در یک سال، از میانگین آب تولیدی نیمه مرداد و بهمن در تهران به عنوان روزهای نمونه تابستانی و زمستانی استفاده شده است. نتایج بهینه سای به کمک الگوریتم ژنتیک نشان می دهد که هر چه جرم آب شور در داخل آب شیرین کن کمتر باشد، مقدار آب شیرین تولیدی بیشتر خواهد بود. یک ماده تغییر فاز دهنده از نوع هیدرات نمک با رسانایی گرمایی و چگالی نسبتا بالاتری از مابقی نمونه ها، به عنوان ماده تغییر فازدهنده بهینه انتخاب شد. دمای نقطه ذوب این نوع PCM مقدار 58 درجه سلسیوس است که نزدیک به بیشینه دمای است که آب شور در تابستان به آن می رسد. جرم آب، جرم ماده تغییر فازدهنده و ضخامت شیشه به ترتیب 20 ، 14/3 کیلوگرم و 2/15 میلی متر انتخاب می شود. مقدار آب شیرین تولیدی سالانه بیشینه در حالت بهینه مقدار 1632 کیلوگرم به ازای هر متر مربع از آب شیرین کن به دست آمد.
    کلیدواژگان: آب شيرين کن، مواد تغيير فاز دهنده، ذخيره سازي گرما، بهينه سازي، الگوريتم ژنتيک
  • علیرضا گل محمد پور، سید مهدی پسته ای * صفحات 245-253
    در کار حاضر به مطالعه عددی یک مبادله کن گرمایی استوانه ای پره دار قائم که با جریان لایه ای و طبیعی هوای محیط اطراف تبادل گرما می کند پرداخته شده است. در این بررسی هندسه های مختلف پره های طولی خارجی (مستطیلی، ذوزنقه ای، مثلثی) با چهار دمای متفاوت سیال ورودی لوله بررسی شده است. شبیه سازی با مدل سه بعدی و به روش حجم محدود انجام یافته است. به منظور افزایش کارایی پره انتخاب شده پارامترهای هندسی موثر مانند ضخامت، ارتفاع و تعداد پره ها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. در ادامه عملکرد مبادله کن گرمایی به ازای دبی های جرمی مختلف سیال گرم مورد ارزیابی قرار گرفته است. مقایسه نتایج کار حاضر با مدل مرجع به کار رفته افزایشی حدود 10 درصد در کارایی لوله پره دار را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: مبادلهکن گرمایی، پره طولی، انتقال گرما، جابجایی آزاد، عدد رایلی
  • مرتضی گلین رستمی، مصطفی ذکریاپور، ناصر کردانی * صفحات 255-260
    صفحات فتوولتایی انرژی تابشی خورشید را دریافت و به طور مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. هدف از این پژوهش بررسی میزان تغییرات توان و راندمان الکتریکی با استفاده از تغییر شرایط محیطی که صفحه فتوولتایی در آن محل نصب و مورد آزمایش قرار گرفته، می باشد. آزمایش در شهرکرد با ارتفاع 2045 متری انجام شده است. میزان توان و راندمان الکتریکی خروجی طی چهار روز به طور مداوم و با شرایط یکسان مقایسه شده است که سه روز در شرایط کاملا یکسان و یک روز با نصب بازتابنده آلومینیومی به ابعاد 12 مترمربع بر سطح زمین بوده است. نتیجه کلی بدین صورت است که با نصب بازتابنده آلومینیومی میزان شار تابشی انعکاسی بر دمای سطح صفحه بسیار تاثیرگذار می باشد. چنانچه بر روی صفحه عمل خنک سازی انجام شود، می توان توان الکتریکی را بالا برد. میزان راندمان زمانی که از بازتابنده آلومینیومی استفاده شده است در کمترین حالت 37/5 درصد و بیشترین حالت 11/13 درصد بوده است. درحالی که در روزهای دیگر بدون بازتابنده با شرایط یکسان، کمترین و بیشترین مقدار به ترتیب 27/11 و 99/15 درصد بوده است.
    کلیدواژگان: راندمان الکتریکی، سیستم فتوولتایی، بازتابنده آلومینیومی، شهرکرد، نتایج آزمایشگاهی
  • اسماعیل لکزیان *، آیدا استیری، علیرضا تیمورتاش، مصطفی نیازی صفحات 261-268
    هنگامی که جت عمودی سیال به یک صفحه افقی برخورد می کند، مایع بصورت شعاعی روی صفحه پخش می گردد تا اینکه در یک شعاع خاص، جریان فوق بحرانی به جریان زیر بحرانی تبدیل می شود؛ و پدیده پرش هیدرولیکی دایروی رخ می دهد. در مطالعه حاضر، این پدیده برای اولین بار با استفاده از نرم افزار اوپن فوم و روش اصلاح شده (VOF) شبیه سازی شد. تاثیر دبی جرمی و ارتفاع پایین دست بر شعاع پرش برای سیال نیوتنی (آب) و سیال غیر نیوتنی (هرشل- بالکلی) از نظر کمی و کیفی مقایسه گردید؛ اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی با استفاده از داده های آزمایشگاهی و نظریه اصلاح شده واتسون و حل تقریبی بور انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که پرش های ایجاد شده در سیال هرشل-بالکلی در مقایسه با آب شعاع کمتری دارد و نسبت به تغییرات دبی و ارتفاع پایین دست حساسیت کمتری نشان می دهد. تغییرات شعاع پرش در سیال هرشل-بالکلی با افزایش دبی و ارتفاع پایین دست کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: پرش هیدرولیکی دایروی، شعاع پرش، جت سیال، سیال هرشل- بالکلی
  • ابوالفضل لوایی یانسی، محمد علی امیری آتشگاه *، احمد کلهر صفحات 269-277
    علاقه در بکارگیری ربات های پرنده بویژه ربات پرنده چهارپره در دهه های اخیر به شدت رو به افزایش است. از آنجایی که ربات پرنده چهارپره قادر به برخاست و نشست عمودی می باشد، به طور گسترده در هر ماموریتی که حضور انسان در آنجا خطرناک است یا زمان حائز اهمیت است مورد استفاده قرار می گیرد. این پژوهش در ارتباط با طراحی یک کنترلر ردیاب برای ربات پرنده چهارپره با رویکرد جایابی قطب های معادلات دینامیکی خطا برمبنای تحقق دیفومورفیزم می باشد. برای این منظور، پس از مدل سازی دینامیکی ربات پرنده ی چهارپره توسط رابطه ی نیوتن- اویلر، فرم فضای حالت معادلات نهایی سیستم و همچنین سیگنال های کنترل استخراج می گردد. از آنجایی که خروجی باید قادر باشد خروجی مرجع هموار خود را به صورت مجانبی ردیابی کند، استراتژی پیشنهادی در این پژوهش انتقال معادلات حالت سیستم به فضای ورودی- خروجی می باشد. لذا در ابتدا کنترل پذیری خروجی سیستم و سپس تحقق دیفومورفیزم بین دو فضای حالت اصلی و فضای تبدیل یافته بررسی می گردد. سپس با فرض عدم وجود جمله نامعینی و حضور آنها، یک طراحی جایابی قطب پیشنهاد می گردد.
    کلیدواژگان: ربات پرنده چهارپره، تحقق دیفومورفیزم، روش جایابی قطب، معادلات دینامیکی خطا
  • احمد مامندی *، محسن پرویز صفحات 279-288
    در این مقاله، تحلیل رفتار کمانشورق های کامپوزیتی مستطیلی دارای گشودگی (Cutout) و بدون گشودگی تحت بارهای فشاری درون صفحه ای در حالت الاستیک خطی انجام شده است. برای بررسی تاثیر گشودگی با هندسه های مختلف شامل گشودگی دایروی، مستطیلی و ترکیبی از این دو نوع گشودگی و با توزیع گشودگی های متفاوت از نظر چیدمان (مانند ورق با یک گشودگی و بیشتر) بر روی رفتار کمانشی ورق کامپوزیتی مستطیلی از روش عددی المان محدود (FEM) استفاده شده است. در این راستا، تاثیر شرایط مرزی و نسبت طول به عرض ورق مستطیلی شکل (a/b) بر روی رفتار کمانشی ورق کامپوزیتی دارای گشودگی بررسی شده است. همچنین، تاثیر انواع متفاوت بارهای متغیر درون صفحه ای بر روی رفتار کمانشی ورق کامپوزیتی دارای گشودگی مورد تحلیل قرار گرفته است. با استفاده از روش های تحلیلی نظریه کلاسیک لایه ای (CLT) و نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول (FSDT)، رفتار کمانش ورق های کامپوزیتی بدون گشودگی بررسی و تحلیل شده است. در انتها با استفاده از روش تجربی تحلیل رفتار کمانش ورق های کامپوزیتی دارای گشودگی دایره ای و بدون گشودگی و مقایسه نتایج آزمایشگاهی با نتایج روش المان محدود انجام شده است.
    کلیدواژگان: ورق کامپوزیتی مستطیلی، بار کمانش، گشودگی، روش المان محدود، روش تحلیلی، روش تجربی
  • کامران مبینی *، محمدشهاب بلوری، مصطفی ورمزیار صفحات 289-297
    در این تحقیق انتقال حرارت جابجایی طبیعی از سطح خارجی یک استوانه عمودی با پره های طولی به هوای اطراف مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور یک مدل آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد و اندازه گیری های لازم بر روی آن انجام گرفت. همین مدل به صورت عددی نیز تحلیل گردید و در این حالت نرخ انتقال حرارت در حالات مختلف با تغییر تعداد و طول پره ها محاسبه شد. تلاش شد تا تعداد و طول پره ها به گونه ای انتخاب شود که بهترین حالت هم از نظر اقتصادی و هم از نظر حرارتی بدست آید. نتایج نشان داد که با افزایش تعداد و طول پره ها، انتقال حرارت تقریبا به طور خطی افزایش می یابد، اما مناسب ترین حالت از نظر اقتصادی و عملکردی، حالت 8 پره با طول پره 10 سانتی متر است که با صرف هزینه اندک، انتقال حرارت را نسبت به حالت بدون پره تا 5/2 برابر افزایش می دهد. به منظور تایید اعتبار مدل عددی هم از نتایج تجربی حاصل از این تحقیق و هم از نتایج تجربی محققی دیگر استفاده شد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، جابجایی طبیعی، جریان خارجی، استوانه عمودی پره دار، شبیه سازی عددی، مطالعه تجربی
  • فرزانه مجیری *، امیر سیف الدینی، مسعود مصلایی پور، علیرضا مشرقی صفحات 299-308
    در دهه های اخیر کامپوزیت های زمینه آلومینیومی به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی قابل توجه، در صنایع نظامی، اتومبیل سازی و هوافضا کاربردگسترده ای پیدا نموده اند. در این پژوهش به منظور افزایش میزان ترشوندگی و توزیع یکنواخت نانو ذرات آلومینا در داخل مذاب آلیاژ 6061، ذرات آلومینا به صورت پودرهای کامپوزیتی Al-Al2O3 حاصل از آسیاب کاری پودرهای Al و Al2O3 به مذاب اضافه شد و مخلوط حاصل توسط همزن مکانیکی هم زده شد. به منظور بررسی تاثیرکسر وزنی ذرات تقویت کننده بر خواص مکانیکی کامپوزیت، نانوذرات Al2O3 در چهار درصد وزنی 3/0، 5/0، 7/0 و 9/0 به مذاب آلیاژ اضافه گردید. نتایج حاصل نشان می دهند که با افزایش درصد وزنی ذرات آلومینا درصد تخلخل افزایش می یابد. سختی، استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی کامپوزیت ها با افزایش ذرات آلومینا تا 5/0 درصد وزنی افزایش می یابد. بهبود خواص مکانیکی را می توان به دو عامل ریزدانگی و توزیع یکنواخت ذرات در زمینه نسبت داد. با افزایش نانو ذرات آلومینا بیش از حد بهینه (5/0 درصد وزنی)، میزان تخلخل و کلوخه ای شدن ذرات در زمینه افزایش می یابد که بطور موثری انعطاف پذیری و استحکام کامپوزیت را کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت Al6061-Al2O3، ریخته گری ترکیبی، درصد وزنی ذرات تقویت کننده، خواص مکانیکی، ریزساختار
  • محمود مرادی *، احسان گلچین، علی خرم صفحات 309-317
    در این مقاله به شبیه سازی فرآیند سوراخکاری لیزر فیبری سوپر آلیاژ اینکونل 718 به ضخامت 1 میلی متر، با روش اجزاء محدود پرداخته شده است. با استفاده از روش رویه پاسخ تاثیر پارامترهای فرکانس پالس لیزر (150 تا 550 هرتز)، توان لیزر (200 تا 500 وات)، موقعیت صفحه کانونی لیزر (5/0- تا 5/0+ میلی متر) و درصد زمان روشنی پالس (30 تا 70 درصد) به عنوان متغیرهای ورودی در 5 سطح و دو پارامتر خروجی قطر ورودی سوراخ و زاویه مخروطی به عنوان پاسخ های طرح بررسی شدند. نتایج تحلیل های آماری نشان دادند که پارامترهای ورودی و خروجی دارای نسبت مستقیم هستند. با افزایش متغیرهای ورودی قطر سوراخ ورودی و زاویه مخروطی سوراخ افزایش یافت. صحه گذاری مدل توسط نتایج آزمایشگاهی فرآیند انجام پذیرفت. با استفاده از نتایج شبیه سازی و تحلیل های صورت گرفته، فرآیند سوراخکاری لیزری به کمک روش تابع مطلوبیت کل، بهینه سازی گردید. در نهایت شبیه سازی تنش های پسماند این فرآیند در حالت پارامترهای بهینه انجام شد. مقدار تنش پسماند ایجاد شده روی سطح ورق، دارای بیشترین مقدار (14/0 مگاپاسکال) می باشد و با افزایش فاصله از سطح قطعه کار، مقدار تنش پسماند کاهش یافت.
    کلیدواژگان: سوراخکاری لیزری، سوپرآلیاژ اینکونل 718، روش رویه پاسخ، روش اجزاء محدود، تنش پسماند
  • غلامرضا مرامی، محمدعلی صاییمی صدیق *، فرید وکیلی تهامی صفحات 319-327
    جوشکاری آرگون یا جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود تنگستن یکی از مهمترین روش های جوشکاری در صنعت می باشد. با توجه به اهمیت کنترل پارامترهای این فرآیند جهت جلوگیری از بروز عیوب در حین جوشکاری، در این مقاله شدت جریان، دمای پیش گرم و سرعت پیشروی به عنوان پارامترهای ورودی آزمایشات انتخاب و سپس با استفاده از روش آنالیز گری مقادیر خروجی استحکام کششی، سختی و تغییر شکل زاویه ای قطعات جوشکاری شده ناشی از تنشهای حرارتی بهینه سازی می شوند. با محاسبه نسبت، ضریب و درجه گری توسط روابط مورد استفاده، نمودار گری برای هر سطح رسم می شود. در نهایت بر اساس نمودار گری میزان تاثیر پارامترهای ورودی بر روی جوشکاری آرگون به صورت درصدی محاسبه و مقادیر بهینه عددی برای آنها و پارامترهای خروجی تعیین و سپس میزان تاثیر ورودی ها بر روی خروجی ها بدست آمد . آزمایشات عملی انجام شده بر اساس مقادیر بهینه ارائه شده در مقاله برای پارامترهای ورودی و خروجی صحت نتایج آنالیز گری را تایید می نماید.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، آنالیز گری، جوشکاری آرگون، فولاد AISI304
  • مهران مصدری *، شیدوش وکیلی پور، مهبد سیدنیا صفحات 329-338
    در این مطالعه عددی با استفاده از کد متن باز OpenFOAM، جریان هوای دو بعدی بر روی یک ایرفویل توربین باد در دوحالت ثابت و نوسانی با عدد رینولدز متوسط 400000 بررسی شده است . پره های توربین باد به علت جریان ناپایای اطراف آن در معرض حرکت های نوسانی مختلفی قرار می گیرند که حرکت پیچشی سینوسی به عنوان یکی از حرکت های پایه نیازمند بررسی دقیق می باشد تا از ایجاد بارهای وارده ناشی از پدیده واماندگی دینامیکی بر پره های توربین باد جلوگیری شود. هدف این مقاله، افزایش دقت در پیش بینی و تحلیل پیرامون پدیده های ناپایای بوجود آمده در حرکت پیچشی یک ایرفویل NACA سری 6 توربین باد در نواحی نزدیک و بعد از واماندگی استاتیکی می باشد. جهت اعتبارسنجی نتایج عددی، از داده های تجربی موجود که در اختیار نویسندگان می باشد استفاده شده است. با توجه به نتایج بدست آمده مشاهده می شود که شبیه سازی عددی با مدل سازی آشفتگی به روش k-ω-SST با تصحیح گر رینولدز پایین، دقت بالایی را در ثبت پدیده های فیزیکی موجود و درنتیجه در تخمین ضرایب آیرودینامیکی و ضریب فشار حول ایرفویل نوسانی در نواحی مختلف فراهم می آورد.
    کلیدواژگان: ایرفویل توربین باد، نوسان پیچشی، آیرودینامیک ناپایا، مکانیک سیالات محاسباتی، OpenFOAM
  • سیداحسان میرمحمدصادقی، حسین امیرآبادی * صفحات 339-349
    ماشین کاری رایج سوپرآلیاژ اینکونل 718 به دلیل ویژگی هایی چون سختی بالا و رسانایی گرمایی پایین این آلیاژ منجر به کیفیت سطح پایین و نیروهای برشی زیاد می گردد. در این پژوهش فرآیند ماشین کاری هیبریدی به کمک جت سیال پرفشار به منظور بهبود شرایط ماشین کاری این سوپرآلیاژ به کارگرفته شد.. برای دستیابی به شرایط مناسب فرآیند، کاربرد فشار جت سیال در محدوده بهینه متناسب با دیگر پارامترهای فرآیند ضروری می باشد. آزمایش ها در پنج فشار 1، 50، 100، 150 و 200 بار، سه سرعت برشی 50، 75 و 100 متربردقیقه، دو نرخ پیشروی 05/0 و 14/0 میلی متربردور و عمق برش 1 میلی متر با طراحی کامل صورت گرفت تا بررسی پارامترهای فرآیند امکان پذیر باشد. با انجام آزمایش ها نیروهای ماشین کاری و زبری سطح اندازه گیری شد. به منظور بهینه سازی چندهدفه از الگوریتم NSGA-II برای مدل های شبکه عصبی آموزش داده شده به کمک الگوریتم ژنتیک استفاده گردید و محدوده های بهینه فشار جت سیال متناسب با دیگر پارامترهای فرآیند بدست آمد. نتایج بهینه سازی چندهدفه نشان می دهد که برای نرخ پیشروی 05/0 میلی متربردور در محدوده سرعت برشی 55 تا 100 متربردقیقه، محدوده بهینه فشار جت سیال 85 تا 109 بار می باشد.
    کلیدواژگان: ماشین کاری هیبریدی، سوپرآلیاژ اینکونل 718، جت سیال پرفشار، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم ژنتیک، NSGA-II
  • ریحانه نیشاپوری *، سیامک حسین پور صفحات 351-358
    در پژوهش حاضر به بررسی تاثیر نصب پره متخلخل درون محفظه بسته مربعی جهت تسریع انتقال گرمای جابه جایی آزاد پرداخته شده است. سیستم مورد مطالعه، یک محفظه بسته مربعی می باشد که دیواره های عمودی آن یکی در دمای گرم و دیگری در دمای سرد نگه داشته شده اند و دیواره های افقی عایق هستند. پارامترهای مورد مطالعه در این پژوهش محل نصب پره متخلخل روی دیواره گرم، طول پره متخلخل، زاویه نصب پره و میزان تخلخل آن می باشد. بدین منظور از مدل سازی عددی با نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی استفاده شده است. برای مقایسه نتایج بدست آمده در هر مرحله از عدد بی بعد نوسلت استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که جاگذاری پره متخلخل روی دیواره گرم باعث افزایش عدد نوسلت نسبت به حالت پره صلب و محفظه بدون پره می شود. با توجه به نتایج بیشترین میزان انتقال گرمای زمانی حاصل می شود که پره در نزدیکی دیواره پایینی و یا در وسط دیواره گرم و با زاویه 90 درجه نصب شده باشد. همچنین نتایج نشان می دهد که افزایش طول پره متخلخل موجب افزایش میزان انتقال گرمای جابه جایی آزاد و عدد نوسلت می شود. همچنین نتایج در خصوص تاثیر میزان تخلخل بر عدد نوسلت نشان می دهد که افزایش میزان تخلخل پره متخلخل موجب افزایش عدد نوسلت و بالا رفتن آهنگ انتقال گرما می گردد.
    کلیدواژگان: انتقال گرمای جابه جایی آزاد، پره متخلخل، محفظه بسته مربعی
  • وحیده وکیلی پور، یاسر ملایی برزی * صفحات 359-366
    مازوت دارای لزجت بالایی است به طوری که در دمای محیط جاری نشده و برای جاری شدن بایستی گرم شود. یکی از راه های گرم کردن استفاده از ردیاب بخار است. در این روش لوله های بخار به قطر 4/3 یا یک اینچ به موزات لوله اصلی مازوت با باندهای مخصوص به لوله مازوت متصل می شود. به کمک تله های بخار نصب شده در فواصل مناسب، آب بخارکندانس شده جمع آوری و به مخزن کندانس باز می گردد تا بدین وسیله همواره بخار خشک در سیستم جاری باشد. در این مقاله شبیه سازی و تحلیل عددی انتقال گرما در یک سیستم ردیاب بخار نصب شده روی خطوط انتقال مازوت با نرم افزار Ansys-Fluent انجام شده است. لوله مازوت در حالتهای بدون عایق، عایقدار و عایقدار با سیستم ردیاب بخار مدلسازی و نتایج تحلیل عددی با هم مقایسه می گردد. اثر دماهای مختلف بخار عبوری از لوله ردیاب بر روی لزجت مازوت نیز بررسی می شود. با بررسی های انجام شده روی مدل های مورد مطالعه استنباط می شود درطول های کوتاه نیازی به اجرای ردیاب نیست. در ضمن استفاده از سیستم ردیاب به همراه عایق باعث ثابت ماندن دمای مازوت می شود این موضوع در مناطق سردسیر از اهمیت ویژه ای برخوردار است، افزایش دمای بخار اثر چندان موثری روی عملکرد سیستم ردیاب بخار ندارد و با افزایش دمای بخار بیش از حد مقدار موردنیاز باعث افزایش میزان اتلاف حرارتی می گردد و راندمان کل سیستم بخار کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: انتقال گرما، مازوت، ردیاب بخار، لزجت، دما، فشار
  • رامین خامدی *، سعید موحدیان صفحات 369-374
    هدف اصلی این پژوهش آزمون تجربی و مدل سازی عددی فرآیند شکل دهی استوانه برنجی CuZn30 طی سه مرحله کشش عمیق و اتوکاری دیواره و دو مرحله آنیل می باشد. به منظور تعیین شکل و اندازه دانه ها، قبل و بعد از فرآیندهای عملیات حرارتی، متالوگرافی بر روی سطح بدنه پوسته کشش و اتوکاری شده، انجام شده و طی آن تاثیر کار سختی بر تغییر استحکام تسلیم ماده مشخص شده است. مدل سازی عددی مراحل مختلف شکل دهی با روش اجزا محدود، انجام شده اند. هدف از مدل سازی عددی تعیین تاثیر پارامتر هایی مثل ضریب اصطکاک، نمای کارسختی و ناهمسانگردی ورق اولیه بر نسبت کشش حدی، نیروی وارد بر سنبه و ابعاد نهایی قطعه، می باشد. نتایج نشان می دهند که تغییر ضریب اصطکاک بر توزیع کرنش موثر تاثیرگذار است درحالی که نمای کارسختی تاثیر ناچیزی بر توزیع کرنش موثر دارد. تغییر نمای کارسختی، نیروی وارد بر سنبه کشش را تحت تاثیر قرار می دهد. برخی عیب های ایجادشده در نمونه های تجربی، طی تحلیل های نرم افزاری بررسی و علت بروز عیب ها مشخص شده و در آزمون های تجربی مورد استفاده قرار گرفتند. هندسه به دست آمده از تحلیل های نرم افزاری با آزمون های تجربی مقایسه و صحت سنجی شده اند.
    کلیدواژگان: شبیه سازی اجزا محدود، کشش عمیق، اتوکاری، کار سختی، نیروی کشش، گوش دار شدن
|
  • M. Akhlaghi *, Sh. Iranmehr Pages 1-10
    The performance of the axial flow cyclone separator known as I-Sep, with the aim of separation of gas-liquid flow of air and water is analysed. The experimental tests which have been done in collaboration with Caltec Company in Cranfield University are compared with numerical tests in different gas volume fractions and inlet flow conditions. The sensitivity analysis of simulation to the droplet size with the Eulerian model are performed and it is shown that the efficiency of the separation increases and the pressure loss decreases by increasing the droplet size. For two inlet gas volume fractions, 90% and 97.5%, the simulation was performed using Eulerian and RSM models with 10 micron diameter droplets. The simulation results for the efficiency of separation and pressure loss were in well accordance with experimental results. For GVF equals to 97.5%, optimum value is 88% for 0.799 (kg/s) of inlet mass flow rate. For GVF equals to 90%, two maximum and one minimum point can be observed.
    Keywords: Gas-liquid flow separation, Uniflow I-Sep cyclone, Eulerian multiphase model, Volume of fluid multiphase model, Turbulent RSM model
  • E. Ebrahimi Fordoei, K. Mazaheri * Pages 11-20
    The aim of present study is numerical investigation of carbon dioxide injection effect on the flameless oxy- fuel combustion. For this purpose, different subjects have been analyzed such as various regimes composed in oxy- fuel combustion, temperature distribution and heat release in different values carbon dioxide injection, minimum amount of CO2 for injection in oxidizer and maximum carbon dioxide injected into oxidizer. The counter flow diffusion flame solver used to steady and axisymmetric simulations. Also, a base condition is used with preheating temperature equal 1400K to deliver results. The obtained results show that injection of carbon dioxide into the oxidizer to reduce the maximum and mean combustion temperature. In the carbon dioxide injection over 80 percent of oxidizer mole fraction, this injection causes the maximum and average temperature reduced than air- fuel combustion with nitrogen injection into oxidizer. As well as, this results indicate that prior to achieve flameless combustion the maximum amount of carbon dioxide injectable into the oxidizer is constant and does not change by increasing of preheating temperature.
    Keywords: Carbon dioxide injection, Combustion regimes, Flameless methane- fuel combustion, Counter flow diffusion flame
  • M. Afzalian, S. A. R. Zolfaghari * Pages 21-30
    In dense occupancy spaces, providing the proper conditions especially as indoor air quality is very important. On the other hand, in most air distribution systems, the ventilation performance and energy saving parameters are greatly influenced by the arrangements of supply diffuser positions. Therefore, in this study, the effects of supply diffuser positions on thermal comfort, indoor air quality and energy consumption in an amphitheater have been investigated. For this issue, a small amphitheater with 50 occupants has been modeled under the conditions that the linear air inlet diffusers located in four situations. The results indicate that the displacement ventilation can provide the proper conditions. However, by changing the location of supply diffuser positions, IAQ and occupants comfort can be improved. For example, for the inlet diffusers are located vertically on the floor, relative ventilation effectiveness is improved about 20% and CO2concentration is decreased about10% in comparison with the other cases.
    Keywords: Displacement ventilation, Indoor air quality, Thermal comfort, Energy consumption, dense occupancy environment
  • A. Amiri Delouei *, R. Mohebbi, A.H.Kordavani Pages 31-40
    In the present study, the non-Newtonian fluid flow with the temperature-dependent viscosity over a non-isothermal square cylinder is investigated. Carreau-Yasuda model is utilized to simulate the non-Newtonian properties of the fluid. Non-Newtonian Lattice Boltzmann method, with local computing features, is used to numerical simulate of momentum and energy equations. Grid analysis and validation of results have been successfully completed. Simulations are accomplished for a wide range of parameters including Reynolds number 10< Re < 50, Non-Newtonian index 0.3< n <1, and temperature-thinning index 0< b < 0.5. Simulations show that the proposed method is able to predict the shear- and temperature-dependent properties of Carreau-Yasuda non-Newtonian fluid flow. The results show that increasing of temperature-thinning index leads to reduction and increment of the drag coefficient and Nusselt number, respectively.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Non-Newtonian Fluid, Carreau-Yasuda, Square Cylinder
  • H. Babaei *, M. Alitavoli, M. Mansouri Pages 41-45
    In this study, an analytical method based on energy balance equations has been presented to investigate the effects of rifling dimensions on the axial and angular velocities of the bullet. In this method, gun barrel has been considered as a control volume system that maximum pressure due to the detonation of explosive provides its input energy. Also, bullet velocity can be obtained using the calculation of absorbed energy terms by the system like energy due to friction between rifling and bullet along with taking into account the inner ballistic effective parameters. The obtained results of the presented model revealed that rifling twist-rate and barrel length are two important parameters which influence bullet velocity. Increasing these two effective parameters resulted in increasing bullet velocity over a particular range of values and after that has no important effect on bullet velocity. Comparison of the obtained theoretical results with previous experimental and numerical results in the literature showed a surprising agreement.
    Keywords: energy balance, rifling dimensions, maximum pressure due to detonation, Inner ballistic
  • S. A. Tavakoli Sabour, M. Hadi doolabi * Pages 47-54
    There are several methods to control an aircraft that one of them is lateral jet. The most important feature of this method is the proper operation at low dynamic pressures. In the present study, the new arrangement of side jets is experimentally by wind tunnel testing. The tests are performed on a standard model. In present scheme, two parallel jets are used at the top and two parallel jets at the bottom of the model. By this combination, pitching and rolling channels can be controlled. In the present study, pressure distribution in upstream and downstream of jet and in the middle of jets have been analyzed. To visualize the shocks, Schlieren method has also been used. The results are presented in the subsonic and supersonic flows, at positive and negative angles of attack. Reducing the pressure in midfield jets in the same position downstream of a jet and keep the pressure area at the upstream of jets are the advantages of this method. This property beside roll control increases the attractiveness of this method.
    Keywords: Standard Model, Dual Side jet, Subsonic, Supersonic, Wind Tunnel
  • R. Sameri Nedafi, A. Moazemi Goudarzi *, J. Moghimi Ghadikolaei Pages 55-61
    The current research introduces a rehabilitation active knee brace, equipped by a series elastic actuator, controlled by several patterns, each of them starts by a suitable foot situation in the walking gate. The proper condition to operate the control sub-programs is identified by referring to the signals, emitted by 4 micro-switches, which are installed into the corresponding shoe sole. An orthotics sample is made and its materialization constraints were analyzed. By planning a pilot project, the functionality of orthotic sample was evaluated in laboratory condition. The results indicates that the orthotic sample can be amplified 34 percent the maximum available torque of knee joint. In average, applying the proposed orthosis requires 46.54 W power during mentioned test conditions.
    Keywords: knee brace, series elastic actuator, walking gate, rehabilitation, active brace
  • J. Jafari Fesharaki *, S. Gh. Gadani, S. Golabi Pages 63-72
    This article examines the factors affecting the optimal model of piezoelectric actuators’ placement around a hole in a plate under tension in order to reduce stress concentration. It has been provided a stiffness ratio in which the parameters affecting piezoelectric actuators’ placement around a hole are shown. this stiffness ratio is introduced with four parameters include modulus of elasticity, thickness of the plate, thickness of the piezoelectric actuators and voltage applied to piezoelectric actuators as the parameters affecting actuators placement around the hole. In this study PSO algorithm was used to examine the optimum placement of piezoelectric actuators. Next, using particle swarm optimization algorithm, a python code is developed to specify the best pattern for actuation around the hole for effect of different parameters. Using particle swarm optimization algorithm, the area and the best location of piezoelectric patches are investigated and the optimum pattern recognition around the hole is presented. Then, the effect of increasing the area of piezoelectric patches on stress concentration reduction is investigated for all percentage area of piezoelectric patches. To analyze the results, the solution of finite element on an experiment was used.
    Keywords: Piezoelectric actuators, stress concentration, plate with a hole, particle swarm optimization
  • H. A. Jahangiri, A. Jahangiri * Pages 73-81
    In this paper a level set-based topological optimization method is developed for determining the optimized topology based on the data obtained from solving two-dimensional heat conduction problem using finite elements method. In level-set method, all structural boundaries are parameterized by a level of dynamic implicit scalar function of higher order. Moreover, Allen-Chan equation has been used to update the design variables which have advantages compared to the classic method including letting new holes to be created during the optimization process, ability of removing the re-initialization step and the numerical stability of optimization process. In the present study, the objective function is to minimize thermal power capacity. Sensitivity analysis has been investigated on several heat conduction problems to optimize the topology using level-set and finite element methods. Finally, topological optimization results obtained from 6 heat conduction problems including point thermal load, spread thermal load, nonzero specified temperature on boundaries and the combination of these 3 cases have been presented to demonstrate the validity of the proposed method.
    Keywords: Heat transfer, Topology Optimization, Level-set Method, Reaction-Diffusion equation, Sensitivity Analysis, FiniteElements
  • A. Hajatzadeh Pordanjani, A. Raisi *, B. Ghasemi Pages 83-92
    This paper performs a numerical investigation of the viscous dissipation effects on the laminar forced convection of a nanofluid within a horizontal parallel plate microchannel in the presence of a uniform magnetic field. A uniform heat flux and also a uniform magnetic field are applied to the middle section of the micochannel, while the entry and exit sections of the microchannel are thermally insulated. The finite volume method along with the SIMPLE algorithm is used to solve the governing equations. The effects of relevant parameters such as Reynolds Number, solid volume fraction, Hartman and brinkman numbers on the flow and temperature fields and the heat transfer performance of the microchannel are examined against numerical predictions. The results show that the rate of heat transfer decreases with an increase in the Brinkman number. The results also show that in the absence of viscous dissipation the increase of solid volume fraction and Hartman number enhance the heat transfer performance of the microchannel. However, these parameters play a different role in the presence of viscous dissipation.
    Keywords: Forced convection, Nanofluid, Micrichannel, Thermal dissipation, Magnetic Field
  • M. Hasanzadeh *, V. Zare Pages 93-102
    The solar energy is one of the most promising options for electricity generation to be replaced for fossil fuels. Solar thermal power plants with central receiver system have major advantages compared to the other concentrating solar power systems. To increase the efficiency of these power plants an efficient power cycle, regarding the high temperature of the heat source, can be employed. Accordingly, in the present work, a combined Brayton-ORC is proposed for co-generation of heat and power. Thermodynamic evaluation including energy and exergy analyses for the power plant is conducted. The results show that the gas turbine inlet temperature and concentration ratio have the largest incremental effect on the both energy and exergy efficiencies. The recuperator has the largest exegy destruction and exergy destructin in ORCs’ pumps is the lowest one. Based on the input data, for the proposed combined cycle, first and second law efficiencies, can reach to 61.34% and 73.28%, respectively.
    Keywords: Exergy, Solar power plants, Central receiver, Cogeneration, Closed Brayton cycle
  • M. Khazaie, R. Eslami, Farsani * Pages 103-109
    Fiber metal laminates are now very widely used in advanced industries such as the aerospace industry. After introduction of thesematerials, researchers had successfully overcome the disadvantages of metals like corrosion,composites materials such as lowimpact resistance. They combined advantages of metals,composites,used them in a hybrid structure simultaneously. One ofthe most important loading which a fiber metal laminate in aerospace industry is faced, is high velocity impact loading. In this study,it had been tried to increase impact resistance of fiber metal laminates using the exceptional properties of shape memory alloys.Therefore, nickel-titanium shape memory alloy wires are embedded between layers of basalt fiber reinforced epoxy composite andthese layers are entirely covered by two sheets of aluminum type 6061 in top,bottom. The results of high velocity impact testsindicate that by embedding wires, the energy absorbed by the sample,subsequently fracture resistance increases significantly,However, increasing the number of wires does not have significant effect on energy absorption,impact resistance of structure.
    Keywords: Fiber Metal Laminates, Shape Memory Alloy Wire, High Velocity Impact
  • B. Davoodi *, M. Soleimani Pages 111-117
    Machining and rolling processes are used to produce threads. The thread rolling process is more considered by the producers because of necessity to threads with high quality and strength in different industries. Other advantages of this process are producing without chips and wasting of material with high rate of manufacturing. Because of indicated geometry and small sizes of the threads studying on them is difficultly. As for increasing demands to accuracy, speed and optimization of manufacturing process the regard to the finite elements simulations of processes has been increased by the investigators. At this article making threads on St37 steel pipes has been done. For studying microhardness, texture of material and strength of threads made by thread rolling some tests were design and done. Then the results compared with process simulation results in ABAQUS commercial code and the results got by machining threading process. The results showed that the hardness and strength is significantly improved in the threads made by thread rolling and the hardness of these threads is higher than threads made by machining process.
    Keywords: Thread rolling, Machining, Thread, Texture, Microstructure
  • M. DehghanManshadi *, S. Safavi Manesh, N. Zarey Pages 119-127
    Internal ballistics include the study of the combustion gases pressure. In the present paper, a numerical method is proposed to predict internal ballistic parameters such as pressure, temperature, velocity and friction force along the length of the weapon tube. The grid generation is done in the Gambit environment and after writing the appropriate code The simulation of the bullet movement inside the tube has been carried out and the behavior of the bullet inside the tube is initiated from the onset of the motion due to the combustion pressure until the bullet is available. It is famous that the ultimate goal in internal ballistic analysis is to determine the relation between speed and range. Here, the factors affecting the optimal speed achievement are fully described. Also, the movement of bullets inside the tube is shown using diagrams and contours. The most important results are about the upward and downward pressure and the temperature behind the bullet. Furthermore, the maximum temperature behind the bullet and its minimum at the tip of the bullet have occurred.
    Keywords: Internal Ballistic, Recoilless weapons, Numerical methods, internal ballistic parameters
  • V. Roomi *, M. Ranjbar Pages 129-136
    Networks of closed conduits containing pressurized fluid flow occur in many different instances throughout the natural and manmade world. The dynamics of such networks are dependent not only on the complex interactions between the fluid body and the conduit material within each fluid line, but also on the coupling between different lines as they influence each other through their common junctions. The forward modeling (time-domain simulation), and inverse modeling (system parameter identification) of such systems is of great interest to many different research fields. An alternative approach to time-domain descriptions of fluid line networks is the Laplace-domain representation of these systems. In this paper we will consider a pressured fluid line, and we will find an optimized upper bound to the pressure by using Laplace transforms to solve the related differential system.
    Keywords: Partial differential equations, Laplace transform, Fluid line
  • M. Zahedzadeh *, F. Ommi Pages 137-145
    SERN (Single Expansion Ramp Nozzle) nozzles often used in many aerospace vehicles with scramjet engines. Employment of SERN nozzles results in reducing the frictional drag and weight of nozzle and also they produce extra lift. A numerical study of supersonic gas flow in SERN nozzles is presented in this paper. The Navier-Stokes equations are solved with using a FORTRAN code. The governing equations are conservation of mass, momentums, energy and state equation of perfect gas for two dimensional compressible viscose flow. Equations are solved with using time-marching method. For verification, the results of recent numerical solution are compared with experimental results and results of Fluent and results of method of characteristics (MOC) and comparisons show good agreement with experimental results and other numerical solutions.
    Keywords: SERN, Scramjet, Supersonic combustion, Numerical solution, Navier Stokes
  • F. Sedri, A. R Riasi * Pages 147-155
    Gear pump is one the most common types of static type (positive displacement) pumps with properties such as small size and safe performance. These pumps are mainly used for handling high pressure fluids and flow measuring in hydraulic systems. The most important weakness of this type of pump is high leakage in high working pressures. So, it is important to study the leakage types and the ways to eliminate them in order to decrease the amount of energy lost. In this study, an external gear pump has been studied numerically, analytically and experimentally. Using FLUENT software, the pump leakage, efficiency and power consumption are studied numerically and then have been compared with the experimental data. The numerical results have a good agreement with the experimental data. The results show that the leakage due to a suitable central clearance does not reduce the pump performance. Moreover, this clearance causes the fluid to convey from the space between gears to the high pressure outlet zone without using any decompression slots on the side bearings of the pump. As a result, the flow rate and the pump overall performance are improved.
    Keywords: Gear pump, Leakage, Power, Experimental, Numerical
  • A. Shahbani, Zahiri, H. Hassanzadeh, M. M. Shahmardan*, M. Norouzi Pages 157-166
    In this study, the inertial and non-isothermal flow of viscoelastic fluid has been simulated inside the symmetric planar channel with 1:3 sudden expansion. The non-linear form of Phan Thien-Tanner (PTT) has been used for modeling the rheological and complex behavior of the viscoelastic fluid. For creating the non-isothermal flow, temperature values are constant and different at the inlet and on the walls of the channel. To simulate the non-isothermal flow, the PISO algorithm is used and the governing equations are linearized by finite volume method (FVM). Also, fluid properties are a function of temperature and viscous dissipation term has been applied in the energy equation. The main purpose of this study is to investigate the effects of elastic property, inertial force and viscous dissipation on the flow pattern, pressure changes, pressure drop coefficient and loss coefficient for inertial and nonisothermal flow in the expanded part of the planar channel. The results of this study show that increasing the Reynolds number in the range of laminar flow creates an asymmetric flow pattern in the expanded part of the planar channel (unlike the sudden expansion pipe) which plays a major role on the distribution and drop of pressure in this part.
    Keywords: Viscoelastic fluid, pressure drop coefficient, loss coefficient, expanded part, pressure contour, non-isothermal flow
  • M. Zohoor *, S. M. Mousavi, A. Ashrafi Tafreshi Pages 167-175
    Electrohydraulic forming (EHF) is a high velocity sheet metal forming process in which two electrodes are positioned in a water filled chamber and a high-voltage discharge between the electrodes generates a high-pressure to form the sheet metal. In this work, extensive experimental tests have been designed based on design of experiments (DOE) technique to investigate the effective parameters in EHF. Discharge energy, stand-off distance, electrode gap and electrode diameter have been considered as effective input parameters. Response surface methodology (RSM) has been used to model and optimize the EHF performance with respect to drawing depth. Base on the results, it can be stated that maximum drawing depth is obtained when discharge energy is minimum and other two factors (stand-off distance and electrode diameter) are maximum. There also exists an optimum amount of electrode gap determined according to the process conditions.
    Keywords: Electrohydraulic forming process, Drawing depth, Optimization, Response surface methodology (RSM)
  • E. Ezzatneshan * Pages 177-185
    Cavitating flow through the nozzle is numerically simulated by using the multiphase lattice Boltzmann method. The pseudo-potential Shan-Chen model is used to resolve inter-particle interactions, modeling phase change between the liquid and vapor phases and imposing the surface tension at the interface. The numerical algorithm implemented is simple for programming and efficient for simulation of multiphase cavitating flows comparing to the traditional Navier-Stokes solvers with complicated cavitation models. Efficiency and accuracy of the multiphase lattice Boltzmann method with Shan-Chen model for simulation of cavitating flows through the nozzle are examined by computing the cavitation inception, growth and collapse and the results obtained are compared with the existing numerical results in the literature. The study shows that the present computational technique is robust and efficient to predict the cavitation phenomena in the geometries studied.
    Keywords: Multiphase lattice Boltzmann method, Shan-Chen model, Cavitating Flows, Nozzle
  • S. H. Alavi Hashemi, S. M. H. Seyedkashi *, H. Amirabadi Pages 187-197
    In this research, forming of Bimetal (Al/St) square cups in hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure process has been studied aiming to investigate the parameters and their effects on the thickness of cups. At first, using finite element simulations by Abaqus software, different pressure paths were tried to form the square cup, and experiments were utilized to validate the results. The results showed that lower maximum pressure and lower punch velocity lead to tearing on the sheet contact area with the punch tip. Also, they demonstrated that at higher levels of pressures and punch velocities, the wall thickness distribution of the square cups depends on the pressure path. By applying the pressure path with the desired maximum amount, the square cups with high deep drawing ratio were formed. In the next step, the effect of several important parameters in terms of the desired pressure path was investigated using design of experiments, and the results were interpreted using ANOVA. Among the studied factors, direct effect of the punch tip radius and the interaction of the layers layout and thickness ratio had a significant effect on the minimum thickness of square cups. Finally, the optimal factor values were also obtained.
    Keywords: Square cup, Bimetal Al, St sheet, Hydrodynamic Deep Drawing Assisted by Radial Pressure, Finite Element Simulation, Design of Experiments
  • M. Oliaee, S. R. Falahatgar * Pages 199-208
    It is known that friction has a significant effect in determining the ballistic impact performance of woven fabrics. In this paper the ballistic behavior of Twaron Aramid fibers fabrics against high velocity impact of a cylindrical projectile is investigated. Dynamic explicit method using ABAQUS software is utilized to analyze the high-speed impact. For this matter 3D solid elements are used and a VUMAT material model based on maximum stress damage criterion is developed by FORTRAN program. Then using this model, the effects of the friction between yarns on energy absorption of the fabric is investigated. Results indicate that the amount of stress in the fabric is highly sensitive to the friction coefficient between the warp and weft fibers. Increasing the friction between fibers, causes the projectile energy to be distributed among a larger number of threads which increases the penetration time of the projectile in the fibers. In all models, except the case with one layer fabric, higher friction coefficients cause higher energy absorption in the fabric. Moreover, experimental tests were used to validate the model in this project the results have the agreement with the Correlation coeficient determination of 0.94, which verifies the accuracy of the simulation.
    Keywords: Ballistic impact, Woven fabric, Twaron, Failure, High velocity, Finite element analysis, Friction
  • A. Ghaderi, M. H. Kayhani, M. Nazari * Pages 209-218
    The behavior of a bubble in dielectric viscous fluid under electrical field is numerically studied using the lattice Boltzmann method base on the Shan-Chen model. Deformation of the bubble is considered including the effects of buoyancy and electric forces induced from the external applied electric field. A computer code is written to solve the problem, which includes solving the flow field and electric field. To validate the results of the flow field, two tests have been employed: the free-bubble rising test and the Laplace test. In order to check the results of the electric field, the deformation of static drop under electric field is compared with two-dimensional Taylor equation. The comparison of results between present study and previous researches shows that there is a good agreement between the results. The results reveal that the electric field affects and controls the shape, velocity, and location of the bubble. For positive discriminating function, the rising bubble velocity decreases by increasing the electric capillary number, while the reverse trend is observed for negative discriminating function. In higher Eotvos numbers, the increase of electrical field causes the bubble break up for positive discriminating function. Also, larger difference function leads to bubble break up at lower electrical capillary numbers.
    Keywords: Rising bubble, electric field, Lattice Boltzmann method
  • A. Ghesmati, S. Hossein Sadati *, A. Ghesmati, Y. Abbasi Pages 219-228
    Undoubtedly, the flight control system is one of the most important parts of an aeronautical vehicles that has duty of stability and achieve good performance in execution of commands. In flight control according to nonlinear dynamics, time varying and structural and parametric uncertainties of aeronautical vehicles, various control approaches use to achieve stability, good performance and reduce the effect of the uncertainties and modeling error. In this paper, autopilot software design were developed using nonlinear dynamics inversion controller to landing a UAV in two stages. Also, with using DSP hardware and CPU TMS320F28335, nonlinear dynamics inversion autopilot software were implemented and tested to real time PIL stage. Finally, nonlinear six-degree-of-freedom simulation results at real-time, confirm proper performance of implementation.
    Keywords: Auto Landing, Flare, Nonlinear Dynamics Inversion, Autopilot, Real time
  • Z.Ghahremani, S.M.H. Siadati, A. Shahrabi, Farahani, H. Khosravi * Pages 229-234
    Composite materials due to their unique properties such as high specific strength and stiffness have gained many applications in automotive, aerospace, transportation and other industries. In this study, the effects of addinggraphene nanoplatelets (GNPs)in various weight percentages (0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5 with respect to matrix) on the flexuralbehaviorof carbon-fiber reinforced epoxy compositeswereassessed. For dispersion of GNPs into the polymer matrix, high speed mechanical stirrer andultrasonic waves were used. Hand lay-up method was used for fabricating the composites, and three-point bendtest for assessing their flexural behavior.Results demonstrated that the maximum improvement in flexural properties was obtained with the optimal amount of 0.4 wt.% of GNPs.The percent enhancements in flexural strength, flexural modulus,and energy absorptionwere 39, 135,and 47, respectively. Also, electron microscopy studies revealed that the addition ofGNPs had a great influence in improving the interfacial characteristics between the matrix and the carbon fibers.
    Keywords: Polymer nanocomposites, Carbon fibers, Graphene nanoplatelets, Flexural properties, Microscopic studies
  • A. Gachkaran, F. Joda * Pages 235-244
    Desalination of the brackish water using a passive solar still with a Phase change materials (PCMs) put under the basin liner of the distillation device is dealt with the help of transient mathematical models. To achieve an optimal system, genetic algorithm is used. In order to estimate the desalinated water in a year, the mass of fresh water in two days of midsummer (7 August) and the midwinter (4 February) was calculated as the typical days in summer and winter. It is assumed that the average amount of water produced in these two days will be repeated for all days at the year. The results showed that mass reduction of saline water is lead to Increase of desalinated water mass. A salt hydrate PCM that its thermal conductivity and density were 0.69 ୵௠.௄ and 1505 ୏୥௠య respectively was selected as the optimal PCM. This type of PCM had a higher thermal conductivity and density than other PCMs. The melting point of this type of PCM is 58°C, which is close to the maximum temperature that saline water reaches in the summer. According to considered limitations for inputs of genetic algorithms, water mass, PCM mass and thickness of the glass, 20 kg, 3.14 kg and 2.15 mm were selected respectively. The maximum amount of annual produced freshwater In optimal mode obtained 1632 kg per square meter of desalination.
    Keywords: Desalination, Heat Storage, PCM, Genetic algorithm, Optimization
  • A. R. Gholmohammad Pour, S. M. Pesteei * Pages 245-253
    In the present work a numerical study of a vertical finned tube heat exchanger in the case of laminar free convection of the ambient air flow was discussed. In this study different geometries of external longitudinal fins (rectangular, trapezoidal, and triangular) with four different temperatures of hot inlet fluid in the pipe was investigated. The simulation has been done with a three-dimensional model and finite volume method. In order to increase the efficiency of pre-selected fin, geometric parameters such as the thickness of the fin, the fin height and the number of fins have been examined and compared. Then the heat exchanger performance for different mass flow rates of hot fluid were evaluated. The result represents an effectiveness for optimal finned tube with a 10% increase compared with optimal reference model.
    Keywords: Heat Exchanger, Longitudinal fin, Heat transfer, Natural convection, Rayleigh Number
  • M Galiyan Rostami, M Zakariapour, N Kordani * Pages 255-260
    Photovoltaic panels receive, solar radiation energy, and directly converted into electrical energy. The aim of this study is to evaluate the changes in the electrical power and electrical efficiency by changing environmental condition that photovoltaic cells installed in. The experiment is done in Shahrekord, with a height of 2045 meters. The electrical output power and the efficiency over the four days continuously compared with the same condition, that, three days of this, is in a completely same condition and one day by installing a foil with the size of 12 square meters on the ground. The results show that with installing reflective foil, the radiant flux affects on the surface temperature. By cooling on the panel surface, the electrical power output is enhanced. The efficiency aluminum reflector is used when the maximum at least 5.37 % of the 13.11 percent. While on other days without reflector with the same conditions, minimum and maximum values 11.27 and 15.99 percent respectively.
    Keywords: Electrical efficiency, Photovoltaic system, Aluminum reflector, Shahrekord, Experimental results
  • E. Lakzian *, A. Estiri, A. R. Teymourtash, M. Niazi Pages 261-268
    When a vertical liquid jet impinges on a horizontal solid surface, the liquid will spread radially on screen until at a particular radius the supercritical flow converts to subcritical flow and circular hydraulic jump phenomenon occurs. In present study, this phenomenon was simulated for first time by using Open FOAM software and modified VOF method. Validation of simulation results was performed with the experimental data and the Watson's modified theory and Bohr's approximate solution. The effect of mass flow rate and downstream height were compared in terms of quality and quantity for Newtonian fluid (water) and non-Newtonian fluid (Herschel-Bulkley). The results show that the jumps associated with the Herschel-Bulkley (HB) have smaller radius in compare to water and have low sensitive to changes in flow rate and downstream height. Variation of jump radius in HB fluid decreases with increasing flow rate and downstream height.
    Keywords: Circular hydraulic jump, Radius of jump, Fluid jet, Herschel-Bulkley fluid
  • A. Lavaei Yanesi, M. A. Amiri Atashgah *, A. Kalhor Pages 269-277
    Interest in applying flying robots especially quadcopters for civil purposes has dramatically grown in the last decade. In fact, since quadcopters are capable of vertical takeoff and landing (VTOL), they can be widely employed for nearly any aerial task where a human presence is hazardous or response time is critical. This paper is concerned with a tracking control design of a quadrotor via Pole Placement Technique based on presence of a diffeomorphism. To this end, after dynamic modeling of the flying robot using Newton-Euler equations, the state space form of the acquired final model as well as the signal controls are presented. Since the main objective of this work is to track the smooth reference signals, the differential equations described the dynamics of the system, based on our proposed approach, should be transformed from the state space into input-output space. So, the output controllability of the system, as well as the presence of a diffeomorphism between two state spaces are considered, respectively. Finally, a tracking control design via Pole Placement Technique, in the presence and absence of uncertainty, is proposed.
    Keywords: Quadrotor, Diffeomorphism, Pole Placement Technique, Dynamic Equations of Errors
  • A. Mamandi *, M. Parviz Pages 279-288
    In this study, the buckling behavior of laminated composite plates with and without cutouts subjected to in-plane loading has been investigated. The composite plate with different cutout shapes is subjected to various types of in-plane compressive loads. A numerical study using finite element method (FEM) has been carried out to study the effect of various cutout shapes including circular, rectangular and combination of these two types of cutout shapes. Furthermore, the effects of plate aspect ratio, plate length/thickness (a/t), ply orientation and boundary conditions on the buckling behavior of laminated rectangular composite plates are all considered in the analysis. In order to have a basic reference in our study two analytical solutions based on CLT and FSDTmethods are also have been used to predict the buckling behavior of laminated composite plates without cutouts. An experimental method has been used to investigate the behavior of buckling loads of the composite rectangular composite plates with and without cutouts. Finally, the outcome results of the FE and experimental methods are compared.
    Keywords: Rectangular composite plate, Buckling load, Cutout, FEM, Analytical method, Experimental method
  • K. Mobini *, M. Sh. Bolouri, M.Varmazyar Pages 289-297
    In this study, natural convection from the exterior of a longitudinally finned vertical cylinder into the surrounding air was studied. For this purpose, an experimental model was designed and constructed and the necessary measurements were performed on this model. This model was also numerically simulated and in this case many different cases of fin length and fin number were studied and compared. It was tried to find the best thermal and economical case. Based on the results, heat transfer increases almost linearly with the number of fins and their lengths, but the most thermo-economically appropriate case was found to be the case of 8 fins with 10cm lengths. In this case, heat transfer would be about 2.5 times of the no-fin case at a small expense. For the purpose of verification, the numerical results were compared with the experimental results of this work and another work.
    Keywords: Heat transfer, natural convection, external flow, vertical finned cylinder, numerical simulation, experimental investigation
  • F. Mojiri *, A. Seifoddini, M. Mosalaei Pour, A. Mashreghi Pages 299-308
    Aluminum and its alloys have an ever growing demand in many industries such as aerospace, automotive due to their high strength to weight ratio and corrosion resistance. In this research, in order to improve the wettability and distribution of nano-sized Al2O3particles within the matrix with low agglomeration and to achieve the good mechanical properties, injection of the milled nano- Al2O3/Al composite powder within the molten and mechanical stirring was used. Different mass fractions of nano alumina particles up to 0/3, 0/5, 0/7 and 0/9 wt% were injected into the melt under stirring. The microstructure and mechanical properties of the fabricated nanocomposites were studied. The density measurements showed that the porosity in the composites increased with increasing the mass fraction of Al2O3 Hardness, yield and ultimate tensile strengths of the composites increased with increasing Al2O3 particles up to 0/5 wt% The increase in mechanical properties can be explained by more uniform distribution of Al2O3 in the matrix, and grain refinement. The further addition of Al2O3 particles (>0/5%) particle agglomeration and porosity were the two important factors for decreasing strength and ductility.
    Keywords: Al 6061-nano Al2O3 Composites, compo-casting, Weight fraction of Reinforcement Particles, Mechanical Properties, Microstructure
  • M. Moradi *, E. Golchin, A. Khorram Pages 309-317
    In this paper, the simulation of fiber-laser drilling process of Inconel 718 superalloy with the thickness of 1mm is investigated through the Finite Element Method. The influence of process parameters i.e. laser pulse frequency (150 to 550 Hz), laser power (200 to 500 watts), laser focal plane position (-0.5 to +0.5 mm) and the duty cycle (30 to 70%) were investigated in 5 levels and two external parameters i.e. the hole's entrance diameter and hole taper angle, were observed to be the process output responses. By performing the statistical analysis, the input and output parameters were found to have a direct relation with each other. By an increase in each of the input variables, the hole's entrance diameter and the hole taper angel increase. Verification of model was performed by experimental results. The results of the conducted simulations and statistical analyses having been used, the laser drilling process were optimized by means of the desire ability approach. Finally, residual stress simulation of this process was carried out at optimum setting. The residual stress value on the surface of sheet is maximum (0.14 MPa) and this value decreases with increasing distance from the surface of the sample.
    Keywords: Laser Drilling, Inconel 718 nickel base super alloy, Response Surface Method (RSM), Finite Element Method, Residual stress
  • Gh. Marami, M.A Saeimi Sadigh *, F. Vakili, Tahanmi Pages 319-327
    Argon or Gas-Tungsten Arc welding (GTAW) is known as an important method of joining metals in industrial applications. Due to the importance of the controlling welding-parameters to prevent any defect formation during the process; in this research, weld-current, pre-heating temperature and electrode-traveling speed are adopted as the input welding-parameters. Then, using the Grey Analysis Method, the effect of the aforementioned welding-parameters on the ultimate-strength, hardness and angular distortions of the welded joints are obtained and optimized. Grey-diagrams are plotted by calculating the Grey-ratio, Grey coefficient and Grey-degree. Finally, based on these diagrams, the effect of the welding-input variables is established in percent and the optimum values are obtained with the effect of input parameters on the output values. Experimental tests are carried out based on the optimum values for the input and output parameters to verify the results of the Grey analyses.
    Keywords: Optimization, Grey-analysis, GTAW, Steel AISI304
  • M. Masdari *, Sh. Vakilipour, M. Seyednia Pages 329-338
    Using OpenFOAM, numerical simulations of two-dimensional flow past a stationary and harmonically pitching wind turbine airfoil at a moderate value of Reynolds number (400000) have been carried out in the current study. Wind turbine blades are subject to different oscillating motions due to unsteady flow around them. Therefore, sinusoidal pitching motion as one of the basic motions in an unsteady oscillation is needed to be thoroughly investigated. This helps to reduce the loads on blades occurring due to dynamic stall phenomenon. The aim of this numerical study is to enhance the accuracy in prediction and analysis of unsteady phenomena around an oscillating NACA 6-series airfoil at near- and post-static stall regions. The experimental data possessed by the presenting authors are considered for validation. In most cases as the results demonstrate, the numerical simulation along with turbulence modelling using k-ω-SST with low-Re correction can accurately capture the physical phenomena related to unsteady pitching motion and hence, highly precise aerodynamic coefficients and pressure coefficients around the airfoil will be obtained at different stall-wise regions.
    Keywords: Wind Turbine Airfoil, Pitching Oscillation, unsteady aerodynamic, CFD, OpenFOAM
  • S. E. Mirmohammadsadeghi, H. Amirabadi * Pages 339-349
    Conventional machining of Inconel 718 superalloy due to specifications such as high hardness and low thermal conductivity, results in low surface quality and high cutting forces. In this research hybrid high pressure jet assisted machining process was employed to improve machining conditions of this superalloy. To obtain suitable conditions of process applying optimal range of jet pressure proportional to other process parameters is essential. Experiments were conducted in five jet pressures, 1, 50, 100, 150, 200 bar, three cutting speeds, 50, 75 and 100 m/min, two feed rates, 0.05 and 0.14 mm/rev, and 1 mm of depth of cut with full factorial designed to reach possibility of process parameters investigation. By executing the experiments, cutting forces and surface roughness were measured. In order to multi-objective optimization, NSGA-II was employed to artificial neural network models which were trained by genetic algorithm, and optimized jet pressure ranges proportional to other process parameters were obtained. The multi objective optimization results demonstrate that for feed rate of 0.05 mm/rev and cutting speed range of 50-100 m/min, optimal range of jet pressure is 80-109 bar.
    Keywords: Hybrid Machining, Inconel 718 Superalloy, High pressure Jet, Multi Objective Optimization, Genetic Algorithm, NSGA-II
  • R. Neishapouri *, S. Hossainpour Pages 351-358
    In the present study the effect of porous fin on increasing free convection heat transfer rate in a square enclosure is studied numerically. The left wall of the cavity, to which the fin is attached, is assumed to be kept at higher temperature while the right wall is kept at a lower temperature. In addition, the horizontal walls of the cavity were considered insulated. Various pertinent parameters were employed, such as the Rayleigh number, Darcy number, fin inclination angle, porosity, length and position of the fin. CFD method is used to solve the governing equations of this problem. The results is reported in term of Nusselt number. The results of this investigation showed that the presence of a porous fin increases the average Nusselt number on hot wall when compared with the cavity without any fin, for various lengths, positions, and inclination angle of the fin. To achieve optimum heat transfer, the present results suggests that the porous fin should be placed either close to the bottom surface or in the middle of the vertical hot surface and an angle of 90 degree. The results also demonstrate that the increase in porous fin length will result in an increase in the average Nusselt number. It is also observed that increasing the porosity of the fin will increase the average Nusselt number of the hot wall.
    Keywords: Free Convection Heat Transfer, Porous Fin, Square Enclosure
  • V. Vakilipour, Y. Mollaei Barzi * Pages 359-366
    Heavy fuel oil (Mazut) has high viscosity that doesn't flow at the ambient temperature and should be warmed up to flow. One of the fuel warming up solutions is the steam tracing system. In this method, a steam pipe with 3/4 or 1 inch diameter is installed in parallel with Mazut pipe connected with specific bounds. The condensate is collected using steam traps installed in a proper distances and returns to the condensate tank. In this paper, the heat transfer process is simulated numerically in the steam tracing system installed on the Masut pile lines using Ansys-Fluent commercial software. Mazut pipes are simulated in different conditions including the pipes without insulation, with insulation and with steam tracing & insulation, and then numerical results are compared to each other. In addition, the effects of different steam temperature on the Mazut viscosity are investigated. It is concluded that steam tracing system is not needed essentially for the short length pipes. Besides, using the steam tracing with the insulation will cause constant fuel oil temperature and this will be critical in cold ambient temperature. Moreover, increasing the steam temperature has little effect on the steam tracing system efficiency so that the higher steam temperature just leads to higher heat loss and reduces the overall efficiency of the system.
    Keywords: Heat transfer, Mazut, Steam tracing, Viscosity, temperature, pressure
  • R. Khamedi *, S. Movahedian Pages 369-374
    The main objective of this study is experimental tests and numerical modeling of forming and annealing processes of CuZn30 brass cylinder. In order to determine the grain size and shape, before and after heat treatment processes, metallography is conducted on the surface of the cylinder and during that, the impact of work hardening to change of the material yield strength, specified. Numerical Modelling of forming stages, have been conducted with the finite element method. The purpose of numerical simulation is to determine the effects of parameters such as friction coefficient, work hardening and anisotropic properties of primary sheet metal on limiting drawing ratio, force exerted on the drawing punch and final geometry. The results show that the friction coefficient have influence on the effective strain distribution, while work hardening exponent have little effect. Force exerted on the drawing punch is affected by changing the work hardening exponent. Some defects are caused in experimental samples, was analyzed by finite element method and the causes of appearing defects identified and were used in experimental tests. On the end, geometries obtained using simulations have been compared and verified with experimental tests. The output results show good agreement with experimental tests.
    Keywords: Finite element simulation, Deep drawing, Ironing, Work hardening, Drawing force, Earing