فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و یکم شماره 4 (مهر و آبان 1398)
  • سال پنجاه و یکم شماره 4 (مهر و آبان 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/08/01
  • تعداد عناوین: 20
|
  • محمد مهدی کشتکار*، رامین ظهیری صفحات 1-10
    تحلیل اگزرژی و ترمواکونومیک، روشی موثر جهت تعیین مشخصات ترمودینامیکی و بهینه سازی عملکرد ترمودینامیکی - اقتصادی سیستم های تبرید و تهویه مطبوع می باشد. مطالعه حاضر به تحلیل اگزرژی و ترمواکونومیک یک سیستم تبرید جریان مبرد متغیر با چهار اواپراتور که در صنایع لبنی مورد استفاده قرار می گیرد، می پردازد. از یک کد کامپیوتری که در نرم افزار EES نوشته شده، جهت شبیه سازی سیستم استفاده شده است. اثر سه مبرد R502 ، R1234ze و R134a بر پارامتر های ترمودینامیکی - اقتصادی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر محاسبه راندمان اگزرژی چرخه تبرید برای سه مبرد فوق، اثر دمای تبخیر و تقطیر بر مقدار تخریب اگزرژی و راندمان اگزرژی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که مقدار تخریب اگزرژی در کمپرسور، از 947/3 کیلو وات برای مبرد R134a تا 221/4 کیلو وات برای مبرد R502 به میزان 7% افزایش یافته است. میزان تخریب اگزرژی در چگالنده در رده دوم برای همه مبرد ها محاسبه شده است. در تحلیل ترمواکونومیک مشاهده گردید کمترین میزان هزینه به میزان 73794 دلار مربوط به مبرد R502 است و هزینه سالیانه کل سیستم برای مبردهای R1234ze و R134a در رده های بعدی قرار دارند.
    کلیدواژگان: تحلیل اگزرژی، تحلیل ترمواکونومیک، جریان مبرد متغیر، چرخه تبرید، تخریب اگزرژی
  • سیدعلیرضا ذوالفقاری*، حسن حسن زاده، مرتضی طاهری، محمد رئیسی، مهدی افضلیان صفحات 11-20
    تامین شرایط آسایش حرارتی برای سرنشینان وسایل نقلیه وبخصوص وسایل نقلیه عمومی،بدلیل محدود بودن فضا، تراکم حضور افرادوعدم یکنواختی شرایط فردی و محیطی با پیچیدگی های زیادی همراه است.یکی ازمصادیق عدم یکنواختی وهمگونی شرایط فردی درمیان مسافران،پوشش متفاوت افراداست؛بطوریکه دربسیاری ازمواقع،برخی از مسافران از سطح پوشش بالاتروبرخی دیگرازپوشش کمتری برخوردار هستند.دراین تحقیق سعی شده تا تاثیرات ناهمگونی پوشش مسافران یک اتوبوس بادوحالت سیستم تهویه جابه جایی کفی واختلاطی بالاسری برروی احساس حرارتی موضعی افراد برای اولین بار مورد ارزیابی قرار گیرد.برای این منظور،از حلگر عددی اپن‏فوم وبسته حل بویانت بوزینسک سیمپل فوم برای حل معادلات حاکم بر جریان و انرژی وبرای ارزیابی شرایط آسایش حرارتی موضعی ازمدل آسایش حرارتی 65-نقطه ای تانابه استفاده شده است.براساس نتایج بدست آمده،سیستم تهویه جابه جایی عملکرد بهتری درفراهم آوردن شرایط مطلوب ویکنواخت دارد.بطوریکه در تهویه اختلاطی بیشینه شاخص احساس حرارتی حدود 1/1 است ولی این مقدار در حالت تهویه جابه جایی حدود 4/0 است.همچنین،نتایج نشان می دهد که عدم وجود پوشش درناحیه ساعد نه تنها باعث کاهش دمای حدود 5/2 درجه سلسیوس دردست می شود،بلکه باعث کاهش احساس حرارتی کل بدن در حدود 1/0 در تهویه جابه جایی و 4/0 درتهویه اختلاطی بالاسری می شوند.این امرنشان میدهد که سطح حساسیت افراد دارای پیراهن آستین کوتاه،تحت سیستم تهویه اختلاطی نسبت به سیستم جابه جایی بیشتراست.
    کلیدواژگان: سیستم تهویه جابه جایی، سیستم تهویه اختلاطی، پوشش غیر یکنواخت، احساس حرارتی موضعی، اتوبوس
  • شهریار حکمت، غلامرضا مولایی منش* صفحات 21-30
    عملکرد باتریها لیتیومی مورد استفاده در خودروهای الکتریکی به شدت به دما وابسته است. بنابراین استفاده از یک سیستم مدیریت حرارتی، امری مهم و ضروری در استفاده از این نوع باتریها تلقی میشود. با توجه به این مسئله، در پژوهش ارائه شده، ابتدا طراحی و ساخت یک ماژول باتری و سیستم مدیریت حرارتی هیبرید، به وسیلهی لوله های آب-خنک و مواد تغییرفازدهنده انجام گردید و با استفاده از روش تجربی، دمای هر سلول با استفاده از روش های خنککاری فعال و غیرفعال، اندازهگیری و نقش هر یک از حالتهای خنککاری، با یکدیگر مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان میدهد، دمای باتری بدون سیستم خنککاری در دشارژ بالا به مرز 57 درجه سانتی گراد رسیده است و در حالت دوم آزمایش که توسط مواد تغییرفازدهنده انجام گرفته، دمای سلولها کاهش چشمگیری داشته و نسبت به حالت اول آزمایش، 26 درجه سانتیگراد دمای باتریها کاهش یافته و به 32 درجه سانتیگراد رسیده است. در حالت سوم آزمایش، خنککاری به صورت هیبرید توسط مواد تغییرفازدهنده و لوله های آب-خنک صورت گرفته است و نتایج نشان میدهد که دمای میانگین باتری ها با 1.5 درجه کاهش، به دمای بهینه 30.5 درجه سانتیگراد رسیده است.
    کلیدواژگان: خودروی الکتریکی، باتری‎ لیتیومی، مدیریت حرارتی هیبرید، مواد تغییرفازدهنده، خنک کاری آب-خنک
  • پیمان حوائج، محمد جعفر کرمانی*، هادی حیدری، محمد مهدی عبدالله زاده سنگرودی صفحات 31-40

    در این پژوهش عملکرد پیل سوختی غشا پلیمری، با استفاده از شبیه سازی دوفازی، گذرا و دو بعدی در سمت کاتد پیل سوختی، بررسی میشود. ابتدا یک مدل جامع برای شبیهسازی جریان دوفازی ارائه شده، سپس با استفاده از روش حجم محدود، معادلات گسسته و توسط یک کد فرترن داخلی حل میگردد. بررسی پارامتری بر روی میزان آب مایع تولید شده در محیط متخلخل و اثر آن بر عملکرد پیل سوختی تحقیق میگردد. تاثیر چهار پارامتر ضریب تخلخل و قابلیت نفوذ محیط متخلخل، زاویه تماس و نرخ آب منتقل شده از غشا به کاتد مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد که با کاهش ضریب تخلخل، قابلیت نفوذ و زاویه تماس، مقدار آب در محیط متخلخل افزایش مییابد. بیشترین تاثیر را قابلیت نفوذ و زاویه تماس داشته، بطوریکه کاهش ضریب نفوذ از به و زاویه تماس از 140 به 91 درجه، کسر حجمی آب مایع در کاتالیست را به ترتیب از 04/0 به 16/0 (سه برابر) و 058/0 به 15/0 (59%) افزایش میدهد. برای شرایط عملکردی مطالعه شده، یک رابطه برای پیش بینی میزان آب مایع موجود در محیط متخلل بر حسب یک پارامتر که تنها تابعی از جنس محیط متخلل می باشد، ارائه شده است.

    کلیدواژگان: پیل سوختی غشا پلیمری، جریان دوفاز، تولید آب، روش حجم محدود، شبیه سازی عددی
  • پیام هوشمند، محمدبهشاد شفیعی*، رامین روشندل صفحات 41-50
    در این مقاله یک نوع آب شیرین کن با به کارگیری انرژی تجدیدپذیر خورشیدی به منظور شیرین سازی آب شور بررسی شده است. پس از ساخت آب شیرین کن خورشیدی در ابتدا عمق بهینه آب شور در مخزن آب به صورت تجربی بررسی گردید. در ادامه به بررسی میزان تولید آب شیرین از طریق میعان بخار روی پوشش شیشه ای و دیواره های مخزن پرداخته شد که بیشینه آب تولید شده در شرایط تقطیر معمولی مربوط به ساعت 14:00 و به میزان (kg⁄(m^2 h)) 292/0 در عمق 5 سانتی متر بود. در ادامه تاثیر نصب سینی در داخل مخزن جهت جلوگیری از ترکیب مجدد بخار میعان شده بر روی جداره های داخلی مخزن با آب داخل مخزن بررسی گردید. همچنین به بررسی تولید آب شیرین با به کارگیری یک آینه بر روی سطح پنل خورشیدی پرداخته شد. نتایج نشان می دهند که نصب آینه باعث افزایش به ترتیب 10 و 12 درصد آب شیرین تولیدی و توان الکتریکی خروجی به طور متوسط خواهد شد. در نهایت راندمان ساعتی و روزانه هر کدام از حالت های بررسی شده محاسبه گردید. پارامترهای مربوط به فتوولتاییک و بازده الکتریکی نیز محاسبه شد. یک تحلیل اقتصادی برای آب شیرین کن مورد نظر انجام گرفت.
    کلیدواژگان: لوله حرارتی ترموسیفون، فتوولتاییک، آینه، راندمان روزانه آب شیرین کن، تحلیل اقتصادی
  • مهرداد کیانی، جواد واشهری، کاظم اسماعیل پور* صفحات 51-60
    در این مطالعه دما و ساختار شعله گاز سنتز دو مشعل شیاری متقاطع به صورت تجربی با روش اینترفرومتری ماخ-زندر بررسی شده است. هدف اصلی بررسی پارامترهای کلیدی شامل عدد رینولدز جریان هوا و سوخت ورودی و نسبت هم ارزی آن ها بر روی احتراق بوده است. در ابتدا نتایج تجربی توزیع دما در شعله با نتایج استخراج شده از ترموکوپل باهم مقایسه شده اند و ماکزیمم و مینیمم خطا به ترتیب 8% و 3% مشاهده شده است. کانتور و توزیع دما در مقاطع مختلف استخراج و مورد تحلیل قرار گرفته اند. نتایج به دست آمده نشان می دهند اگرچه عدد رینولدز تاثیری بر بیشینه دما ندارد، اما تاثیر بسیار زیادی بر روی ساختار شعله دارد. بدین صورت که افزایش عدد رینولدز باعث بالا رفتن ناحیه واکنش در خط تقارن، افزایش تعداد خطوط فرینج و گسترش ناحیه گرم شده می گردد. تغییرات نسبت هم ارزی مستقیما ساختار شعله را تحت تاثیر قرار می دهد، بدین صورت که با افزایش آن محل شکل گیری شعله به پایین دست انتقال پیدا می کند و پایداری شعله کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: مشعل های شیاری متقاطع، ساختار شعله، روش ماخ-زندر، احتراق گاز سنتز
  • احسان بنی اسدی*، حمیدرضا عباسی ورزنه صفحات 61-70
    امروزه با تکیه بر روش های عددی می توان عملکرد موتور را با دقت بسیار مناسبی شبیه سازی نمود و راهکارهای بهینه سازی عملکرد موتور را بررسی کرد. با توجه به این که در موتور حدود 30 درصد از انرژی سوخت از طریق انتقال حرارت به دیواره های سیلندر هدر می رود، به دست آوردن نتایج مناسب از یک مدل شبیه سازی نیازمند محاسبه انتقال حرارت با دقت بالا است. مدل ترمودینامیکی ارائه شده در این مقاله، با هدف بهینه سازی یک موتور اشتعال جرقه ای، سیکل موتور را به صورت دو ناحیه ای، که برای موتور اشتعال جرقه ای مناسب است، شبیه سازی می نماید. جهت انتخاب بهترین مدل برای انتقال حرارت در موتور احتراق جرقه ای، مدل های مختلف در شبیه سازی استفاده شده و پس از مقایسه نتایج هر مدل با نتایج تجربی موتور مورد مطالعه، مدل هوهنبرگ به عنوان مدل مناسب برای انتقال حرارت موتورهای اشتعال جرقه ای معرفی گردیده است. نتایج نشان داد که با افزایش نسبت تراکم به میزان 18 درصد، تلفات اگزرژی از اگزوز موتور و انتقال حرارت از بدنه تقریبا 2 درصد کاهش می یابد در حالی که توان خروجی بیش از 4 درصد افزایش می یابد. همچنین، بیشینه راندمان انرژی و اگزرژی در هنگامی که احتراق 5 درجه قبل از نقطه مرگ بالا رخ دهد، حاصل می شود.
    کلیدواژگان: مدل ترمودینامیکی موتور اشتعال جرقه ای، تحلیل انرژی و اگزرژی، انتقال حرارت و نرخ سوزش، مدل دو ناحیه ای
  • مسعود کهنوجی، مصطفی آقامیرسلیم*، سیدشهاب الدین علویون صفحات 71-80
    امروزه توربوشارژر ها (پرخوران ها) نقش مهمی در بهبود بازده، کوچک سازی و کاهش آلاینده های موتور احتراق داخلی ایفا می کنند. به دلیل جریان گاز داغ در توربین و هوای محیط در کمپرسور ، اختلاف دما در دو سمت توربوشارژر زیاد است و این اختلاف دمای زیاد، باعث انتقال حرارت از توربین به دیگر اجزا توربوشارژر می شود. انتقال حرارت سبب کاهش عملکرد توربوشارژر می گردد، زیرا قسمتی از انرژی گاز داغ از طریق انتقال حرارت دفع شده است. نیاز به تخمین دقیق دمای گازهای خروجی توربین جهت طراحی مسیر گازهای خروجی یا تعیین شرایط مرزی توربوشارژر دوم در موتورهای دارای توربوشارژر‏های دومرحله ای، همچنین نیاز به تخمین دمای خروجی کمپرسور به عنوان شرایط مرزی برای خنک کن میانی و محفظه احتراق در صورت نبود خنک کن میانی وجود دارد. در این پژوهش، الگوی انتقال حرارت یک بعدی توربوشارژر، به شبیه ساز یک بعدی موتور درگیر می شود.نتایج نشان دهنده ی بهبود (حداکثر تا 50 درجه سانتی گراد) در پیش بینی دمای خروجی توربین است و همچنین بر روی دیگر مشخصه های شبیه سازی موتور از جمله دمای خروجی کمپرسور، سرعت توربوشارژر، توان ترمزی موتور، فشار خروجی توربین و غیره، تاثیر نمی گذارد.
    کلیدواژگان: توربوشارژر، افت مکانیکی، انتقال حرارت، شبیه سازی یک بعدی
  • علی سعیدی*، علیرضا جعفری بیناباج، جواد خادم صفحات 81-90
    تاثیر میدان مغناطیسی بر احتراق مورد توجه محققان زیادی قرار گرفته است. از آنجایی که تاثیر میدان مغناطیسی بر جریان گاز و فرآیند احتراق از طریق نیروی الکترومغناطیسی حجمی است، نیاز به حل عددی و شبیه سازی الکترومغناطیسی میدان جریان برای حصول نحوه‏ی توزیع میدان مغناطیسی می‏باشد. پژوهش حاضر به بررسی عددی تغییرات شکل و دمای شعله آرام غیر پیش آمیخته‏ی متان در حضور میدان مغناطیسی غیر یکنواخت می‏پردازد. به این منظور دو دسته معادلات الکترومغناطیس و مکانیک سیالات و احتراق با یکدیگر همزمان حل شده‏است. نتایج نشان می‏دهد نیروی حجمی مغناطیسی وارد بر گونه‏های پارامغناطیس (اکسیژن، هوا) و دیامغناطیس (متان و محصولات احتراق) بر شکل شعله، دمای شعله و اختلاط سوخت و هوا تاثیر دارد. همچنین اعمال میدان مغناطیسی کاهنده باعث باریک و کشیده شدن شکل شعله و افزایش دمای شعله و اعمال میدان مغناطیسی افزاینده باعث کوتاه شدن و پخش شدن (قارچی شکل شدن) نسبت به حالت بدون میدان مغناطیسی می‏گردد. علاوه بر این با اعمال میدان مغناطیسی بر جریان گاز می‏توان تولید آلاینده‏های NO و CO را تغییر داد به نحوی که در میدان مغناطیسی کاهنده تولید آلاینده NO و CO کاهش می یابد. بنابراین می توان با اعمال میدان مغناطیسی غیریکنواخت شکل و دمای شعله را در کنار تولید آلاینده ها کنترل نمود.
    کلیدواژگان: احتراق، میدان مغناطیسی، شعله، دما، آلاینده
  • فاطمه جباری*، علی رجب پور، سیف الله سعدالدین صفحات 91-100
    نانوسیالات به عنوان گروه های جدیدی از محیط های انتقال حرارت ، با دارابودن ویژگی های خاص و منحصر به فرد، توجه خاصی را به ویژه در دهه های اخیر به خود جلب کرده است. دانستن مشخصه های نانوسیال اولین گام در مطالعه نانوسیال به شمار می رود که درتوصیف رفتار آن بسیار اهمیت دارد. اگرچه تاکنون تلاش های بسیاری برای مدلسازی خواص ترمودینامیکی نانوسیالات صورت گرفته است، اما هنوز مدلی جامع برای پیش بینی این خواص ارائه نشده است. در بررسی حاضر، ویسکوزیته دینامیکی نانوسیال آب- نانولوله کربنی ساده تک جداره به روش شبیه سازی دینامیک مولکولی تعادلی انجام شده است. همچنین تاثیر پارامترهای کسرحجمی، دما و قطر نانولوله کربنی بر روی ویسکوزیته به عنوان یکی از مهم ترین خواص ترموفیزیکی نانوسیال بررسی شده است. محدوده کسرحجمی 0.125% تا 0.734% (0.125%، 0.25%، 0.5%و 0.734%) و محدوده دمایی 〖25〗^(°) C-〖65〗^(°) C با فاصله دمایی 〖10〗^(°) C مورد مطالعه قرار گرفته است. پس از شرح کامل اندرکنش بین اتم-های سیال پایه و نانوذرات و آنالیز تابع همبستگی تنش، نتایج به دست آمده نشان می دهد که حضور نانوذرات در سیال پایه و افزودن کسرحجمی آن، کاهش دما و همچنین کاهش اندازه و قطر نانولوله کربنی سبب افزایش ویسکوزیته نانوسیال می-شود که در انتها به تفسیر و جمع بندی نتایج پرداخته شده است.
    کلیدواژگان: نانوسیال، ویسکوزیته دینامیکی، شبیه سازی دینامیک مولکولی، آب، نانولوله کربنی
  • مجتبی سپهرنیا*، حسین خراسانی زاده صفحات 101-110
    در این پژوهش مشخصه های انتقال حرارت و تولید انتروپی جریان آرام نانوسیال آب- آلومینا در یک چاه گرمایی میکروکانالی ذوزنقه ای به صورت عددی و سه بعدی برای شار حرارتی ثابت kW/m2200 ورودی به کف چاه گرمایی و با لحاظ نمودن هدایت در قسمت های جامد مطالعه شده است. معادلات حاکم بر جریان به روش حجم محدود بر مبنای المان محدود حل شده است. هدف اصلی این تحقیق بررسی اثر چهار آرایش مختلف ورود/خروج افقی جریان بر روی شاخص های حرارتی و تولید انتروپی، با لحاظ اثر حرکت براونی نانوذرات و تغییر خواص نانوسیال با دما، بوده است. نتایج نشان می دهد افزایش افت فشار برای یک کسر حجمی ثابت موجب افزایش عدد ناسلت (بین78/1% تا 88/1%)، کاهش مقاومت حرارتی(بین94/35% تا 41/40%)، کاهش نسبت بیشینه اختلاف دمای کف چاه گرمایی به شار حرارتی(بین90/33% تا 60/41%) و کاهش انتروپی تولیدی کل(بین34/24% تا 15/27%) می شود. همچنین برای همه آرایش ها در یک افت فشار ثابت افزایش کسر حجمی باعث افزایش عدد ناسلت(بین88/11% تا 06/12%) و انتروپی تولیدی کل(بین77/1% تا 37/2%) می شود، ولی تاثیر قابل ملاحظه ای بر مقاومت حرارتی و نسبت بیشینه اختلاف دمای کف چاه گرمایی به شار حرارتی ندارد به طوری که با افزایش کسر حجمی از صفر تا 4% تغییرات مقاومت حرارتی و نسبت بیشینه اختلاف دمای کف چاه گرمایی به شار حرارتی به ترتیب کمتر
    کلیدواژگان: عملکرد حرارتی، تولید انتروپی، میکروکانال، آرایش های مختلف، نانوسیال
  • حسن سجادی*، امین امیری دلویی صفحات 111-120
    در این مقاله اثر میدان مغناطیسی بر روی جریان جابجایی طبیعی سه بعدی نانوسیال مس/آب داخل یک حفره مکعبی با استفاده از روش شبکه بولتزمن بر پایه مدل جدید زمان آرامش چندگانه دوتایی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور اعمال مدل زمان آرامش چندگانه دوتایی شبکه D3Q19 برای حل معادله جریان و شبکه D3Q7 نیز برای حل میدان دما استفاده شد و تاثیر اعداد گراشف(Gr=1e3-1e5) و هارتمن (Ha=0-100) برای میزان نسبت حجمی های نانوذره متفاوت (12%-0=φ) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج برای صفحات و خطوط مختلف مکعب نشان داده شد و با توجه به دقت نتایج بدست آمده، روش عددی استفاده شده روشی مناسب برای حل جریان های پیچیده ارزیابی شد. همچنین با افزایش عدد هارتمن در حالت سیال بدون نانوذره مقدار انتقال حرارت کاهش یافت به طوری که بیشترین مقدار کاهش عدد ناسلت با افزایش عدد هارتمن از صفر تا 100 برابر 71% برای عدد گراشف 1e4مشاهده شد. در صورتی که با افزایش عدد گراشف و نسبت حجمی نانوذره میزان انتقال حرارت برای تمام اعداد هارتمن افزایش یافت و بیشترین میزان تاثیر نانو ذره در عدد گراشف 1e4 و عدد هارتمن 50 مشاهده گردید به طوری که با افزایش 12% حجمی نانوذره عدد ناسلت به میزان 43% افزایش یافت.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، مدل زمان آرامش چندگانه دوتایی، نانو سیال، میدان مغناطیسی، جابجایی آزاد
  • جواد رستمی*، عباس عباسی، مجید صفار اول صفحات 121-130
    در این مقاله انتقال حرارت مزدوج نانوسیالات در میکروکانال های موجی شکل با استفاده از مدل تکفازی به روش پخش و مدل دوفازی به روش اویلری-لاگرانژی بصورت عددی مطالعه شده است. سیال پایه آب و نانوذرات از دو جنس مختلف اکسید آلومینیوم و مس می باشند. غلظت حجمی نانوذرات تا 2% و قطر آنها از 100 تا 150 نانومتر تغئیر می کند. معادلات سه بعدی حاکم شامل پیوستگی، ممنتوم و انرژی در سیال از دیدگاه اویلری و به روش حجم کنترل (سیمپل) حل شده اند. معادلات حاکم بر حرکت و انرژی ذرات نیز به روش لاگرانژی جداسازی و به روش رنگ-کوتای مرتبه 4 حل شده اند. از آنجا که در روش لاگرانژی معادلات حرکت در سه بعد و معادله انرژی برای تک تک ذرات حل می شود، از روش پردازش موازی و با استفاده از ابرکامپیوتر این معادلات حل شده اند. معادلات حاکم در روش پخش از تئوری محیط متخلخل استخراج شده اند. عدم توزیع یکنواخت ذرات در ناحیه حل باعث اختلاف نتایج روش تکفازی و دوفازی می شود. این اختلاف در روش پخش با انطباق نتایج حاصل از آن با نتایج دوفازی تاحد زیادی کاهش می یابد. در پایان برای هر دونوع نانوسیال روابطی جهت محاسبه ضریب هدایت حرارتی ارائه شده است.
    کلیدواژگان: نانوسیال، مدل تکفازی، روش پخش، مدل دوفازی، روش اویلری-لاگرانژی
  • محسن ایرانی، فرامرز سرحدی*، امین بهزادمهر صفحات 131-140
    در این مقاله تحلیل حرارتی دیوار خورشیدی مجهز به ماده تغییر فاز حاوی نانو ذرات به صورت عددی بررسی شده است. معادله حاکم بر مسئله انتقال حرارت هدایتی گذرا می باشد و توسط تکنیک اختلاف محدود بر پایه روش آنتالپی حل شده است. اعتبارسنجی نتایج عددی تحقیق حاضر با داده های تجربی تحقیقات گذشته انجام شده است و توافق مناسبی برقرار است. در مطالعات پارامتری تاثیر کسر حجمی نانو لوله های کربنی و نانو ذرات کروی اکسید آلومینیوم و اثر تغییر ضخامت ماده تغییر فاز بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که بهبود مناسبی در عملکرد حرارتی دیوار خورشیدی به واسطه افزودن نانو لوله های کربنی و نانو ذرات کروی اکسید آلومینیوم به ماده تغییر فاز پایه حاصل می شود. البته نانو لوله های کربنی عملکرد بهتری را در اختیار می گذارند. دلایل این بهبود شامل افزایش سرعت انتقال حرارت به واسطه افزایش رسانندگی حرارتی و همچنین کامل شدن فرآیندهای ذوب و انجماد در ماده تغییر فاز می باشد. برآیند این اتفاقات افزایش راندمان حرارتی دیوار خورشیدی به اندازه 9% برای نانو لوله های کربنی با کسر حجمی 3% است. در کل از نتایج تحقیق حاضر می توان برای طراحی یک دیوار خورشیدی مجهز به ماده تغییر فاز با راندمان حرارتی در حدود %40 استفاده کرد.
    کلیدواژگان: دیوار خورشیدی، ماده تغییر فاز بهبود یافته، نانو لوله های کربنی، نانو ذرات کروی اکسید آلومینیوم
  • سید عبدالمهدی هاشمی*، حامد فروزنده، مهدی ملامهدی صفحات 141-150
    در مطالعه حاضر تاثیر ابعاد مختلف سرمشعل های استوانه ای بر طول شعله و آلاینده های ناکس و کربن مونواکسید در یک مشعل غیر پیش آمیخته به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام آزمایش ها از یک نمونه مشعل غیرپیش آمیخته با سوخت گاز طبیعی و سرمشعل های استوانه ای شکل با قطرهای خارجی ثابت، قطرهای داخلی و طول های متفاوت استفاده شده است. در این بررسی، دو دسته مختلف از سرمشعل ها به کار گرفته شده است. دسته اول سرمشعل ها، دارای قطر داخلی 4 و 6 سانتیمتر با طول یکسان 10 سانتیمتر و دسته دوم سرمشعل ها، دارای طول 10، 15 و 20 سانتیمتر با قطر داخلی یکسان 6 سانتیمتر می باشند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که در یک توان ثابت با افزایش سرعت هوای ورودی، مقدار طول شعله کاهش و در یک سرعت هوای ثابت با افزایش توان مشعل، طول شعله افزایش می یابد. همچنین با بررسی اثر تغییر طول و قطر داخلی سرمشعل ها بر طول شعله مشاهده گردید که در یک توان ثابت مشعل، تغییر طول و قطر داخلی سرمشعل، تاثیر چندانی روی طول شعله ندارد، درحالی که افزایش قطر موجب کاهش حداکثر 42 درصدی ناکس و افزایش 40 درصدی آلاینده کربن مونواکسید می شود.
    کلیدواژگان: مشعل غیرپیش آمیخته، سرمشعل، اکسیدهای نیتروژن، کربن مونواکسید، طول شعله
  • بهروز بهروزی*، حسن بصیرت تبریزی، ابراهیم دامنگیر صفحات 151-160
    تشکیل برفک اثرات مهمی در بسیاری از زمینه ها از جمله صنعت تبرید، تهویه مطوع، حمل و نقل هوایی و غیره دارد. هنگامی که هوای مرطوب نزدیک سطح سرد به دمای زیر دمای انجماد آب برسد برفک تشکیل می شود. تشکیل برفک یک پدیده گذر پیچیده ای می باشد که انواع مکانیزم های انتقال حرارت و جرم به طور همزمان در حال وقوع است. در این کار توسعه تشکیل برفک در استوانه افقی تحت جابجایی اجباری به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. یک سیستم آزمایشگاهی تشکیل برفک در سطح استوانه سرد همراه با تونل باد راه اندازی شده است و تاثیر دمای سطح سرد، دمای هوا، سرعت هوا و رطوبت نسبی بر روی ضخامت و چگالی برفک مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد، با افزایش رطوبت هوا و کاهش دمای سطح، ضخامت برفک افزایش می یابد و چگالی برفک کمتر می شود. همچنین با افزایش دمای هوای محیط و کاهش سرعت هوا، ضخامت برفک کاهش می یابد و چگالی برفک کمتر می شود. در نهایت یک رابطه همبستگی بر اساس داده های آزمایشگاهی و تاثیر پارامترها برای ضخامت برفک مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: استوانه سرد، انتقال حرارت و جرم، برفک، جابجایی اجباری
  • امیره نوربخش*، صادق جهانتیغی، ارش محمدی صفحات 161-170
    در هنگام خاموشی موتور بیشترین امکان جوشش وجود دارد زیرا در چند ثانیه پس از خاموش شدن پمپ آب، دمای سیال خنک کننده افزایش پیدا می کند که اگر در طراحی ان دقت نشود می تواند باعث جوشش لایه ای در راهگاه آب موتور شود. در زمان خاموشی موتور، سیلندر در تماس مستقیم با پیستون ساکن قرار دارد و اگر دمای سیلندر به سرعت کاهش نیابد باعث چسبیدن پیستون به سیلندر، و آسیب جدی به موتور می شود. همچنین کاهش انتقال حرارت از گازهای داغ محفظه احتراق به سیال خنک کننده به علت توقف گردش آن در راهگاه آب می تواند باعث سوختن واشر سرسیلندر شود. بنابراین با بدست آوردن توزیع دمای بلوک و سرسیلندر در حین خاموشی می توان از این آسیب جلوگیری نمود. در این مقاله کوشش شده اثر انتقال حرارت بعد از توقف گردش موتور و ایجاد پدیده جوشش در شرایط گذرا بعد از خاموشی موتور بررسی گردد. در کار حاضر شبیه سازی ناپایا با کوپل حرارتی همزمان راهگاه آب، بلوک و سرسیلندر موتور با استفاده از نرم افزارAVL-Fire انجام شده است. نتایج فشار، ضریب انتقال حرارت جابجایی، شار حرارتی در راهگاه آب و توزیع دما در بلوک و سرسیلندر در حالت گذرا نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: موتور احتراق داخلی، زمان خاموشی، انتقال حرارت جوشش جریانی
  • محمد رضا سلیم پور*، امیر فلاحی، ابراهیم شیرانی صفحات 171-180
    سرمازدگی یکی از شدیدترین شکل های آسیب های سرمایی است که اثرات جدی بر اعضای بدن به خصوص عضوهایی چون انگشتان دست و پا، گوش ها، گونه و بینی که از قلب دور هستند، می گذارد. لذا در این مقاله سعی شده است تا با رویکردی واقع گرا مطابق با بیولوژی و آناتومی اعضای بدن، توزیع دما در انگشت دست به عنوان عضوی حساس در مقابل سرما، شبیه سازی شده و زمان سرمازدگی موضعی انگشتان دست، تحت شرایط مختلف جوی پیش بینی گردد. در این تحقیق از عکس های ام آرآی به عنوان مرجعی مناسب جهت شناسایی بافت های نرم، استخوان و رگ های خونی انگشتان دست استفاده شده است. روش استخراج مدل سه بعدی قابل تحلیل از عکس های ام آرآی یکی از نوآوری های این پژوهش محسوب می شود. یک مدل حرارتی-سیالاتی کوپل برای شبیهسازی انتقال حرارت در یک انگشت انسان که تحت شرایط سرمایی قرار دارد به خدمت گرفته شده است. اثرات هدایت گرمایی، تولید حرارت متابولیسمی، انتقال حرارت از طریق پرفیوژن خون و انتقال حرارت مابین بافت و رگ های بزرگ در معادلات موازنه انرژی لحاظ شده است. شرایط محیطی ازجمله دمای محیط و سرعت وزش باد و همچنین میزان مقاومت حرارتی دستکش به عنوان پارامترهای تاثیرگذار بر رفتار حرارتی انگشت دست و پدیده سرمازدگی بررسی و با یکدیگر مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: سرمازدگی، انگشت دست، توزیع دما، تصویر ام آرآی
  • محسن حیدری، خلیل خلیلی، سید یوسف احمدی بروغنی* صفحات 181-190
    خشک شدن تناوبی در صورت طرح ریزی مناسب یک راهکار موثر برای بهبود سینتیک خشک شدن، کیفیت قطعات خشک شده و مقدار مصرف انرژی می باشد. تعیین دوره تناوب، دامنه تناوب و زمان شروع تناوب چالش های اصلی در طرح ریزی فرایند خشک شدن تناوبی می باشند. هدف این مطالعه بررسی تاثیر دوره تناوب بر سینتیک و تنش های خشک شدن در خشک شدن تناوبی خمیر رسی با تغییرات دوره ای رطوبت نسبی می باشد. همچنین تنش های حرارتی و رطوبتی مورد مقایسه قرار گرفته است. تغییرات پارامترهای خشک شدن نسبت به رطوبت و دما در مدلسازی لحاظ گردیده است. مطابقت مناسب متغیرهای متعدد تجربی و شبیه سازی نشان دهنده صحت و درک کامل هر سه جنبه فرایند خشک شدن توسط مدل ریاضی ارائه شده می باشد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که در هنگام شکسته شدن لوله های موئین قطعه باید در دوره خشک شدن با نرخ کمینه قرار داشته باشد. با توجه به شکست تدریجی لوله های موئین در دوره گذار، خشک شدن تناوبی روی نقاط مختلف اثر متفاوتی می گذارد. از این رو نقاط مستعدد ترک برداشتن باید به صورت هم زمان مورد بررسی قرار گیرند. تنش های حرارتی در مقایسه با تنش های رطوبتی بسیار ناچیز هستند و می توان از مدلسازی آنها در فرایند خشک شدن صرف نظر کرد.
    کلیدواژگان: خشک شدن تناوبی، خشک شدن جابجایی، تنش های خشک شدن، مدلسازی ریاضی، خاک رس
  • محرم بهرام خو، کورش جواهرده*، فریده عتابی، ابوالقاسم امامزاده صفحات 191-200
    استفاده از سیستم دیوار ترومب برای تهیه گرمای مورد نیاز احیاء چرخ دسیکنت و بررسی اندازه مساحت دیوار و رسیدن به یک شرایط آسایش تهویه مطبوع، ایده اصلی این مقاله است. در این مقاله به مدلسازی چرخ دسیکنت خورشیدی که گرمای مورد نیاز جهت احیاء چرخ را از یک دیوار ترومب می گیرد پرداخته شده است. در این سیستم ابتدا بخش های مختلف چرخ دسیکنت، دیوار ترومب و میزان تابش انرژی خورشیدی جداگانه با برنامه نویسی متلب مدلسازی شده و سپس اجزاء به هم متصل و مدل به صورت یکپارچه برای تمام شرایط آب و هوایی مرطوب قابل بررسی است. نتایج مدل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده و انطباق قابل قبولی با یکدیگر دارند. به منظور سرمایش ساختمان در ماه جولای، شهر رشت بعنوان منطقه هدف انتخاب گردیده و جهت پیش سرمایش هوای فرایندی قبل از ورود به کولر تبخیری از کویل سرمایش زمینی استفاده گردیده است . اندازه مساحت دیوار ترومب به صورت تابعی از پارامتر های چرخ دسیکنت استخراج و با خروجی دمای 66 درجه سانتیگراد از دیوارخورشیدی ترومب، دمای شرایط آسایش محل تهویه 24 درجه سانتیگراد و نسبت رطوبت 12 گرم بر کیلوگرم هوای خشک و مساحت دیوار بر اساس شرایط بهینه کارکرد چرخ دسیکنت در حدود 52 مترمربع تعیین گردیده است.
    کلیدواژگان: دیوار ترومب، چرخ دسیکنت، مناطق مرطوب، بهینه سازی
|
  • Mohammad Mehdi Keshtkar *, Ramin Zahiri Pages 1-10
    Exergy and thermoeconomic analysis is an effective method for determining thermodynamic characteristics and optimizing thermodynamic-economic performance of refrigeration systems. The present study deals with exergy and thermoeconomic analysis of a variable refrigerant flow system with four evaporators used in the dairy industry. A computer code written in EEs software was used for system simulation. Impact of three refrigerants, R502, R1234ze and R134a, on thermodynamic-economic parameters of the system was investigated. In addition to calculation of exergy efficiency of refrigeration cycle for three mentioned refrigerants, effect of evaporation and distillation temperature on system exergy degradation and exergy efficiency of was also investigated. Results showed that R1234ze gas can be appropriate alternative for R502 and R134a gases. Results show that exergy destruction in compressor in reference temperature from 3.974kW for R134a refrigerant increases to 4.221 kW for refrigerant R502. Exergy destruction in the condenser in second level was calculated for all refrigerants. In thermoeconomic analysis, costs of components of variable refrigerant flow system were investigated and total costs for R134a-R502-R1234ze refrigerants were studied. It was observed that a lowest cost is related to R502 refrigerant and total annual cost for or R134a and R1234ze refrigerants are in the next ranks.
    Keywords: Exergy analysis, thermoeconomic analysis, variable refrigerant flow, refrigeration system, exergy degradation
  • Alireza Zolfaghari *, Hasan Hasanzadeh, Morteza Taheri, Mohammad Raesi, Mahdi Afzalian Pages 11-20
    Providing thermal comfort conditions for vehicle occupants, especially public transport is a complicated issue due to the density of population and non-uniformity in individual and environmental conditions. So, an important evidence of individual non-uniformity is the variety in passengers' wearing; e.g. in many cases, some passengers have a higher level of clothing and some have less. In this study, we tried to evaluate the impact of non-uniformity in bus passengers' wearing on the local and overall thermal sensation under mixing and displacement ventilation systems. Based on the results, displacement ventilation system has shown a better performance in providing uniform conditions. In the mixing ventilation, the maximum thermal sensation vote is about 1.1, however it is about 0.4 under the displacement ventilation system. As well, the results show that using short sleeves instead of long ones can decrease about 2.5°C in the hands skin temperature and also about 0.1 and 0.4 in overall thermal sensation index, respectively under displacement and mixing ventilation systems. This also shows that the sensitivity level of short sleeves subjects is higher in the mixing ventilation system than in the displacement ventilation system.
    Keywords: Displacement ventilation system, Mixing ventilation system, Non-uniform wearing, Local thermal sensation, Bus
  • Shahriyar Hekmat, Gholam Reza Molaeimanesh * Pages 21-30
    The performance of Li-ion batteries using in electric vehicles is deeply dependent on the temperature. Therefore, applying of a thermal management system (TMS) is necessary for using these types of batteries. In this study, a battery module with hybrid TMS, based on water-cooling and phase change material (PCM) is designed and manufactured, at first. Secondly, using experimental method, the temperature of each cell was measured using active and passive cooling methods and the role of the cooling modes were compared with each other. The results of the study presented here indicate that the temperature of the battery without a cooling system (first cooling mode) in the high discharge rate increases significantly up to 57 C. In the second cooling mode, which is with only PCM, the results showed that PCM greatly reduce the temperature till 32 C (26 C less than the mean temperature in the first cooling mode). In the third cooling mode, the mean temperature of cells reduces to 30.5 C (1.5 C less than the second cooling mode).
    Keywords: Electrical vehicles, lithium battery, hybrid thermal management system, phase change material (PCM), water cooling
  • Peyman Havaej, Mohammad J. Kermani *, Hadi Heidary, Mohammadmahdi Abdollahzadehsangroudi Pages 31-40

    In this study, performance of Polymer Electrolyte Membrane fuel cell (PEMFC) was investigated using a 3D transient and two-phase simulation of the cathode side of PEMFC. The governing equations were discretized by finite volume method and solved numerically using an in-house FORTRAN code. A parametric study on the liquid water formation in porous medium and the performance of the PEMFC was conducted. Among effective parameters on the performance of PEMFC, porosity and permeability of porous media, contact angle between water and solid surface, were studied. The results showed that the reduction of porosity, permeability and contact angle increase the content of liquid water in porous media. Permeability and contact angle are the most effective ones in such a way that reduction of permeability and contact angle from to and from 140 to 91 degree, respectively, reduce the average of the liquid water volume fraction (s) in catalyst layer from 0.04 to 0.16 (by factor of 3) and from 0.058 to 0.15 (59%). For the operating condition studied here, a correlation is developed for prediction of the s based on a parameter which is solely function of propreties of the porous media.

    Keywords: PEM fuel cell, Two phase flow, Liquid water production, Finite volume method, numerical simulation
  • Payam Hooshmand, Mohammad Behshad Shafiei *, Ramin Roshandel Pages 41-50
    Among the aims of this study was the fabrication of a desalination system with the help of both photovoltaic module and thermosyphon heat pipe technologies. After the fabrication of the desalination system, various parameters such as the amount of produced freshwater by distilled vapor on the glass covering and basin side walls and the surface temperature of the photovoltaic, heat pipe and glass cover were studied. Analysis of the effect of water depth in the basin and also the effect of the presence of a mirror inside the reservoir were also performed and finally the amount of freshwater production was studied in passive state (scenario 2), active state (scenario 1) and active state with mirror (scenario 3). The results indicated that the optimum water depth was 5 cm and the maximum amount of product water was measured to be 0.292 kg⁄(m^2 h) at 2 p.m. The daily efficiency of the passive, active solar still and active solar still with mirror (scenarios 1, 2 and 3) were calculated. Furthermore, results showed that the installation of the mirror led to an average 10.0% and 12% increase in freshwater production and electric power, respectively. Finally, Economical analysis was performed on the proposed system.
    Keywords: Thermosyphon heat pipe, Photovoltaic module, Mirror, Daily efficiency of desalination system, Economical analysis
  • Mehrdad Kiani, Javad Vashahri, Kazem Esmailpour * Pages 51-60
    In this study temperature and flame structure of synthetic gas of two impinging slot burner were investigated experimentally by the Mach-Zehnder interferometry method. The main objective of the study was to examine the key parameters including Reynolds number of jet flow and input fuel and their equivalence ratio on combustion. For the first step, the experimental results of temperature distribution were compared to measured data by thermocouples and maximum and minimum error of 8% and 3% were observed. Temperature Contour and temperature distribution in different sections have been extracted and analyzed. The results show that although the Reynolds number does not affect on the maximum temperature, it has a great influence on the flame structure. Thus, increasing the number of Reynolds increases the region of reaction in the line of symmetry, increases the number of Fringe lines and extends the heated region. Changes in the equivalence ratio directly affect the structure of the flame, thus an increase of this parameter shift the flame zone to downstream and flame stability decreases.
    Keywords: Impinging Slot Burners, Flame Structure, Mach-Zehnder Method, Combustion of Synthetic Gas
  • Ehasn Baniasadi *, Hamidreza Abbasi Varzaneh Pages 61-70
    Relying on numerical methods, it is possible to estimate the performance of an engine precisely, and to evaluate the optimization methods of the engine. Almost 30% of the fuel energy is dissipated through the cylinder walls, therefore, accurate calculation of heat transfer rate is necessary to yield reliable results from the simulation model. The thermodynamic model in this paper, that is developed to optimize the performance of a spark ignition engine, utilizes the two-zone combustion model that is suitable for this type of engine. Different models for heat transfer in the engine are used in simulation and compared with available experimental data, and the Hohenberg model is identified as the most precise heat transfer model for spark ignition engine. The results indicate that increase of the compression ratio by 18% leads to almost 2% lower exergy destruction due to engine exhaust and heat transfer to the enegin body, however, the engine power output increases by about 4%. Also, it is concluded that the maximum energy and exergy efficiencies are obtained when combustion takes place 5 degree before top dead center.
    Keywords: Thermodymaic model, Spark ignition engine, Energy, Exergy analysis, Heat ransfer, burning rate, Two-zone model
  • Masoud Kahnooji, S.Mostafa Agha Mirsalim *, Seyed Shahaboddin Alaviyoun Pages 71-80
    Nowadays, Turbochargers play an important role in improving the efficiency, downsizing and pollutant reduction of internal combustion engine. Due tothe existence of hot gas flow in the turbine and surrounding air flow in the compressor, the temperature difference between two sides of turbocharger is high and this hightemperature difference causes heat transfer from the turbine to the otherturbocharger components. The heat transfer reduces the turbocharger performancebecause some of the hot gas energy has been removed through heat transfer. There is a need to accurate estimation of the temperature of the turbine exhaust gases to determine the path of the exhaust gases or to determine the boundary conditions of the second turbocharger in engines containing (two-stage turbochargers), and also a need to estimate the compressor outlet temperature as a boundary condition for intercooler and combustion chamber in the absence of an intercooler. In this study, turbocharger one-dimensional heat transfer model is coupled to one-dimensional engine simulation. The results show an improvement (up to 50 °C) in prediction of turbine outlet temperature and also does not affect other characteristics of the engine simulation such as compressor outlet temperature, turbocharger speed, engine brake power, turbine outlet pressure and etc.
    Keywords: Turbocharger, mechanical loss, heat transfer, one dimensional simulation
  • Ali Saeedi *, Alireza Jafari Beinabaj, Javad Khadem Pages 81-90
    The influence of magnetic field on combustion has attracted many researchers. Since the effect of the magnetic field on the gas flow and the combustion process is through volumetric electromagnetic force, the need for a numerical solution and electromagnetic simulation of the flow field is necessary to obtain the distribution of the magnetic field. The present study investigates the numerical variations in the shape and temperature of the diffusion flame of methane in the presence of a non-uniform magnetic field. For this purpose, two groups of electromagnetic equations and fluid mechanics and combustion are solved simultaneously. The results show that magnetic force volumetric influences on paramagnetic (oxygen, air) and diamagnetism (methane and combustion products) effects on flame shape, flame temperature, and mixing of fuel and air. Also, the use of a decreasing magnetic field causes Slim and drawn flame shape and increase flame temperature and the application of an increasing magnetic field causes the shape of flame to be shortened and diffused (Mushroom-shaped) and the flame temperature decreases relative to the non-magnetic field.
    Keywords: Combustion, magnetic field, flame, Temperature, pollutant
  • Fatemeh Jabbari *, Ali Rajabpour, Seifollah Saedodin Pages 91-100
    Nanofluids as new groups of the heat transfer environments with unique and special properties have attracted particular attention in recent decades. Knowing the characteristics of the nanofluid is the first step in the nanofluid study, which is very important in describing its behavior. Although many attempts have been made to modeling the thermodynamic properties of nanofluids, a comprehensive model for predicting these properties has not yet been provided. In this work has been studied the dynamic viscosity of water-single wall carbon nanotube nanofluid and the effect of volume fraction and size of nanoparticles and nanofluid temperature on it in ranging from 〖25〗^°C to 〖65〗^°C with an interval of 10 °C and 0.125% to 0.734% (0.125%, 0.25%, 0.5%, 0.734%) respectively. After the full explanation of the interaction between base fluid and nanoparticle atoms and analyzing the shear stress autocorrelation function, the results show that the presence of nanoparticles in the base fluid and the addition of its, reducing the temperature, as well as reducing the size and diameter of the carbon nanotubes, increase the dynamic viscosity of nanofluids. Finally, the interpretation and conclusion of the results is discussed.
    Keywords: Nanofluid, Dynamic Viscosity, Molecular Dynamics Simulation, Water, Carbon nano tube
  • Mojtaba Sepehrnia *, Hossein Khorasanizadeh Pages 101-110
    In this three dimensional study heat transfer characteristics and entropy generation of Alumina-water nanofluid laminar flow in a trapezoidal microchannel heat sink have been investigated numerically for a constant heat flux of 200 kW/m2 entering from the substrate and by considering conduction in solid parts. The main scope of this study has been investigating the effects of four horizontal inlet/outlets configurations, from different parts of the inlet and outlet chambers, on heat transfer characteristics and entropy generation, whereas the effects of the Brownian motion of nanoparticles and temperature-dependent properties of the nanofluid are considered. The results show that for a constant pressure drop increasing the nanoparticles volume fraction increases the Nusselt number and total entropy generation, while does not have impressive effect on thermal resistance and tetta (temperture uniformity of substrate). Also for a constant volume fraction increasing pressure drop increases Nusselt number, but decreases thermal resistance, tetta and total entropy generation. According to thermal idicators the A-type arrangment performs better. However, in terms of total entropy generation the B-type arrangement has a slightly better performance. In overall due to importance of tetta the A-type arrangement is the optimum arrangement.
    Keywords: Thermal performance, Entropy generation, Microchannel, Different arrangements, Nanofluid
  • Hasan Sajjadi *, Amin Amiri Delouei Pages 111-120
    In this work numerical simulation of magneto hydrodynamics (MHD) natural convection in a three dimensional square cavity has been considered by new means of the Lattice Boltzmann method with double Multi-Relaxation-Time (MRT) model utilizing cu/water nanofluids. D3Q19 and D3Q7 models have been used to solve the momentum and energy equations, respectively and the effect of different Grashof numbers (Gr=1e3 _1e5) and various Hartmann numbers (Ha=0-100) for volumetric fraction of the nanoparticles between 0 and 12% have been investigated. The results have been shown at different planes and lines of the 3-D enclosure and based on the results the double MRT-LBM method is a proper method for simulating the complex 3-D flows. Also, the results show that augmentation of the Hartmann number decreases the heat transfer for base fluid and the maximum reduction of Nusselt number with increasing Hartmann number from 0 to 100 has been observed as 71% for Gr=1e4. While increasing the Grashof number and volumetric fraction of the nanoparticles enhance the heat transfer rate for all Hartmann number. The highest effect of nanoparticle is obtained at Gr=1e4 and Ha=50 as with increasing 12% of volumetric fraction of the nanoparticles Nusselt number enhances 43% .
    Keywords: Lattice Boltzmann method, Double MRT, Nanofluid, MHD, Natural convection
  • Javad Rostami *, Abbas Abbassi, Majid Saffar, Avval Pages 121-130
    In this paper, conjugate heat transfer in wavy microchannels filled with nanofluid is studied numerically. To simulate the nanofluids, dispersion and homogeneous methods in single-phase model and Eulerian-Lagrangian method in two-phase model are used. Homogeneous method underestimates the experimental results. Then, nanofluid simulated by two-phase model using an Eulerian-Lagrangian approach. Then its results are used to find the unknown parameter in the conduction relation of nanofluid in dispersion method. Nanofluids are water-Cu or water-Al2O3 suspensions with a particle diameter of 100-150nm and a volume fraction of up to 2%. The three-dimensional governing equations including continuity, Navier-Stokes and energy equations are solved by the well-known SIMPLE method. The governing equations for particles are solved by a 4th order Runge-Kutta algorithm. due to the 3-D governing equation four equations includinf velocity components and energy should be solved for all particles. The computer program has been written in parallel processing method (MPI). Then a super computer with several CPU,s should be used. Using dispersion method is as simple as homogeneous method but has accuracy as two-phase Eulerian-Lagrangian method.
    Keywords: Nanofluid, one phase model, dispersion method, two-phase model, Eulerian-Lagrangian
  • Mohsen Irani, Faramarz Sarhaddi *, Amin Behzadmehr Pages 131-140
    In this paper, the thermal analysis of a solar wall equipped to nano phase change material is carried out, numerically. The governing equation of transient heat conduction is solved by a finite difference technique based on enthalpy method. The validation of numerical results of present study is carried out with the experimental data. There is a fair agreement between numerical results and experimental data. In parametric studies the volume fraction effect of carbon nano tubes and alumina nano particles and the thickness of phase change material is investigated. Present study results showed that suitable improvement in solar wall thermal performance is obtained due to the addition of carbon nano tubes and alumina nano particles to base phase change material. However, carbon nano tubes yield better performance. Performance improvement reasons include the increase of heat transfer speed due to the increase of thermal conductivity and the completion of melting and solidification process. Occurrences resultant leads to a 9% increase in the thermal efficiency of solar wall for 3% volume fraction of carbon nano tubes. Generally, the results of present study give the possibility of the design of a solar wall equipped to phase change material with about 40% of thermal efficiency.
    Keywords: Solar wall, Phase change material, Carbon nano tube, Spherical nano particles of alumina
  • Seyed Abdolmehdi Hashemi * Pages 141-150
    In this paper, the effect of different flame holder geometry on the flame length and NOx and CO emissions in a non-premixed burner is experimentally studied. A non-premixed burner with natural gas fuel and some cylindrical flame holder geometry with fixed outer diameter and different internal diameter and length is used. First, tests are carried out for the flame holders with the internal diameter of 4 and 6 cm and length of 10 cm and then for the flame holders with the length of 10, 15, and 20 cm and the internal diameter of 6 cm. The results show that by increasing the air flow rate, the flame length increases at the fixed-power of the burner and by increasing the power of burner, the flame length increases at the fixed-air flow rate. Moreover, it is indicated that any changes at the length and internal diameter of the flame holder have not effect on the flame length, but there are effective on NOx and CO emission. Increasing the diameter of the flame holder decreases up to 42 percent of NOx and increases up to 40 percent CO.
    Keywords: Non-premixed burner, flame holder, NOx, CO, Flame length
  • Behrooz Behroozi *, Hassan Basirat Tabrizi, Ebrahimi Damangir Pages 151-160
    Frost formation has important effects in many fields, such as refrigeration industry, air-conditioning, aviation, etc. The frost develops when a humid air comes into contact with a cooler surface then to its freezing point. Frost formation is a complicated transient phenomenon in which a variety of heat and mass transfer mechanisms are taking place simultaneously. In this work development of frost on horizontal cylinder in force convection conditions was investigated experimentally. An experimental system of frost formation on cold cylinder surface whit wind tunnel was set up and the effects of cold surface temperature, air temperature, air velocity and air relative humidity on frost thickness and density were studied. Result shows that as relative humidity increased and surface temperature decreased, frost thickness increased and frost density decreased. Also as air temperature increased and air velocity decreased, frost thickness and frost density decreased. On top of and at the bottom of cylinder, frost thickness is minimum and at the behind of cylinder, frost thickness is maximum. Finally presentation of a correlation based on experimental data and effective parameters have studied.
    Keywords: Cold Cylinder, Heat, Mass Transfer, Frost, Force Convection
  • Amireh Nourbakhsh *, Sadegh Jahantighi, Arash Mohammadi Pages 161-170
    At the time of engine shutdown, the most probability of boiling exists. The reason is that in a few seconds after stopping of revolution of water pump, the temperature of coolant that is in direct contact with the cylinder head, increases; and if the temperature rising is not considered in design, it can causes film boiling in water jacket of engine. In time of the engine shut down, the cylinder is in contact with piston, and if the cylinder temperature does not drop rapidly, it will cause serious damage to the engine. Also, decreasing in heat transfer from hot gases of combustion chamber to coolant due to stopping the revolution of coolant causes the damage in gasket. Therefore, this damage can be prevented by obtaining distribution of the block temperature during silencing. In this paper, coupled heat-transfer simulation of cooling jacket, block and cylinder head after the engine shut down is carried out with AVL-Fire software. Results of pressure and heat transfer coefficient, heat flux in water jacket and temperature distribution in block and cylinder head are achieved. Finally, effect of engine shutdown is investigated.
    Keywords: Internal combustion engine, Shutdown time, Boiling heat transfer
  • Mohammad Reza Salimpour *, Amir Fallahi, Ebrahim Shirani Pages 171-180
    Frostbite is severest form of cold injury that can have serious consequences on limbs such as digits, ears, cheek and nose which are far from the heart. Therefore, in this article, it has been tried to simulate the temperature distribution and find the starting time of frostbite in a human finger as a member that is sensitive to cold stress with a realistic approach. In this research, anatomical data has been extracted from MR images which approximate bone, soft tissues and vessels volume independently. The approach that is presented for converting the MR images to a 3-D finite element model is one of the novelties of this research. A coupled thermo-fluid model is applied to simulate a finger exposed to cold weather. The effect of heat conduction, metabolic heat generation, heat transport by blood perfusion, heat exchange between tissues and large vessels are considered in energy balance equations. Environmental situations such as ambient temperature and wind speed and also glove thermal resistance have been investigated and compared to each other.
    Keywords: Frostbite, Finger, temperature distribution, MR Image
  • Mohsen Heydari, Khalili Khalili, Yousef Ahmadi, Brooghani * Pages 181-190
    Intermittent drying is an effective strategy for improving the drying kinetics, energy consumption as well as, the quality of the dried products. The aim of this study is to investigate the effect of the period of intermittent drying on the drying kinetics and the induced stresses. To this end, a clay like material is used and by changing the air relative humidity periodically, the stresses induced were determined. Parameters variation with moisture and temperature are considered in modeling. Good agreement between experimental and simulation variables results reveals that the model developed is valid and accurate. Simulation results suggest that the drying rate should be kept at its minimum at the stage of disruption of hydraulic continuity. Due to the gradual disruption of capillary tubes in transition period, the part is affected gradually, and this necessitates the possible crack deformation points of the part to be sought simultaneously. Also, the current work studied the magnitude of each of stresses induced by non-uniform moisture distribution and stresses induced by non-uniform temperature distribution. It is shown that the thermal stresses are negligible compared to the moisture stresses and can be neglected in drying modeling.
    Keywords: Intermittent drying, convective drying, drying stress, mathematical modeling, Clay
  • Moharram Bahramkhoo, Kourosh Javaherdeh *, Farideh Atabi, Abulghasem Emamzadeh Pages 191-200
    This study focuses mainly on employing trombe wall systems to provide the heat required for restoring the desiccant wheel and investigating the optimal surface area of the wall for attaining air conditioning comfort. In this study, a solar desiccant wheel was modeled that receives the thermal energy required for regeneration from a trombe wall. In this system, first, the components of the desiccant wheel, the trombe wall, and the insolation were separately modeled in MATLAB and then assembled. The integrated system may be examined in all humid weather conditions around the globe. The results of the model are compared with the experimental results and have acceptable agreement with each other. The model had been developed for cooling the building in July in Rasht city by using the ground heat exchanger. A ground coil was incorporated in this system to pre-cool the process air. The optimal surface area of the trombe wall was extracted as a function of the parameters of the desiccant wheel. For a wall output temperature of 66 °C, the comfort temperature was found to be 24 °C, the humidity ratio to be 12 gw/kgra, and the optimal wall surface area to be around 52 m2.
    Keywords: Trombe wall, Desiccant Wheel, Humid Climate, optimization