فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاهم شماره 6 (بهمن و اسفند 1397)
  • سال پنجاهم شماره 6 (بهمن و اسفند 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/12/01
  • تعداد عناوین: 19
|
  • محمدحسن شجاعی فرد*، غلام رضا مولایی منش، علی یارمحمدی، سینا چنگیزیان صفحات 1159-1173
    امروزه عملکرد سیستم تهویه مطبوع خودرو به عنوان یکی از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر آسایش و راحتی سرنشینان خودرو، بیش از پیش مورد توجه میباشد. در این مطالعه، یک مدل عددی حرارتی گذرا برای چرخه تبرید و کابین اولین محصول مبتنی بر پلتفرم ملی خودرو توسعه داده شده و ارائه گردیده است. بدین منظور، هر یک از اجزای چرخه تبرید مدل سازی شده است. در گام بعدی، بارهای حرارتی وارد بر کابین خودرو محاسبه شده و همچنین بار حرارتی ناشی از تابش خورشید برای تمامی نقاط کشور و تمامی ساعات روز در نظر گرفته شده است. مدل پیشنهادی برای بررسی خنک کنندگی سیستم تهویه مطبوع اولین محصول مبتنی بر پلتفرم ملی خودرو استفاده شده است. همچنین، برای تحلیل ترمودینامیکی مبدل های حرارتی به کار رفته در مدل، از روش ε-NTUاستفاده شده است. مدل ارائهشده در این مقاله می تواند به عنوان یک ابزار موثر در زمینه مهندسی به کمک رایانه جهت تجزیه و تحلیل عملکرد سیستمهای تهویه مطبوع سایر خودروها استفاده گردد. در انتها، مقدار 5/239 کیلووات بار حرارتی وارد شده به کابین خودرو به دست آمد. همچنین مشخص گردید که سیستم تهویه مطبوع توانایی رساندن دمای کابین خودرو را از 60درجه سانتیگراد به 25درجه سانتیگراد ظرف مدت 25دقیقه داراست.
    کلیدواژگان: سیستم تهویه مطبوع، مدل حرارتی، مدل عددی گذرا، آسایش حرارتی، پلتفرم ملی خودرو
  • سید محمد هوشمند، فرزین داودی، علی فوادالدینی، سیدعلی رضا ذوالفقاری*، حسن حسن زاده صفحات 1175-1183
    دراستخرهای سرپوشیده به علت حضور گسترده افراد با شرایط متفاوت، طراحی سیستم تهویه مطبوع که توانایی ایجاد شرایط آسایش حرارتی برای اکثریت افراد حاضر را داشته باشد اهمیت پیدا می کند. افراد حاضر دراستخر از نظر شرایط بدنی و جنسیت با یکدیگر تفاوت داشته و نیاز است تا تاثیر این عوامل بر آسایش حرارتی افراد بررسی شود. بر این اساس، در این تحقیق با استفاده از مدل آسایش حرارتی انفرادی سه نقطه ای به ارزیابی تاثیر عوامل فردی بر احساس حرارتی افراد حاضر در یکاستخر شنای سرپوشیده پرداخته شده است. نتایج حاکی از آن است که زنان در مقایسه با مردان نسبت به شرایط سرما حساس ترند. علاوه بر این، نتایج نشان می دهد که شاخص توده بدنی نیز تاثیر قابل ملاحظه ای بر احساس حرارتی افراد دارد. به طوری که افراد لاغر در مقایسه با افراد دارای سلامت وزنی احساس حرارتی سردتر و افراد دارای اضافه وزن دارای احساس گرم تر هستند. بر اساس نتایج به دست آمده، با تغییر شاخص توده بدنی افراد، شاخص احساس حرارتی افراد می تواند تا نزدیک به 0/4واحد تغییر کند که این امر در ارزیابی آسایش حرارتی بسیار قابل توجه است.
    کلیدواژگان: تهویه مطبوع، استخر شنای سرپوشیده، آسایش حرارتی، مدل سه نقطه ای انفرادی
  • رامین کمالی مقدم* صفحات 1185-1197
    در تحقیق حاضر، برای شبیه سازی تغییرات زمانی ساختارهای منسجم جریان آشفته و صرفه جویی زمان محاسبات، نرم افزاری با استفاده از رهیافت آشفتگی گذرای متوسط گیری رینولدز معادلات ناویر-استوکس توسعه یافته و از آن برای شبیه سازی عددی جت برخوردی در جریان خروجی نازل، تعیین دقیق ساختار جریان و میزان انحراف بردار تراست استفاده شده است. از آنجاکه نرم افزار توسعه یافته به روش گذرای متوسط گیری رینولدز معادلات ناویر-استوکس قابلیت استخراج فیزیک جریان های وابسته به زمان را دارد، از اینرو، در این مقاله برای بررسی قابلیت کد و اثر جت های برخوردی پالسی در کیفیت جریان خروجی نازل و میزان تغییر در بردار تراست، به تحلیل جت های پالسی با فرکانس های 100 ،50و 200هرتز پرداخته شده است. ابتدا اعتبارسنجی نتایج با مقایسه داده های تجربی صورت گرفته، سپس نحوه تغییرات و شکل گیری جت عرضی و تاثیر آن بر میدان جریان، توزیع فشار روی سطح نازل در فرکانس های پالسی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله، روابط حاکم بر رهیافت گذرای متوسط گیری رینولدز معادلات ناویر-استوکس تشریح و همچنین گام زمانی و شرایط مرزی بکاررفته نیز ارائه گردیده است. گسسته سازی معادلات به روش حجم محدود صورت گرفته و برای بهبود دقت محاسبات، از شبکه بندی چندبلوکی باسازمان استفاده شده است.
    کلیدواژگان: جریان ناپایا، مدل آشفتگی یورنس، جت عرضی پالسی، بردار تراست نازل
  • ناصر حاضری محمل، یونس شکاری*، علی طیبی صفحات 1199-1212
    در تحقیق حاضر، انتقال حرارت جابجایی مختلط در حفره ی پر شده از نانوسیال غیرنیوتنی با استفاده از مدل دوفازی مخلوط شبیه سازی شده است. نانوسیال آب- مس در این مسئله از خود رفتار سیالات رقیق شونده ی برشی را نشان می دهد. تاثیر رفتار غیرنیوتنی سیال با استفاده از مدل قانون توانی برای مقادیر مختلف شاخص قانون توانی بررسی شده است. پس از اعمال معادلات حاکم و مدل های مورد نظر در کد محاسباتی، اعتبارسنجی آن با شبیه سازی مسئله در حالت های سیال نیوتنی و غیرنیوتنی و مقایسه نتایج با کار دیگر محققین صورت پذیرفته است. پس از آن، شبیه سازی مسئله مورد نظر برای عدد ریچاردسون 0/001تا ،1شاخص قانون توانی 0/2تا 1و کسر حجمی نانوذرات صفر تا 0/09صورت پذیرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که افزایش عدد ریچاردسون سبب کاهش انتقال حرارت می گردد. در تمامی اعداد ریچاردسون با کاهش شاخص قانون توانی، عدد ناسلت میانگین کاهش می یابد. با افزایش کسر حجمی از صفر تا 0/09در شاخص قانون توانی ،0/2 عدد ناسلت میانگین برای ریچاردسون 0/001در حدود % 15/75و برای ریچاردسون 1در حدود % 17/32افزایش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: نانوسیال، سیال غیرنیوتنی، مدل دوفازی مخلوط، مدل قانون توانی
  • سامرا دولتی، نیما امانی فرد، حامد محدث دیلمی* صفحات 1213-1227
    در مطالعه حاضر، تاثیر محرک پلاسما بر میدان های جریان و دما در روش خنک کاری لای های بر روی یک صفحه تخت از طریق سوراخ تزریق لایه گستر به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. جریان سه بعدی، آشفته، غیرقابل تراکم و پایدار درنظر گرفته شده و شبیه سازی های عددی با استفاده از شبکه سازمان یافته و غیریکنواخت، با بکارگیری مدل آشفتگی کی - اپسیلون رینولدز پایین انجام شده است. به منظور اعتبارسنجی، نتایج عددی حاضر با نتایج تجربی و عددی مقایسه شده که از تطابق مناسبی برخوردار می باشد. سپس تاثیر پارامترهای مختلف جریانی و الکتریکی در حضور پلاسما بررسی شده است. در ادامه، با زاویه تزریق، نسبت طول به قطر سوراخ تزریق و نسبت چگالی ثابت، بررسی در مقادیر مختلف نسبت دمش 0/5 ،0/25 و ،1ولتاژهای ورودی 16 ،0و 24 کیلوولت و سرعت های مختلف ورودی 9 ،4/5و 45متر برثانیه انجام شده است. مطابق نتایج، سوراخ تزریق لایه گستر نسبت به استوانه ای به دلیل گسترش جانبی اثرات بهتری بر خنک کاری لایه ای می گذارد. تاثیر محرک پلاسما بر کارآیی خنک کاری لایه ای در نسبت دمش و سرعت های پایین، بیشتر و با افزایش ولتاژ اعمالی نیز زیاد می شود. بنابراین حالت بهینه جهت ارتقای راندمان خنک کاری، در شرایط ولتاژهای بالاتر و نسبت دمش و سرعت های پایین تر می باشد.
    کلیدواژگان: خنک کاری لایه ای، محرک پلاسما، سوراخ تزریق لایه گستر، بررسی عددی
  • امیرحسین هادی پور، مهران رجبی زرگرآبادی* صفحات 1229-1236
    هدف از این تحقیق بررسی تجربی جریان و انتقال حرارت جت برخوردی دایروی به سطح مقعر نامتقارن است. به این منظور از یک سطح نامتقارن استوانه ای با دو شعاع انحنای 8 و 12سانتیمتر استفاده شده است. روی سطح مقعر، با استفاده از گرمکن سیلیکونی انعطاف پذیر شار حرارتی ثابت با توان 2000وات بر متر مربع اعمال شده است. مقادیر دما روی سطح مقعر با استفاده از دوربین مادون قرمز اندازه گیری و ثبت شده است. توزیع عدد ناسلت سطح نامتقارن با مقادیر ناسلت سطوح متقارن با شعاع های انحنای 8و 12سانتی متر مقایسه شده است. بررسی های تجربی انتقال حرارت جت برخوردی به سطح مقعر نامتقارن در سه عدد رینولدز 35000 ،23000و 50000 و سه فاصله نسبی جت از سطح برخورد 4 ،2 و 6 انجام شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که در سطع مقعر نامقارن، سطح با شعاع انحنای 8 سانتیمتر عدد ناسلت بیشتری در مقایسه با سطح با شعاع انحنای 12سانتیمتر دارد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که در سطح نامتقارن، توزیع عدد ناسلت در راستای انحنای سطح، نامتقارن و در راستای محوری متقارن است. همچنین، با کاهش فاصله جت از سطح برخورد عدد ناسلت در سراسر سطح نامتقارن افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: سطح مقعر نامتقارن، جت برخوردی، عدد ناسلت، انتقال حرارت
  • قنبرعلی شیخ زاده*، مجتبی سپهرنیا، محمد رضایی، مهدی ملامهدی صفحات 1237-1249
    انتقال حرارت جابه جایی طبیعی نانوسیال آب- اکسیدآلومینیوم با خواص متغیر در جریان آشفته درون یک محفظه مربعی با منابع حرارتی گرم و سرد برجسته روی دیواره های عمودی آن به صورت عددی بررسی شده است. لزجت سیال پایه، ضریب هدایت حرارتی و لزجت نانوسیال تابع دما و کسر حجمی نانوذرات می باشند. معادلات حاکم در حالت دو بعدی با استفاده از روش حجم محدود بر مبنای المان محدود گسسته سازی شده اند و معیار همگرایی در آنها 10-6می باشد. برای مدل سازی آشفتگی نیز از مدل k-w-SST استفاده شده است. بر اساس نتایج، مشاهده می شود که تغییر محل قرارگیری منبع گرم و سرد روی دیواره ها و عدد رایلی باعث تغییر الگوی خطوط جریان و هم دما می شوند. در اعداد رایلی 107و 108عدد ناسلت متوسط با افزایش کسر حجمی نانوذرات تا 1درصد افزایش و سپس کاهش می یابد. برای بعضی از حالت ها عدد ناسلت متوسط نانوسیال نسبت به سیال پایه کمتر می باشد و لذا در هندسه مذکور، به کارگیری نانوسیال برای افزایش انتقال حرارت در این حالت ها مطلوب نمی باشد. به ازای هر دو عدد رایلی 107و ،108کمترین و بیشترین مقدار عدد ناسلت متوسط به ترتیب برای حالت های بالا- پایین و پایین-پایین رخ می دهد.
    کلیدواژگان: نانوسیال، مطالعه عددی، جابه جایی آزاد، خواص متغیر، جریان آشفته
  • موسی محمدپورفرد*، مرتضی رستمی دیباور صفحات 1251-1263
    اخیرا سیستم های جدید ذخیره سازی انرژی با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده مورد توجه زیادی قرار گرفته اند، زیرا این مواد در هنگام تغیر فاز، می توانند انرژی را در دمای ثابت جذب و آزاد کنند. با توجه به این ویژگی، آنها به طور گستردهای در سیستم های انرژی استفاده می شود. در این مطالعه، تاثیر اعمال میدان مغناطیسی غیر یکنواخت با گرادیان های مثبت و منفی بر روی انتقال حرارت و پیشروی جبهه انجماد و ذوب نانوسیال مغناطیس شونده فاقد هدایت الکتریکی بعنوان یک ماده تغییر فاز دهنده در یک محفظه چهارگوش در حضور میدان های مغناطیسی مختلف به صورت عددی با استفاده از مدل تک فازی همگن و روش حجم محدود، مورد بررسی قرار گرفته است. در کار حاضر برای تحلیل فرآیند انجماد و ذوب مواد تغییر فاز دهنده بهبود یافته با نانوذرات (که در مطالعه حاضر از نانوذرات اکسید آهن استفاده شده است،). از روش آنتالپی- تخلخل استفاده شده است. با توجه به نتایج بدست آمده، نانوذرات و اعمال میدان مغناطیسی باعث سرعت بخشیدن به فرآیندهای ذوب و انجماد می شود. میدان مغناطیسی با گرادیان منفی در جهت محور عمودی، در هر دو حالت انجماد و ذوب بیشترین تاثیر را در پیشروی سریع جبهه انجماد و ذوب و در نتیجه کوتاه تر شدن زمان این فرآیند دارد.
    کلیدواژگان: پیشروی ذوب و انجماد، مدل تکفازی همگن، روش آنتالپی- تخلخل، میدان مغناطیسی غیر یکنواخت
  • محمدمصطفی نمار، امید جهانیان* صفحات 1265-1275
    امروزه موتورهای اشتعال تراکمی مخلوط همگن، اندیشه ای نوین برای کاهش مصرف سوخت و آلاینده های تولیدی موتور محسوب می شوند. به همین علت بررسی های گوناگونی در این زمینه انجام شده است. مهم ترین مشکل برای انبوه سازی این موتورها در صنعت، دشواری کنترل احتراق در آنها است. برخی از متغیرهای موتور بر احتراق و عملکرد آن تاثیر بسزایی دارند. بررسی این متغیرها در یک الگوی تک ناحیه ای، شدت تاثیر هر یک از آنها بر عملکرد موتور را به طور کیفی مشخص می کند. در این مقاله یک مدل تک ناحیه ای با در نظر گرفتن سینتیک مفصل شیمیایی در محیط برنامه نویسی نرم افزار متلب ایجاد و پس از واسنجی، تاثیر متغیرهایی نظیر فشار و دمای مخلوط ورودی، نسبت هم ارزی، مقدار گازهای برگشتی، رطوبت نسبی و دور موتور بر زمان شروع و طول دوره احتراق به دقت بررسی شد. سوخت موتور در این بررسی متان بوده و زمان شروع احتراق، لحظه ای در نظر گرفته شده که 5درصد سوخت موجود مصرف شده است. در نهایت از برازش نتایج حاصل از شبیه سازی، رابطه ای برای زمان شروع و طول دوره احتراق با تکیه بر اصول مدل سازی روش مقدار متوسط به منظور استفاده در مدل های کنترل گرا ارائه شده است. همچنین مقدار میانگین مشتق سوم فشار بر حسب درجه لنگ در لحظه شروع احتراق برای موتور مورد نظر گزارش شده که یکی از مهمترین معیارهای تعیین زمان شروع احتراق در کاربردهای کنترلی است.
    کلیدواژگان: اشتعال تراکمی مخلوط همگن، مدل سازی تک ناحیه ای، سینتیک مفصل شیمیایی، زمان شروع احتراق، گازهای برگشتی
  • علی سعیدی*، رضا جلالی مهرآباد صفحات 1277-1288
    تحقیقات پیشین نشان دهنده نقش بارز افزودن دوده در بهبود تابش شعله سوخت گاز طبیعی است؛ اما اثر این افزودنی بر تولید آلاینده ها و همچنین روند واکنش احتراق متان کمتر مورد توجه بوده است. پژوهش حاضر با استفاده از مکانیزیم GRI3.0 و در شرایط صفر بعدی توسط کدهای کانترا به بررسی سینتیکی اثر افزودن دوده با فرض حالت گازی بر واکنش های زنجیرهای احتراق متان و کسر مولی آلاینده ها و گونه های میانی احتراق متان می پردازد. همچنین افزودن محصولات احتراق ناقص متان به عنوان راهکاری برای کنترل آلاینده ها مورد ارزیابی سینتیکی قرارگرفته است. نتایج دقت قابل قبول استفاده از مدل صفر بعدی و مکانیزم GRI3.0 با فرض رفتاری گازی برای ذرات دوده برای ذرات با قطر کمتر از 25میکرون را نشان می دهد. تحلیل سینتیکی حاکی است افزودن دوده با فرض حالت گازی با افزایش نرخ تولید رادیکال های فعال در احتراق موجب تولید بیشتر آلاینده COشده و با افزایش نسبی دما موجب رشد کسر مولی آلاینده NOخواهد شد. از طرفی افزودن محصولات احتراق ناقص باعث کاهش تولید آلاینده COشده و دمای احتراق را نیز می کاهد. بر این اساس می توان به منظور افزایش تابش شعله و همچنین کنترل آلاینده ها ترکیبی از افزودنی کربن و محصولات احتراق ناقص را به احتراق متان اضافه نمود.
    کلیدواژگان: گاز طبیعی، دوده، سینتیک شیمیایی، احتراق
  • نعیم مهرجوی بزی نسب، سمیرا پایان* صفحات 1289-1301
    در بسیاری از مواقع اثر تابش داخل محفظه های شامل جابجایی، در نظر گرفته نمی شود اما به دلیل کاربرد تابش در بسیاری از صنایع مانند طراحی راکتورهای هسته ای، کوره ها، خنک کننده های الکتریکی و کلکتورهای خورشیدی این موضوع نیاز به بررسی دارد. در این مقاله، انتقال حرارت جابجایی ترکیبی-تابش با یک سطح متحرک از محفظه مربعی با جریان آرام و محیط خاکستری جذب کننده، صادرکننده و منحرف شونده با انحراف ایزوتروپیک به روش حجم محدود حل شده است. اثر انحراف و اثر ضریب صدور دیوار سرد بر روی انتقال حرارت، خطوط جریان و خطوط دما مورد بررسی قرارگرفته است. تمام دیواره ها به جز دیواره سمت راست، سیاه در نظر گرفته شده است. مسئله تابش به روش طول های مجزا حل شده و ضریب جذب برابر 0/1 ثابت فرض شده است. در مسئله جابجایی به دلیل همبستگی میدان سرعت و فشار از روش سیمپلر و برای جداسازی متغیرها از روش توان پیرو استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که اگرچه انحراف بر روی خطوط جریان و دمای محیط تاثیر چشمگیری ندارد، اما باعث کاهش شار حرارتی دیواره در نتیجه کاهش شار تابشی شده است. تفاوت عمده در تاثیر انعکاس سطوح و انحراف محیط، بر روی توزیع دما در مرکز محفظه و بدور از سطوح است که با وجود تغییر انعکاس بسیار مشهود است. همچنین تاثیر بیشتر انحراف محیط بر روی عدد ناسلت تابش و جابجایی محلی سطح عایق پایین نشان داده شده است، که حاکی از سرمایش سطح عایق با افزایش انحراف محیط در یک ضریب جذب ثابت آن است.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجایی ترکیبی، تابش محیط تاثیرگذار، روش طول های مجزا، محفظه مربعی
  • محمد امین طالبی زاده، ابراهیم جهانشاهی جواران*، محمد رهنما صفحات 1303-1317
    متمرکز کننده با نقطه کانونی ثابت شفلر در نقاط مختلف جهان در کاربرد های خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. این متمرکز کننده دارای قاب بیضوی شکلی است و بنوعی طراحی شده است که میتواند با چرخش مناسب در طول سال، نقطه ی کانونی ثابتی داشته باشد. در این پژوهش، اصول طراحی و ساخت متمرکز کننده ایستاده شفلر به مساحت 2/7 مترمربع ارائه می شود. بدین منظور، متمرکز کننده و دریافت کننده ی آن به کمک نرم افزار سالیدورکز طراحی شدند. متمرکز کننده ساخته شده در روزهای مختلف و تحت شرایط متفاوت، مورد آزمایش قرارگرفت و راندمان حرارتی آن محاسبه گردید. نتایج نشان داد که متمرکز کننده با مساحت 2/7مترمربعی قادر خواهد بود که تا 9/82برابر تابش دریافتی در سطح افق را در نقطه ی کانونی، تابش فراهم کند. علاوه بر این، نتایج آزمایشات نشانگر آن هستند که متمرکز کننده قادر خواهد بود 12لیتر آب را در مدتزمان کمتر از 2ساعت در حالتی که دریافت کننده از رنگ مشکی و پوشش شیشه ای برخوردار است به نقطه ی جوش برساند. در این حالت راندمان حرارتی % 37می باشد. در نهایت، از متمرکز کننده ایستاده جهت تامین گرمایش 100لیتر آب نیز استفاده گردید و توانست دمای این مقدار آب را به 60درجه سلسیوس برساند.
    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، متمرکز کننده شفلر، دریافت کننده، تعقیب کننده، نقطه ی کانونی ثابت
  • امیر صداقت کیش، سیدسعید مرتضوی* صفحات 1319-1332
    جوشش فیلمی کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف از جمله در مبدل های حرارتی دارد. شبیه سازی این پدیده جهت مطالعه انتقال حرارت مخصوصا روی هندسه های پیچیده برای پیش بینی رشد و حرکت حباب های بخار حاصل از آن اهمیت بسیاری در صنایع دارد. برای ردگیری مرز مشترک فازهای مایع و بخار از روش ردیابی جبهه استفاده شده است. در این روش با در نظر گرفتن تعدادی نقاط و المان های متصل به هم، مرز مشترک دو فاز مایع و بخار ساخته می شود. توسط این روش، جوشش فیلمی روی دو یا چندین استوانه شبیه سازی شده است. همچنین تاثیرات فاصله، زاویه و قطر برای دو استوانه مطالعه شده است. برای تعداد زیادی استوانه، تاثیرات آرایش های هندسی ساده و جابه جا شده و تعداد ردیف ها بررسی شده است و عدد ناسلت روی هر یک از استوانه ها به دست آمده است. فاصله بین دو استوانه تاثیر چندانی روی عدد ناسلت برای استوانه بالایی ندارد. در حالی که زاویه و قطر برای دو استوانه تاثیر قابل ملاحظه ای روی عدد ناسلت برای استوانه بالایی دارد. در آرایش ساده برای چند استوانه، عدد ناسلت برای استوانه های بالایی تقریبا یکنواخت است و بیشتر از استوانه های پایینی است. در آرایش جابه جا شده، عدد ناسلت در استوانه های بالایی متفاوت بوده و یکنواخت نیست و مقدار آن نسبت به آرایش ساده بیشتر است.
    کلیدواژگان: جوشش فیلمی، روش ردیابی جبهه، هندسه های پیچیده، انتقال حرارت
  • سید احسان شکیب*، مجید عمیدپور، محمد مصطفی غفوریان صفحات 1333-1349
    پژوهش حاضر به منظور شناخت ترکیب بهینه ی آب شیرین کن های تبخیری چند مرحله ای با تراکم گرمایی بخار و اسمز معکوس و سیکل توربین گاز انجام شده است. در گام نخست، مدلی جامع برای بخش های مختلف سیکل توسعه یافته و سپس با استفاده از روش ترمواکونومیک وضعیت اقتصادی سیستم مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا شش چیدمان برای ترکیب واحد اسمز معکوس با آب شیرین کن تبخیری چند مرحله ای تعریف شد و دو رویکرد در بهینه سازی مورد توجه قرار گرفت. در رویکرد اول تولید آب شیرین آب شیرین کن تبخیری چند مرحله ای ثابت و در مقدار 70000متر مکعب در روز نگهداشته می شود و تولید آب شیرین کن اسمز معکوس به صورت کسری از آن و در مقادیر % 75% ،50و % 100از تولید آب شیرین کن تبخیری چند مرحله ای در نظر گرفته می شود. در حالی که در رویکرد دوم تولید آب شیرین کن آب شیرین کن تبخیری چند مرحله ای ثابت نبوده و به منظور دستیابی به یک ارزیابی جامع و مطالعه بهتر، قیود مساله بر تولید کل آب شیرین اعمال می گردد. نتایج نشان می دهد که چیدمان اولین بالاترین راندمان اگزرژی و کمترین قیمت آب شیرین را داراست.
    کلیدواژگان: آب شیرین کن تبخیری چند مرحله ای، آب شیرین کن اسمز معکوس، بهینه سازی
  • طاهره ذوقی، شاهرخ شاه حسینی*، کمال نصرتی صفحات 1351-1359
    به علت بازده انرژی پایین خشک کن های صنعتی، فرآیند خشک کردن مصرف انرژی بالایی دارد. بنابراین مدل سازی ریاضی و شبیه سازی خشک کن ها در جهت بهینه سازی و طراحی خشک کن های جدید ضروری است. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی خشک کن بسترسیال با جریان متقاطع طراحی جدید از این خشک کن ها ارزیابی قرارگرفته است. یک مدل ریاضی برای پیش بینی دما و رطوبت جامد و همچنین دما و رطوبت گاز خروجی مورداستفاده قرار گرفت. نتایج شبیه سازی این فرایند با استفاده از نتایج تجربی یک واحد نیمه صنعتی مورد ارزیابی قرار گرفت. ارزیابی مدل حاکی از آن است که مدل با دقت خوبی رفتار سیستم را پیش بینی می نماید. بنابراین از محیط شبیه سازی به وجود آمده برای بررسی یک طرح جدید از خشک کن بسترسیال 3طبقه استفاده شد. نتایج این شبیه سازی نشان می دهد که با درصد رطوبت جامد ورودی 0/32و سایر شرایط مشابه، درصد رطوبت خروجی جامد در حالت تک محفظه 0/19و در حالت چند محفظه 0/13می باشد که حاکی از آن است که این طرح جدید می تواند درصد رطوبت جامد را % 50بیشتر کاهش دهد که به معنی استفاده بهتر از هوای داغ و از آن طریق کاهش مصرف انرژی می باشد.
    کلیدواژگان: خشک کن جریان متقاطع، خشک کن بستر سیال چند طبقه، صرفه جویی مصرق انرژی، مدلسازی دینامیک، پراکندگی محوری
  • مهدی شکوری، علیرضا نورپور*، سودابه گلزاری، محمد ضامن صفحات 1361-1374
    در این مقاله شبیه سازی انرژی سیستم فتوولتائیک حرارتی آب خنک با استفاده از توسعه کد در نرم افزار متلب انجام شده است. آرایش سیستم به صورت کلکتور ورق و لوله مارپیچ است. مدل ارائه شده در این مقاله با داده های تجربی اعتبار سنجی شده و در ادامه عملکرد کلی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. سپس برای تحلیل عملکرد انرژی سیستم شبیه سازی شده از تحلیل پارامتری استفاده شده است. بر این اساس تغییرات بازده کلی انرژی و افت فشار با تغییر دبی سیال خنک کن، فاصله بین لوله ها و قطر لوله ها بررسی شده است. با بررسی نمودارهای تحلیلی در حالت های مختلف، می توان محدوده پارامترهای کنترلی و عملکردی را ارزیابی نمود و بر اساس آن خروجی مورد انتظار را در یک چارچوب منطقی به دست آورد. این نوع تحلیل یک گام مهم به منظور طراحی کاربردی سیستم خواهد بود و بر اساس آن می توان در شرایط اقلیمی مختلف، طراحی بهینه سیستم از دیدگاه بهبود بازدهی انرژی را تطبیق داد. نتایج نشان می دهد عملکرد سیستم فتوولتائیک حرارتی با دبی جرمی 0/016کیلوگرم بر ثانیه و با لوله هایی به قطر خارجی 1سانتیمتر و با فاصله 7تا 11سانتیمتر از یکدیگر بهینه است.
    کلیدواژگان: سیستم فتوولتائیک حرارتی آب خنک، تحلیل انرژی، تحلیل پارامتری، بهبود بازده انرژی
  • امید شهریاری زنگنه، فرامرز سرحدی* صفحات 1375-1387
    در پژوهش حاضر به بررسی عملکرد سیستم تبرید جذبی تک اثره لیتیوم برماید-آب متصل به گردآورنده های فتوولتائیک حرارتی پرداخته شده است. اجزاء اصلی سیستم شامل ژنراتور گرما، اواپراتور، کندانسور، جذب کننده، مبدل حرارتی، پمپ، شیرهای انبساط و گردآورنده های PV/T می باشد. معادلات حاکم بر مسئله توسط نوشتن بقای جرم، غلظت و قانون اول ترمودینامیک برای اجزاء سیستم به دست آمده است و به صورت عددی حل شده است. اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی با داده های تجربی پژوهش های گذشته انجام شده است. نتایج نشان می دهد که یک تعداد مطلوبی برای گردآورنده های PV/T وجود دارد که مقدار آن 50عدد با مساحت سطح کل 5/38مترمربع می باشد و می تواند یک بار سرمایشی در حدود 5کیلووات را تامین نماید. در انتها تاثیر پارامترهای مختلف عملکردی بر ضریب عملکرد روزانه سیکل تبرید خورشیدی بررسی شده است. افزایش دمای ژنراتور گرما، دمای کندانسور و دمای جذب کننده باعث کاهش ضریب عملکرد روزانه سیستم تبرید خورشیدی می شود. در حالی که افزایش دمای اواپراتور افزایش ضریب عملکرد روزانه سیستم تبرید خورشیدی را به دنبال دارد. استفاده از گردآورنده های PV/Tعلاوه بر تامین حرارت ورودی مورد نیاز در ژنراتور گرما می تواند توان مصرفی پمپاژ در سیکل ترکیبی و توان الکتریکی اضافه جهت سایر مصارف در اختیار گذارد.
    کلیدواژگان: سیستم تبرید جذبی خورشیدی، سیکل تک اثره لیتیوم برماید-آب، تحلیل انرژی، گردآورنده فتوولتائیک حرارتی، ضریب عملکرد
  • سید عبدالمهدی هاشمی*، سروش صدری پور، محمد استاجلو صفحات 1389-1402
    در تحقیق حاضر، با انجام آزمایشهای تجربی، تحقیقات میدانی و محاسبات تحلیلی، ابتدا برآورد دقیقی از بازده انرژیو اگزرژی و همچنین تلفات انرژی و مصرف سوخت انواع مختلف تنورهای دستپز پخت نانهای سنتی مسطح انجام می شود وسپس راهکارهای کاربردی برای کاهش مصرف سوخت این نانوایی ها ارائه میشود. طبق نتایج، بازده انرژی تنورهای سنگک،بربری و تافتون بسیار پایین و بهترتیب در حدود % 12% ،21و % 5است. همچنین تحلیل اگزرژی نشان میدهد که در موردتمام نانوایی ها، انرژی تلفشده از دودکش تنور از لحاظ ترمودینامیکی کیفیت بازیافت بالایی ندارد و سهم اصلی تلفات اگزرژیدر این واحدها مربوط به احتراق سوخت و تلفات حرارتی از جداره های تنور است. نتایج نشان میدهند که با انجام عایقکاریبرای تنورهای نانوایی میتوان تا حدود % 65تلفات حرارتی از جداره ها را کاهش داد. همچنین مشخص شد که با کاهش مقدارهوای اضافی ورودی به مشعل تا % ،5میتوان تلفات حرارتی در اثر هوای اضافی را بیش از % 90کاهش داد. در نهایت مشخصشد که با انجام راهکارهای فوق، میتوان بازده انرژی و اگزرژی تنورهای نانوایی سنگک، بربری و تافتون را افزایش و مصرفسالیانه گاز طبیعی را برای این واحدها، بهترتیب در حدود % 66% ،58و % 82کاهش داد
    کلیدواژگان: مطالعه تجربی و تحلیلی، نان مسطح، انرژی، اگزرژی، کاهش مصرف سوخت
  • محمدرضا عصاری*، رضا نصیری، احمد علی پور صفحات 1403-1409
    کاربرد سیستم ذخیره انرژی حرارتی با استفاده از گرمای نهان ذوب مواد تغییر فاز دهنده یکی از روش های موثر و کارآمد برای ذخیره انرژی در آبگرمکن های خورشیدی است. این مقاله مربوط به پژوهشی تجربی است که در هفته اول شهریور سال 93در دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول انجام شده است. در این پژوهش ابتدا دو مبدل حرارتی دو لوله ای خارج از مرکز با خروج از مرکزهای متفاوت ساخته شده است و هر کدام به صورت مجزا در مدار یک سیستم آبگرمکن خورشیدی اجباری(پمپی) قرار گرفته اند که این سیستم خود شامل یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت و یک مخزن ذخیره و یک پمپ گردش دهنده آب گرم است. از میان لوله داخلی این مبدل، آبی که توسط کلکتور خورشیدی گرم می شد عبور می کرد در حالی که در پوسته این مبدل پارافین واکس به عنوان ماده تغییر فاز دهنده که به آن نانوذرات اکسید مس برای افزایش ضریب هدایت حرارتی اضافه شده بود قرار داشت. در این مقاله به بررسی تجربی تاثیر نانوذرات اکسید مس و همچنین اثر خارج از مرکز بودن بر فرایند شارژ پارافین واکس به عنوان ماده تغییر فاز دهنده و همچنین ذخیره انرژی در اثر تغییر این دو پارامتر پرداخت شده است. نتایج تجربی نشان داد که در مبدل حرارتی با خروج از مرکز 1اینچ حاوی پارافین واکس با 3درصد نانوذرات، 1 درصد نانوذرات و بدون نانوذرات به ترتیب پارافین واکس در ساعات 16:20 ،15:20 ،14:20به نقطه ذوب رسیده است و مبدل حرارتی با خروج از مرکز 1اینچ در مقایسه با مبدل حرارتی با خروج از مرکز 0/5اینچ که هر دو حاوی پارافین واکس با 3درصد نانوذرات بودند به ترتیب در ساعات 14:20و 15:40به نقطه ذوب پارافین واکس رسیدند. در واقع می توان گفت که با پایین آوردن لوله داخلی مبدل حرارتی و افزودن نانوذرات، می توان فرایند ذوب شدن(شارژ) پارافین واکس و همچنین ذخیره انرژی حرارتی و کارایی مبدل حرارتی را به صورت قابل ملاحظه ای بهبود بخشید.
    کلیدواژگان: ماده تغییرفاز دهنده ی نانو، فرایند شارژ، مبدل خارج از مرکز، آبگرمکن خورشیدی، ذخیره انرژی
|
  • M. H. Shojaeefard *, G. R. Molaeimanesh, A. Yarmohammadi, S. Changizian Pages 1159-1173
    Nowadays, a lot of efforts have been spent to develop effective automotive air conditioning systems due to their critical role in passengers comfort. In this study, a transient numerical thermal model has been developed for the first produced vehicle based on the national vehicle platform. At first, each component of the refrigeration cycle is modeled. In the next step, thermal loads for the vehicle’s cabin are calculated along with the solar load at every location of Iran and every hour of the day. The proposed model is used for thermal analysis of the heating, ventilation and air conditioning performance of the first produced vehicle based on the national platform. Also, for thermal analysis of the heat exchangers which are used in the model, ε-NTU method has been used. The proposed model can be an effective computer-aided engineering tool for analyzing the performance of automotive the heating, ventilation and air conditioning systems. Finally, the amount of 5.239 kW thermal load acting on the vehicle cabin is calculated. Also, results indicate that the proposed model can reduce the vehicle cabin temperature from 60 °C to 25 °C within 25 minutes.
    Keywords: Heating, Ventilation, air conditioning, thermal model, transient numerical model, Thermal comfort, National vehicle platform
  • M. Hooshmand, F. Davoodi, A. Foadaddini, S. A. Zolfaghari *, H. Hasanzadeh Pages 1175-1183
    In the indoor swimming pools, due to the presence of people with different individual characteristics, it is important to design an air conditioning system which can provide thermal comfort conditions for the occupants. Since the differences in the persons’ individual parameters such as gender and body composition, it is required to study the effect of these parameters on the thermal comfort in swimming pools. On the other hand, the location of the air inlet diffuser is one of the effective factors affecting the thermal comfort conditions. In this study, by using the individual 3-node thermal comfort model, the effect of individual parameters on the thermal sensation of people in an indoor swimming pool has been evaluated. The results show that women are more sensitive than men to the cold conditions. In addition, it can be seen that BMI has a significant impact on people thermal sensation. So, thin people are colder thermal sensation than those with healthy physical fitness, and overweight people have a warmer sensation. Based on the results, with the change in body mass index, the index of the thermal sensation can change up to 0.4 units. This is very important in the evaluation of thermal comfort.
    Keywords: air conditioning, Indoor swimming pool, Thermal comfort, Individual 3-node model
  • R. Kamali Moghadam * Pages 1185-1197
    In the present study, a software has been developed using the unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes method to simulate time variation of turbulence coherent structure and reduce computational cost and it is used for numerical simulation of a jet in the cross nozzle flow, accurate determination of the flow structure and nozzle fluidic thrust vectoring. Since this software can capture time dependent physics, in this paper, its capability has been investigated in the simulation of pulse jet in nozzle cross flow and variation of the fluidic thrust vectoring for three frequencies, 50, 100, and 200 Hz. Firstly, software validation has been performed by comparison the results with some experimental data, next, variation of jet in cross flow and its effect on the exhaust flow field and nozzle surface pressure distribution have been studied. Governing equation on the unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes algorithm has been explained and time step and applied boundary conditions have been presented. The Finite volume approach has been used for numerical discretization and the advection upstream splitting method has been utilized for flux computing. Also, to improve the solution accuracy, the multi-block grid and 2nd order monotonic upwind scheme for conservation laws method have been applied and to reduce computational time, the open multi-processing parallel approach has been used.
    Keywords: Unsteady flow, URANS turbulence model, Pulsing cross jet, Nozzle thrust vectoring
  • N. Hazeri, Mahmel, Y. Shekari *, A. Tayebi Pages 1199-1212
    : In the present research, the problem of mixed convection flow of a non-Newtonian nanofluid in a lid-driven cavity is simulated using a two-phase mixture model. Nanofluid of water-copper in this problem shows a shear-thinning behavior. To study the effects of non-Newtonian fluid with power-law model on the amount of heat transfer, various power-law indices are considered. After applying the governing equations and related models in the computational code, its validation is done by simulating the problem with Newtonian and non-Newtonian fluid behavior and comparing the results with those of other researchers. Afterwards, simulation of the problem is accomplished for the Richardson numbers of 0.001-1 and power-law indices of 0.2-1 while the volume fraction of nanoparticles alters from 0 to 0.09. The obtained results show that the increase in Richardson number decreases the amount of heat transfer. For all Richardson number decrease in the power law index leads to a decrease in the average Nusselt number. Variation of volume fraction from 0 to 0.09 at the power law index of 0.2 leads to an approximate increase of 15.75% and 17.32% in the average Nusselt number for Ri=0.001 and 1, respectively.
    Keywords: Nanofluid, Non-Newtonian fluid, Two-phase mixture model, Power law model
  • S. Dolati, N. Amanifard, H. Mohaddes Deylami * Pages 1213-1227
    In the present study, the effects of plasma actuator on the flow and thermal fields of the film cooling through a single row of inclined fan-shaped hole over a flat plate model have been investigated. Numerical simulations have been conducted for analyzing incompressible, turbulent and steady fluid flow. Simulations were implemented using non uniform structured grid and Low- Re k-ε turbulence model. The present computed results have been compared with the numerical and experimental results and it can be seen that the gained film cooling effectiveness distributions on the flat plate agree very well with them. Then, at constant degree injection angle, length-to-diameter ratio and density ratio, investigation has been implemented, with different blowing ratios of 0.25, 0.5 and 1, applied voltages of 0, 16 and 24kV and different velocities of 4.5, 9 and 45m/s. Based on the results, fan-shaped injection hole creates better film cooling performance. And also, the effect of plasma actuator on film cooling effectiveness is better at lower blowing ratios and this improvement becomes more obvious at higher applied voltages. Also, its performance is better in low velocities. Finally, the best situation for improvement of effectiveness is in higher voltages, lower blowing ratios and low velocities.
    Keywords: Film cooling, Plasma actuator, Fan-Shaped Hole, Numerical investigation
  • A. Hadipour, M. Rajabi Zargarabadi * Pages 1229-1236
    This study is an experimental effort to investigate the heat transfer from the asymmetry concave surface. For this purpose, an asymmetric cylindrical surface with curvature radiuses of 8 and 12 cm has been considered. Constant heat flux of 2000 W/m2 is applied on the concave surface using a silicon rubber heater mat. In the steady-state condition, the temperature distribution of the concave surface is measured with an infrared camera. The asymmetric distribution of Nusselt number is compared with two symmetrical concave surfaces with curvature radiuses of the 8 cm and 12 cm. In this study, the effects of jet Reynolds number and jet to surface distance on Nusselt number distribution are investigated. The study of asymmetric flow and heat transfer in symmetric and asymmetry surfaces have been carried out for three Reynolds numbers of 23000, 35000 and 50000 and three jet-to-plate distance of 2, 4 and 6. Results show that the concave surface with the curvature radius of 8 cm has more values of Nusselt number distributions in comparison to the surface with the curvature radius of 12 cm. The present results confirm that the Nu distribution is asymmetry along the S axis. In the axial direction, symmetry distribution is observed for the Nusselt number. Also, by reducing the distance of jet from the surface the Nusselt number increases across the asymmetric concave surface.
    Keywords: heat transfer, Asymmetrical concave surface, Impinging jet, Nusselt number
  • G. A. Sheikhzadeh *, M. Sepehrnia, M. Rezaie, M. Mollamahdi Pages 1237-1249
    Natural convection heat transfer of Al2O3-water nanofluid with variable properties in the turbulent flow inside a cavity with a heat source and heat sink on the vertical walls is studied numerically. Base fluid viscosity, thermal conductivity, and viscosity of nanofluids, are a function of temperature and volume fraction. The governing equations in the two-dimensional space are discretized using the control volume method. Turbulence computations are performed using the k-w-SST model. The results show that change in the placement of heat source and heat sink and Raleigh number have the effect on streamlines and isotherms. For Rayleigh numbers 107 and 108, the Nusselt number increases with increasing volume fraction of nanoparticles to 1%, and then decreases with increasing volume fraction of nanoparticles. Also, for some cases it is observed that the Nusselt number of nanofluids is less than the base fluid and therefore in these cases using nanofluids for enhanced heat transfer is not proposed. For Rayleigh numbers 107 and 108, the least Nusselt number occurs in top-bottom case, and the most Nusselt number occurs in bottom – bottom case.
    Keywords: Nanofluid, Numerical study, Natural convection, Variation Property, Turbulence
  • M. Mohammadpourfard *, M. Rostami Dibavar Pages 1251-1263
    Developing new energy storage systems using Phase Change Materials (PCMs) have been recently attracted considerable interest, since these materials during phase transition, could absorb and release energy at a constant temperature. Due to this feature, they are widely used in energy systems. In this investigation, the effects of applying nonuniform magnetic field with negative and positive gradients on the heat transfer and also on the development of solidification and melting processes of a non-electrical conductive magnetic nano-fluid as a PCM in an enclosure in the presence of different magnetic fields have been studied numerically using single phase homogenous model and control volume technique. In the present study, the enthalpy-porosity method has been used for analyzing the solidification and melting process of phase change materials enhanced with nanoparticles (in this study Fe3O4 nanoparticles have been used). The obtained results show using nanoparticles and applying magnetic fields increase the development of solidification and melting processes. Due to heat transfer through vertical walls, the effect of the magnetic field with positive and negative gradients only in the y-axis direction has been investigated. Since the magnetic field is applied only to the mushy zone, a magnetic field with a negative gradient in the vertical axis direction will have the greatest effect on the progression of the solidification and melting process so that the time of these processes will be decreased.
    Keywords: Melting, Solidification Development, Single Phase Homogenous Model, Enthalpy-Porosity Method, Non-uniform Magnetic Field
  • M.M. Namar, O. Jahanian * Pages 1265-1275
    In recent years, homogeneous charge compression ignition engines are a promising idea to reduce emissions and fuel consumption of internal combustion engines. Thus many researchers and industries have focused on this topic. Combustion phasing control is the main problem in the mentioned engines’ commercialization. There are some key parameters affecting the combustion characteristics. A single zone thermodynamic model can investigate these effects numerically. In this paper, a single zone thermodynamic model is developed and validated with experimental data. The developed model includes detailed chemical kinetics. This model is used to study the effects of inlet temperature and pressure, equivalence ratio, exhaust gas recirculation rate, inlet air humidity and engine speed on the start of combustion and its duration. The fuel was pure methane and the start of combustion is defined at a crank angle where 5% of the fuel is consumed. As a result, an interpolated relation was introduced to be used in control-oriented models. The third derivation of pressure due to crank angle is either calculated as the most important start of the combustion indicator in control utilization. The results show the proper accuracy of the model and the introduced relations. The effect of inlet air humidity on the start of combustion is negligible.
    Keywords: Homogeneous charge compression ignition engine, Single-Zone Modeling, Detailed Chemical Kinetics, Start of Combustion, Exhaust gas recirculation
  • A. Saeedi *, R. Jalali Mehrabad Pages 1277-1288
    The previous researches show the great effect of soot on natural gas flame radiation. The addition of soot into methane flame is widely proposed by the researchers as a good method to enhance radiation from non-luminous flames. But the effect of adding soot on the chain reactions of methane combustion and NO & CO emission have been not reviewed. The present study investigates the effects of adding gaseous soot on the progress of natural gas combustion and NO & CO emission in the zero-dimensional zone by means of GRI 3.0 mechanism in the Cantera python package. Also, methane incomplete combustion products are considered as an additive to control the pollutants. The results indicate that the addition of gaseous soot into natural-gas flame leads to increase in adiabatic temperature, the rate of decomposition reactions of fuel and brings more CO and NO production. In the other hand, the addition of methane-air incomplete combustion products into natural gas reaction cause to reduce CO production and decrease in the adiabatic flame temperature. So, in order to enhance radiation of methane flame and pollutants reduction the additive that composed of of gaseous soot and methane-air incomplete combustion can be used.
    Keywords: natural gas, soot, chemical kinetics, Combustion
  • N. Mehrjoy, S. Payan * Pages 1289-1301
    In most cases, the effect of radiation is not taken into account in enclosures in which convection is taking place. However, this needs to be addressed given the many applications of radiation, including nuclear reactor design, furnaces, electrical coolers, and solar collectors. The combined convection-radiation heat transfer on the moving surface of a square enclosure with laminar flow and gray surfaces, absorber, emitter, and radiation isotropic scattering was solved by the finite volume method. The effects of scattering and emissivity of the cold wall on heat transfer, streamlines, and isothermal lines were investigated. All walls were assumed to be black surfaces except for the one on right. The radiation problem was solved by the discrete ordinates method and the absorption coefficient was assumed to be fixed at 0.1. The SIMPLER method was employed in the convection problem given the correlation of velocity and pressure fields, while the power law method was used to investigate the significance of convection and diffusion terms. The results showed although scattering does not significantly affect streamlines and ambient temperature, it reduces the heat flux through the wall thus lowering the radiation flux. The major difference in surface reflection and scattering is in the temperature distribution at the center of the enclosure away from the surface which is evident despite the change in reflection. Moreover, the greater influence of scattering on local radiation and convection Nusselt number on the lower insulation surface was shown, suggesting the cooling of the insulation surface with changing of scattering at a fixed absorption coefficient.
    Keywords: Combined convection, participating media, Discrete-Ordinates Method, Square enclosure
  • M. A. Talebizadeh, E. Jahanshahi Javaran *, M. Rahnama Pages 1303-1317
    Scheffler fixed focus concentrator is used for domestic and industrial applications in various parts of the world. This concentrator has an elliptical frame and designed in such a way that can provide fixed focus during a year with proper rotation. In this research, design and manufacturing principles of a Scheffler standing concentrator with an area of 2.7 m2 is presented. To this end, concentrator and its receivers were designed using Solidworks software.. Thermal efficiency of a manufactured concentrator was obtained from its operation for many days with different conditions. The results show that a concentrator with an area of 2.7 m2 can provide incident radiation up to 9.82 times that on the horizontal surface at the focal point. In addition, results of the experiment show that this concentrator can provide enough heat for boiling of 12 liters of water in less than 2 hours. A thermal efficiency of 37% was obtained for a receiver with surface of black color and glass cover. Finally, the standing concentrator was used to heat 100 lit of water resulting in an increase of water temperature to 60 °C.
    Keywords: Solar Energy, Scheffler concentrator, Receiver, Tracker, Fixed focal point
  • A. Sedaghatkish, S. Mortazavi * Pages 1319-1332
    Film boiling has various industrial applications, especially in heat exchangers. Studying this phenomenon on complex geometries and investigating heat transfer coefficient is desired by many industries. The numerical method used here is a finite difference/ front tracking method which is developed independently for film boiling in complex geometries. The film boiling over two or more cylinders is simulated using this method. The effects of spacing, angle, and diameter are investigated for two cylinders. For the case with many cylinders, the effects of different geometrical configurations (regular and staggered) and the number of rows are investigated by calculating the average Nusselt number on each cylinder. It is observed that the cylinder spacing does not have any significant effect on the Nusselt number for the upper cylinder. However, the angle and cylinder diameter significantly affect the Nusselt number for the upper cylinder. In the regular configuration, the Nusselt numbers for the upper cylinders are relatively uniform and higher than lower cylinders. In the staggered configuration, however, the Nusselt numbers of the upper cylinders are different, non-uniform, and higher than those of the simple geometry.
    Keywords: film boiling, Front tracking method, complex geometries, heat transfer
  • S.E. Shakib *, M. Amidpour, M.M. Ghafoorian Pages 1333-1349
    The present study aimed to recognize the optimized configuration of hybrid multiple effect evaporation and reverse osmosis desalination and gas turbine cycle. To achieve this goal, first, a thermodynamic and thermoeconomic model was developed for different parts of the cycle. Six configuration for hybrid desalination plant were. In fact, one of the important goals of the present study was to investigate whether the integration of hybrid desalination plants is useful from thermodynamic and economical points of view. Two approaches were considered in the optimization study. In the first approach, the water production of multiple effect evaporation desalination plant was fixed at 70000 m3/ day and the capacity of reverse osmosis desalination was considered as 50%, 75% and 100% of thermal desalination capacity. In the second approach, the water production of multiple effect evaporation desalination plant was not fixed but the total production rate of hybrid desalination plant were given at 105000, 122500 and 140000 m3/day. The final conclusion showed that the first configuration could be chosen as the best one because it had the maximum value of exergy efficiency and minimum value of cost of water in both first and second optimization approaches.
    Keywords: Multiple effect evaporation desalination system, Reverse osmosis system, optimization
  • T. Zoghi, S. Shahhoseini *, K. Nosrati Pages 1351-1359
    Drying process demands high power consumption due to the low efficiency of this process in the industries. Therefore, modeling and simulation of dryers in order to optimize them and to design more efficient dryers is necessary. In this research, a cross-flow fluidized bed dryer has been simulated in order to evaluate a new design of the dryer. A mathematical model has been used to predict outlet solid moisture and temperature as well as outlet air humidity and temperature of a single story fluidized bed. The simulation results were evaluated using the experimental data of a pilot cross flow fluidize bed dryer. The comparison showed that the model can reasonably predict the process. Therefore, the simulation was used to investigate a new design of three story dryer (three sequential single story dryers). The simulation results showed while inlet solid moisture was 0.32 and outlet solid moisture for the single-story dryer was 0.19, in the same conditions, outlet solid moisture for the three-story dryer was 0.13. This means the new design can reduce solid moisture by 50 percent more, indicating the better use of hot air and subsequently more energy saving.
    Keywords: cross flow dryer, multistory fluidized bed dryer, energy saving, Dynamic modeling, axial dispersion
  • M. Shakoori, A. Noorpoor *, S. Golzari, M. Zamen Pages 1361-1374
    In this paper computerized simulation of water-cooled photovoltaic/thermal system has been investigated. The configuration of the selected system was a plate and spiral tube type. Energy simulation was done through code development in MATLAB software. The proposed model has been validated with practical data. Thereafter, overall performance of the system has been evaluated. Afterwards, parametric analysis was done in order to compare the effect of the variation of operational parameters on thermal and electrical energy efficiencies. To cover this aim, variation of overall efficiency and pressure drop have been investigated versus variation of water flow rate and the distance between tubes as well as the diameter of tubes. According to the results of simulation and analytical studies, the expected output can be specified logically with evaluation of operational and performance parameters. This procedure is a key step which should be considered for the optimal design of the system in different weather conditions considering energy efficiency improvements. According to the results of this research, for the simulated photovoltaic/thermal system following values shows the optimum amounts: water flow rate of 0.016 kg/s, the outer diameter of the water side pipe 1 cm and the distance between pipes in a range of 7 to 11 cm.
    Keywords: Water cooled photovoltaic, thermal system, energy analysis, Parametric analysis, Energy efficiency improvement
  • O. Shahryari Zanganeh, F. Sarhaddi * Pages 1375-1387
    In present research, the performance evaluation of a single effect (LiBr-H2O) absorption cooling system connected to photovoltaic thermal collectors is carried out. The main components of the system include generator, evaporator, condenser, absorber, heat exchanger, pump, expansion valves and photovoltaic thermal collectors. The governing equations of the problem are obtained by writing the mass balance, concentration balance and the first law of thermodynamics for the components of the system and it is solved numerically. The validation of simulation results has been carried out with the experimental data of the previous studies. The results show that there is a desired number for photovoltaic thermal collectors which is 50 number with total area 38.5 m2. It can supply a 5 kW cooling load. Finally, the effect of various operating parameters on the daily coefficient of performance of the system has been investigated. The increase of temperature of generator, condenser and absorber increases the daily coefficient of performance of the system, while the increase of evaporator temperature decreases the daily coefficient of performance of the system. The usage of PV/T collectors besides the supply of inlet heat of generator can provide the consumed pumping power through the system and additional electrical power for other applications.
    Keywords: Solar absorption cooling system, Single effect (LiBr-H2O) cycle, energy analysis, Photovoltaic thermal collector, Coefficient of performance
  • S. Abdolmehdi Hashemi *, S. Sadripour, M. Estajloo Pages 1389-1402
    In this study by experimental measurements and mathematical methods, the energy and exergy efficiencies, wasting energies and fuel consumptions of different traditional flatbreads bakeries are obtained. The knowledge about these parameters can pave the way to find useful solutions for reducing energy consumptions in bakeries. Based on obtained results, the energy efficiencies of Sangak, Barbari and Taftun bakeries are about 21%, 12% and 5%, respectively. On the other side, the exergy analyzes for these bakeries illustrate that thermo-dynamical quality of wasted energy of flue gases is low for Sangak and Barbari bakeries. According to results, usage of insulator for side-walls and roof of oven and reducing excess air in combustion reaction, are useful solutions to decease wasting fuel in bakeries. By using insulator for walls and roof of oven the wasted energy of walls can reduce about 65%. Also by controlling the combustion reaction to perform with 5% excess air the wasted energy of excess air decreases about 90%. Finally, it was cleared that above solutions can increase the energy and exergy efficiencies of bakeries and also their can reduce the annual energy consumption of Sangak, Barbari and Taftun bakeries about 58%, 66% and 82%, respectively.
    Keywords: Experimental study, Flatbread, Energy, Exergy, Reducing fuel consumption
  • M. R. Assari *, R. Nasiri, A. Alipoor Pages 1403-1409
    Use of thermal energy storage using latent heat fusion of phase change materials is an effective and efficient way for energy storage in solar water heaters. The present paper is an experimental study carried out at last week of August 2014, in Jundi-Shapur Industrial University of Dezful City. First, in this study, two eccentric double tube heat exchangers with different eccentricities were built and each was separately placed in the circuit of a forced solar water heater including a flat plate solar collector, a storage tank, and a hot water circulating pump. Through the internal tube of heat exchanger passes the water heated by the solar collector, while the shell contains paraffin wax as the phase change material to which copper oxide nanoparticles are added to increase thermal conductivity. This study experimentally investigates the effect of copper oxide nanoparticles and also the effect of eccentricity on the charge of paraffin wax as the phase change material and energy storage due to the change in both of these parameters. Experimental results indicate that paraffin wax containing 3%, 1% and without nanoparticles, have reached their melting points at 14:20, 15:20 and 16:20, respectively, in the heat exchanger with 1 inch eccentricity , Paraffin wax with 3% nanoparticles has reached its melting point at 14:20 and 15:40 in the heat exchangers with 1-inch eccentricity and 0.5-inch eccentricity, respectively. . It is worth noting that lowering the heat exchanger internal tube and adding nanoparticles significantly improve the fusion (charge) of paraffin wax and also thermal energy storage.
    Keywords: Nanoparticles phase change materials, Charge process, Eccentric heat exchanger, Solar water heater