فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک شریف
سال سی و ششم شماره 1 (بهار و تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/09/16
  • تعداد عناوین: 14
|
  • سید احمدرضا عرفانیان، علیرضا جهانگیریان* صفحات 3-10

    در این مقاله جریان آشفته اطراف یک سیلندر با استفاده از یک پیکربندی کنترلی جدید شامل صفحه جداکننده در پایین دست جریان و سیلندر کنترلی در بالادست جریان به صورت عددی شبیه سازی شده است. عدد رینولدز جریان برابر 13100 در نظر گرفته شد که شامل ریزش گردابه های نامتقارن اطراف سیلندر است. نهایتا پارامترهایی نظیر ضرایب پسا، برآ و توزیع ضریب فشار روی سطح مورد بررسی قرار گرفته است. مدل آشفتگی $K omega-sst$ به منظور محاسبه ی ترم های تنش رینولدز به کار گرفته شد. برای ارزیابی کارایی این پیکربندی در کاهش نیروهای نوسانی وارد بر سیلندر، ابتدا یک صفحه به طول $L$ در پایین دست جریان به سیلندر اصلی متصل و طول آن تغییر داده شد تا طول بهینه ی صفحه برای کنترل جریان به دست آید. نتایج نشان داد که اضافه شدن صفحه ی کنترلی، تاثیر قابل توجهی بر ساختار جریان دارد و دامنه ی نوسانات ضریب برآ و مقدار متوسط ضریب پسای سیلندر را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد. در قسمت دوم یک سیلندر کنترلی با قطری کم تر از قطر سیلندر اصلی در بالادست آن قرار گرفت و فاصله ی آن تا سیلندر اصلی تغییر داده شد. مشخص شد که سیلندر کنترلی در بعضی از فواصل تاثیر مثبت چندانی بر دامنه ی نوسانات ضریب برآی سیستم ندارد در حالی که در همه ی فواصل بررسی شده، سیلندر کنترلی ضریب پسای سیستم را کاهش می دهد. در ادامه سیلندر به همراه ترکیب همزمان سیلندر کنترلی و صفحه ی جداکننده در پیکربندی های بهینه ی به دست آمده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که این پیکربندی باعث کاهش قابل توجه ضرایب برآ و پسای کل سیستم شده و کارآیی آن خصوصا در کاهش ضریب پسا از هرکدام از حالت های سیلندر کنترلی و صفحه ی جداکننده به تنهایی، به مراتب بهتر است.

    کلیدواژگان: جریان مغشوش، جریان اطراف سیلندر، کنترل غیرفعال، ریزش گردابه، صفحه ی جداکننده، سیلندر کنترلی
  • کیاندخت پاکروان، عسل حسینی منزه* صفحات 11-18

    در این پژوهش، تاثیر عملیات حرارتی پیرسازی مصنوعی به همراه نورد سرد $rm{(T8)}$ بر رفتار کششی آلیاژ آلومینیوم 2024 در حضور و عدم حضور شیار مورد بررسی قرار گرفته است. برای تعیین سازوکارهای شکست، با استفاده از SEM سطوح شکست، نمونه های کششی تحت زمان های متفاوت پیرسازی مطالعه شد. نتایج رفتار کششی نشان داد که با ایجاد شیار در نمونه ها، تنش تسلیم و نهایی افزایش پیدا کرده و ماده نسبت به شیار مستحکم می شود؛ اگرچه به دلیل کاهش چشمگیر کرنش شکست در اثر حضور شیار، چقرمگی نمونه های شیاردار به شدت کاهش می یابد. این کاهش در اوج پیری بیشترین میزان را دارد. همچنین به نظر می رسد تغییر شکل زمینه، ذرات ترک خورده و جدایش ذره از زمینه، سازوکارهای شکست در تمامی شرایط پیرسازی و در کل نمونه ها هستند، اما حضور شیار به شدت کسر ذرات ترک خورده را افزایش داده و همراه با کاهش حجم زمینه، سبب افت چشمگیر در کرنش شکست و چقرمگی می شود.

    کلیدواژگان: آلومینیوم 2024، عملیات حرارتی T8، رفتار کششی، سازوکارهای شکست
  • سیاوش کبیریان، علیرضا جهانگیریان* صفحات 19-28

    کنترل جریان با استفاده از میدان الکتریکی یکی از روش های نوین در مبحث کنترل جریان است. در این مقاله کنترل جریان جدا شده توسط یک محرک پلاسمایی مورد بررسی قرار گرفته و اثر پارامترهای مختلف بر عملکرد این محرک با استفاده از یک روش عددی مورد مطالعه قرار می گیرد. بدین منظور یک تابع به معادلات ناویر استوکس اضافه شده که نیروی حجمی تولید شده توسط محرک پلاسمایی را شبیه سازی کند. برای شبیه سازی اثرات محرک پلاسما از مدل شایی استفاده شده و روابط اضافی لازم در دو و سه بعد توسعه داده شده است. ابتدا میدان جریان در حضور عملگر پلاسمایی بر روی صفحه تخت و ایرفویل 0015NACA اعتبار سنجی می شود. سپس با تعمیم این مدل به حالت سه بعدی، جریان عبوری روی بال با مقطع 0015NACA تحت اثر محرک های پلاسمایی بررسی و اثر عواملی از قبیل ابعاد ناحیه ی تاثیر پلاسما، محل نصب عملگر و ولتاژ و فرکانس عملگر پلاسما بر مشخصات و کارآیی کنترل جریان مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. شرایط جریان شامل عدد رینولدز 45000، عدد ماخ 1٪، زاویه ی حمله 15 درجه و جریان آرام فرض شده است. بررسی اثر پارامترهای پلاسما نشان می دهد که افزایش فرکانس از یک کیلوهرتز به دو کیلوهرتز نسبت نیروی برآ به پسای بال را 23 درصد افزایش می دهد، در صورتی که با افزایش از 2 به 3 کیلوهرتز این افزایش تنها 10 درصد خواهد بود. همچنین افزایش ولتاژ از 2 به 3 کیلوولت باعث افزایش 17 درصدی نسبت برآ به پسا می شود در صورتی که افزایش از 3 به 4 کیلوولت این نسبت را 66 درصد افزایش می دهد. مطالعه ی اثر محل نصب عملگر نشان می دهد که بهترین نقطه برای نصب عملگرهای پلاسمایی همان نقطه ی شروع جدایش است.

    کلیدواژگان: کنترل جریان فعال، محرک پلاسمای DBD، شبیه سازی عددی جریان، کنترل جدایش، روش شایی
  • علیرضا محمدی، محمد فراهانی*، مسعود گودرز صفحات 29-34

    این نوشتار به بررسی تجربی اثر شتاب بر نرخ سوزش یک پیشرانه ی جامد کامپوزیتی بر پایه ی HTPB دارای ذرات آلومینیوم به عنوان یکی از عوامل تعیین کننده ی فشار محفظه می پردازد. برای انجام این منظور از یک سامانه ی گریز از مرکز استفاده خواهد شد. با انتخاب گرین درون سوز، بردار شتاب در زمان سوزش همواره عمود بر سطح پیشرانه اعمال شد. در این آزمایش ها فشار محفظه از 30 تا 80 بار و شتاب نیز از $rm{2g}$ تا $rm{60g}$ تغییر کرد. متغیر قابل اندازه گیری فشار محفظه ی احتراق بوده که برای ارتباط آن به نرخ سوزش از کد تحلیل صفر بعدی استفاده شد. در آزمایش هایی با شتاب کم تر از $rm{5g}$ نرخ سوزش تغییر محسوسی نداشته، اما در آزمایش هایی که شتاب در بازه $rm{30g}$ تا $rm{60g}$ قرار گرفته نرخ سوزش از مقدار پایه شروع شده و در انتهای سوزش به 1٫5 برابر مقدار پایه اش می رسد.

    کلیدواژگان: شتاب، نرخ سوزش، موتور سوخت جامد، پیشرانه ی کامپوزیت.}
  • احسان امیری، مهدی مجاهدی* صفحات 35-44

    هدف این نوشتار بررسی رفتار ترمومکانیکی یک فیبر لیزر تک غلافه ی ایتربیم:یاگ (Yb:YAG) تحت دمش طولی پیوسته است. بدین منظور فیبر به دو صورت تک هسته یی و چهارهسته یی مدل سازی شده و در محیط نرم افزاری المان محدود شبیه سازی می شود. برای تعیین توزیع دما و تنش در بلور، به دلیل تقارن در بار حرارتی و هندسه، مدل یک چهارم به کار رفته است. از آنالیز میدان های کوپله ی حرارت سازه در محیط نرم افزاری بهره گرفته شده و ابتدا توزیع دما در بلور محاسبه و سپس میدان تنش در دو فیبر تک هسته یی و چهارهسته یی تعیین می شود. نتایج نشان می دهد که در یک توان مشخص، فیبر چهارهسته یی نسبت به فیبر تک هسته یی بیشینه تنش کوچک تری دارد و توان دمشی شکست آن به مراتب بزرگ تر از فیبر تک هسته یی است. در نهایت، آثار حرارتی دمش شامل عدسی شدگی در دو بلور چهارهسته یی و تک هسته یی با هم مقایسه شده و نشان داده می شود که از نظر ترمومکانیکی فیبر چهارهسته یی عملکرد مناسب تری دارد.

    کلیدواژگان: فیبر لیزر، بلور ایتربیم:یاگ، چهارهسته، دمش طولی، آنالیز حرارت - سازه
  • عباس ابراهیمی*، مریم شکری صفحات 45-55

    درون کانال های خنک کاری، به دلیل گرادیان دمای بالای نزدیک دیواره، عدد رینولدز بالا و هندسه ی سه بعدی مسیرها، خنک کننده با پدیده هایی از جمله تغییر رژیم و افت انتقال حرارت مواجه خواهد شد. با گرم شدن متان با فشار فوق بحرانی، دمای آن از مقدار شبه بحرانی عبور کرده و شبه تغییر فازی اتفاق می افتد. همچنین، در نواحی بحرانی امکان افت انتقال حرارت در شار حرارتی زیاد و نرخ جریان جرمی پایین وجود دارد. در پژوهش حاضر، با استفاده از نتایج شبیه سازی انتقال حرارت متان در کانال MTP به مطالعه ی پارامتری افت انتقال حرارت در شار حرارتی، فشار ورودی، دمای ورودی، دبی جرمی و زبری سطح مختلف پرداخته شده است. همچنین، روابطی با خطای کمتر از یک درصد برای پیش بینی شروع افت انتقال حرارت متان در فشار 6 تا 20 مگاپاسکال استخراج شده است. در نهایت، روش هایی برای کنترل پدیده ی افت انتقال حرارت به کمک افزایش دمای ورودی، دبی جرمی، زبری سطح، فشار ورودی و همچنین کاهش شار حرارتی پیشنهاد شده است.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت همبند، متان گذربحرانی، دمای شبه بحرانی، کانال مستطیلی، افت انتقال حرارت
  • ابوالحسن عسگرشمسی*، مرضیه رضازاده، آرش ایروانی صفحات 57-65

    پمپ های گریز از مرکز در اکثر صنایع به عنوان یکی از اجزای مهم برای انتقال مایعات کاربرد دارند. در این پژوهش جریان سیال تراکم ناپذیر در شرایط پایا و مغشوش با استفاده از مدل آشفتگی $rm{k-omega,,SST}$ در نرم افزار $rm{ANSYSY,,16.0}$ و با استفاده از شرط عدم لغزش روی دیواره ها، به صورت عددی مدل سازی می شود. یکی از عوامل موثر در افزایش بازدهی پروانه ی پمپ گریز از مرکز، تغییر توزیع شعاعی مراکز سطح پروفیل های دوبعدی است. در این نوشتار، این تغییرات در راستای مماسی انجام شده و تغییر زاویه ی لین در دو حالت ریشه ثابت و نوکثابت بررسی می شود. با شبیه سازی میدان جریان برای زوایای لین مختلف مشاهده می شود که ایجاد زاویه ی لین منفی باعث افزایش بازدهی به میزان 0٫51 درصد برای حالت ریشه ثابت و 1٫34 درصد برای حالت نوک ثابت می شود.

    کلیدواژگان: بازده، پمپ گریز از مرکز، پروانه، حل عددی، زاویه ی لین
  • اصغر اشرفی فر، محسن فتحی* صفحات 67-75

    در این مقاله، روشی برای تشخیص خرابی بالک های کنترل آیرودینامیکی در یک رهگیر مافوق صوت ارایه شده است. این خرابی ها شامل سوختن، شکستن یا باز نشدن بالک های تاشو است. در این روش از داده های سنسورهای اینرسی و مدل غیرخطی وسیله استفاده می شود تا خرابی بالک، قبل از شکست ماموریت، شناسایی شود. از بین رفتن بالک کنترلی سبب تغییر در ضرایب آیرودینامیکی و بنابراین تغییر در مدل خواهد شد. بنابراین علاوه بر تغییر در سیگنال کنترلی، مدل سیستم نیز تغییر می کند که فرایند شناسایی خرابی را پیچیده تر خواهد کرد. برای غلبه بر این مشکل، یک مدل آیرودینامیکی معادل معرفی می شود. سپس درصد صحت هر بالک توسط یک فیلتر غیرخطی در طول زمان تخمین زده می شود. در بخش نتایج، سناریوهای مختلفی شامل سوختن و شکستن بالک ها در زمان های مختلف، در حضور خطاهای آیرودینامیک و سنسورهای اینرسی بررسی شده است. نتایج حاصله نشان گر آن است که روش پیشنهادی خرابی بالک را در زمانی کوتاه و با دقت خوب تشخیص می دهد.

    کلیدواژگان: تشخیص خرابی بالک، فیلتر کالمن غیرخطی، وسیله ی مافوق صوت بالک کنترل، تخمین پارامتر، تخمین ضرایب آیرودینامیکی
  • اسلام عزت نشان*، رضا گوهری مهر صفحات 77-88

    در نوشتار حاضر کارایی عملگرهای برخورد در روش شبکه ی بولتزمن با دو زمان آرامش یکتا و چندگانه و دو روش اعمال نیرو برای شبیه سازی جریان های دوفازی مطالعه شده است. اندرکنش بین دو فاز گاز و مایع در فصل مشترک با مدل شان چن شبیه سازی شده است. با هدف عدم وابستگی نسبت چگالی به مقدار زمان آرامش و رفع محدودیت روش شان چن استاندارد، از روش اعمال نیروی اختلاف دقیق استفاده شده است. کارایی و پایداری الگوریتم عددی توسعه یافته با شبیه سازی جریان های دوفازی در اعداد وبر و رینولدز مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که اعمال نیروی اندرکنش بین دو فاز با استفاده از روش اختلاف دقیق سبب استقلال نسبت چگالی از مقدار زمان آرامش می شود. همچنین، استفاده از زمان آرامش چندگانه به جای زمان آرامش یکتا اثر مطلوبی در کاهش مقدار سرعت های غیرفیزیکی دارد که نتیجه آن افزایش پایداری حل عددی برای شبیه سازی جریان های دوفازی کاربردی در اعداد وبر و رینولدز بالا است.

    کلیدواژگان: روش شبکه ی بولتزمن چندفازی، مدل شان چن، زمان آرامش چندگانه، روش اختلاف دقیق
  • فرید صادقیان جهرمی، مسعود بهشتی* صفحات 89-98

    هدف این مقاله، ارایه ی روش های جدید هدف گذاری در سامانه های فرایندی است که با توجه به نقاط قوت روش های تحلیلی همزمان انرژی اگزرژی برای سامانه های حرارتی و شیمیایی حاصل می شود. در ادامه روش توسعه یافته یی به نام پل اگزرژی در دو سطح مختلف برای تحلیل سامانه های فرایندی از نظر انرژی و اگزرژی به صورت همزمان ارایه شده است. خروجی اینروش توسعه یافته ی پل اگزرژی روابط جدید و تصحیح شده یی برای تحلیل همزمان انرژی و اگزرژی است که منجر به ایجاد منحنی انتقال اگزرژی (ETC) برای تجهیزات حرارتی و منحنی اتلاف انرژی اگزرژی و منحنی اتلاف هزینه ی انرژی اگزرژی (EXDL) برای تجهیزات شامل تغییر فشار و تغییر ترکیبات شیمیایی می شود. به عنوان زمینه ی مطالعاتی برای بررسی روش ترکیبی پل اگزرژی و الگوریتم بهینه سازی فرایند تولید مایعات گاز طبیعی (NGL) انتخاب شده است. در واحد تولید NGL با استفاده از تحلیل همزمان پل و اگزرژی در دو سطح و الگوریتم تکامل تفاضلی (DE)، کل هزینه های واحد به میزان 814400 دلار در سال کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: تحلیل همزمان پل اگزرژی (ETC)، منحنی اتلاف انرژی -اگزرژی(EDL)، منحنی اتلاف هزینه ی انرژی اگزرژی (ECDL)، بهینه سازی
  • محمد راسخ، میراعلم مهدی* صفحات 99-108

    در پژوهش حاضر، که بر اساس ترکیب رویت گر غیرخطی فیلتر کالمن هیبریدی(HEKF) و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است، تمامی ضرایب هیدرودینامیکی یک بیضی گون در صفحه ی افقی تخمین زده می شود. برای این کار، ابتدا یک مدل عددی با استفاده از نرم افزار تجاری انسیس CFX و با بهره گیری از الگوریتم تجدید شبکه در روش شبکه ی متحرک توسعه داده شده است. با استفاده از این شبیه سازی و انجام محاسبات مربوطه، تعدادی از ضرایب هیدرودینامیکی به دست آمد. سپس با کمک کد شبیه سازی شده ی فیلتر کالمن هیبریدی در محیط نرم افزار متلب و اعمال معادلات حرکتی حاکم بر یک جسم بیضی گون، ضمن به کارگیری از اطلاعات مکانی و سرعتی به دست آمده از مانور بیضی گون در محیط CFX، دیگر ضرایب هیدرودینامیکی مجهول تخمین زده شد. نتایج به دست آمده از روش پیشنهادی حاکی از تطابق خوب ضرایب جرم افزوده ی تخمینی از مدل شبیه سازی شده با مقادیر تحلیلی موجود است.

    کلیدواژگان: ضرایب هیدرودینامیکی، فیلتر کالمن، دینامیک سیالات محاسباتی، بیضی گون، شبکه ی متحرک
  • ندا مشهدگرمه، مهدی مظاهری*، جمال محمدولی سامانی صفحات 109-119

    در این تحقیق حل تحلیلی معادله ی انتقال جرم در حالت دوبعدی به ازای فعالیت منابع آلاینده ی نقطه یی با الگوهای زمانی دلخواه در دامنه ی محدود در کانال های روباز با استفاده از شیوه ی تبدیل انتگرالی تعمیم یافته به دست آمده است. به منظور ارزیابی حل، به مقایسه ی حل تحلیلی پیشنهادی با حل تحلیلی به روش تابع گرین در دو مثال فرضی پرداخته ایم. در مثال اول، یک منبع آلاینده با الگوی زمانی به صورت تابع نمایی مرکب در نظر گرفته شد. در مثال دوم، دو منبع آلاینده ی نقطه یی با الگوهای زمانی نامنظم لحاظ شد. نتایج حاصله حاکی از انطباق حل تحلیلی پیشنهادی با حل تحلیلی به روش تابع گرین بوده و عملکرد مطلوب حل تحلیلی پیشنهادی را نشان می دهد. حل تحلیلی پیشنهادی قابلیت اتخاذ منابع آلاینده ی متعدد با الگوهای زمانی دلخواه را دارد و می توان از آن به عنوان راه حلی پایه یی برای صحت سنجی حل های عددی در حالت دوبعدی بهره مند شد.

    کلیدواژگان: معادله ی انتقال جرم، منابع آلاینده ی نقطه یی، الگوهای زمانی دلخواه، روش تبدیل انتگرالی تعمیم یافته، دامنه ی محدود
  • قادر فرجی*، امید شاپورگان، جواد شهبازی کرمی، ثمین صادقیان صفحات 121-131

    ناحیه ی اعمال کرنش در روش استحکام دهی لوله توسط لاستیک (RPTS) به صورت لوزی طراحی شده است. یک ماندرل که دارای قسمتی محدب به شکل لوزی است، به داخل لوله رانده می شود در حالی که یک حلقه لاستیک بیرونی آن را فرا گرفته است. در نتیجه، قطر لوله به طور موضعی افزایش یافته و با پایین رفتن ماندرل، لاستیک فشرده می شود و لوله را به ابعاد اولیه اش برمی گرداند. استحکام لوله های دولایه در پاس سوم MPa 180٫6 است که نسبت به پایه ی آلومینیومی افزایش و نسبت به پایه ی مسی کاهش داشت. در حالی که سختی مس خام قبل از فرایند HV 92 اندازه گیری شد، سختی لایه ی مسی لوله ی دوجداره بعد از فرایند به HV 130 رسید. در نتیجه ی این تغییر، لایه ی آلومینیومی لوله ی دوجداره نسبت به نمونه ی خام آن، از HV 40 به HV 50 افزایش یافت. شبیه سازی نشان دهنده ی مزیت همگنی بالا در اعمال کرنش های بالاست.

    کلیدواژگان: تغییر شکل خمیری شدید، لوله های دولایه، روش اجزاءمحدود، خواص مکانیکی، لاستیک
  • سعید محمدباقری، محمد وجدی* صفحات 131-137

    میکرومیکسرها یکی از اجزاء مهم سیستم های میکروسیالاتی هستند که برای اختلاط دو سیال در فازهای مایع یا گاز به کار می روند. از آن جا که مقیاس این دستگاه ها در حدود میلی متر است و جریان سیال نیز در رینولدزهای پایین صورت می گیرد، لذا استفاده از هندسه های مناسب برای تسریع روند اختلاط در طول مسیر کانال ضروری است. برای افزایش میزان اختلاط از دو استوانه در مسیر جریان با سرعت های دورانی مختلف استفاده شده که روشی فعال برای اختلاط است. شبیه سازی اختلاط و جریان سیال با روش های عددی و اجزای محدود انجام شده است. برای حل معادلات از نرم افزار کامسول استفاده شده و نتایج به صورت کانتورهای جریان و غلظت ارایهشده است. نتایج به دست آمده تطابق قابل قبولی با کارهای قبلی داشته و نشان می دهد که استفاده از استوانه های دوار باعث افزایش اختلاط نسبت به حالت استوانه های ساکن می شود.

    کلیدواژگان: میکرومیکسر، روش فعال، اختلاط، استوانه مدور، شبیه سازی عددی، روش اجزای محدود
|
  • S.A. Erfanian, A.R. Jahangirian* Pages 3-10

    The turbulent flow around a circular cylinder at the Reynolds number of 13100 is controlled using the combination of downstream splitter plate and upstream control cylinder as a new configuration. For this purpose, first a splitter plate with the length of L is attached to the downstream base of the cylinder and its length is varied to yield the optimum plate length in which the forces are minimum. The Reynolds averaged Navier Stokes equations is solved by a finite volume method together with a K-w SST turbulence model. Results show that the presence of the splitter plate has great impact on the flow characteristics and reduces the time average of the drag coefficient and amplitude of the lift coefficient oscillations. At L/D=1 the drag and lift coefficients of the system is reduced about 48% and 97% respectively. In the next part, a control cylinder with the smaller diameter than the main cylinder is placed at the upstream and the center to center ratio is varied. Results show that the control cylinder reduces the system drag coefficient in all the investigated distances while reduces the lift coefficient just in some bigger distances. At C/D=4 the drag and lift coefficients of the system is reduced about 35% and 11% respectively. In the last part, the simultaneous combination of upstream control cylinder and downstream splitter plate in their optimum configurations is used. Results show that this configuration significantly reduces the drag and lift coefficients of the system compared to the main cylinder. Furthermore, the performance of the new configuration in reducing the drag force is better than those of each of the splitter plate and control cylinder alone. At the condition with C/D=4 and L/D=1 the drag and lift coefficients of the system are reduced about 57% and 63% respectively compared with those of the main cylinder.

    Keywords: Turbulent flow around cylinder, passive flow control, vortex shedding, splitter plate, control cylinder
  • K. Pakravan, A. Hosseini Monazzah* Pages 11-18

    The effect of artificial ageing on tensile properties and fracture behavior of 2024 Al alloy in the presence and absence of notch was investigated. The tensile samples having two V notches, as well as, common tensile specimens were prepared according to ASTM E8. T8 heat treatment consisting of solutionizing, cold rolling, and aging was selected to establish precipitation hardening in Al2024 alloy. Considering T8 condition, following solutionizing of Al sheet at 5000C, samples were cold rolled with 30% reduction. Finally artificial aging was applied at 2000C via different times. The results of Brinell test shows that the maximum value of hardness was achieved at 1 hour, which indicated the peak aging condition. Moreover, soaking samples in aging condition at 2000C for 15 minutes and 4 hours were considered as under-aging and over-aging states, respectively. Similar to hardness results, the superior amount of yield strength and ultimate tensile strength of un-notched specimens were observed at peak aging time, while in notched samples, the role of aging time was not prominent due to the presence of V shaped flaws. By applying notches on specimens, the yield and ultimate stress were found to increase with simultaneously decrease in elongation at fracture. It was found that due to localizing plastic deformation around flaws, the presence of notch increases the strength of 2024 Al alloy, while elastic behavior controls deformability far from notches. The energy which was absorbed till fracture, was indicated as toughness and it was found to be absolutely dominated by the elongation at fracture and significantly decreased in notched specimens. The peak-ageing condition of notched tensile specimens had the lowest toughness compare to under-ageing and over-ageing conditions. Although three fracture mechanisms, such as matrix deformation, particle cracking and matrix/particle debonding observed in all samples, the distribution of these mechanisms were more homogeneous in un-notched specimens. In the other words, one may claim that the presence of flaws enhanced the cracked particles, which accompanied with lowering matrix deformability lessened the elongation and toughness.

    Keywords: Aluminum 2024, t8 heat treatment, tensile behavior, fracture mechanisms
  • S. Kabirian, A.R Jahangirian * Pages 19-28

    Active control of airflow by using Dielectric-Barrier-Discharge (DBD) is a recent development in flow control theory. Low-weight, low power consumption, no moving parts and flexibility of use are some of its advantages over passive control methods.In this paper, a User Defined Function (UDF) code was hooked into the main flow solver code to model the momentum injected to the flow by DBD actuator. Among different methods that were proposed, Shyy numerical method is selected. The selection process is based on pros and cons of different first principle and phenomenological methods which were published in recent years.In order to validate the results of the air flow in the presence of DBD actuator two test cases are selected, the flow around the Flat Plate and NACA 0015 airfoil. Different flow variables including the velocity profile and pressure distributions are obtained and compared to the reference data. 3D effects of DBD actuators are also investigated by using a NACA 0015 wing model. Two tests are carried out. First, the effect of doubling the DBD field is studied. After doubling the strength of DBD field, the control power of actuator enhanced. Pressure distribution in the midpoint of wing clarifies this fact. Second, the effect of span-wise DBD actuators is investigated. In three locations DBD roll installed on the wing platform and its effect on the flow variables carried out. This experiment clarified that the best location to use DBD plasma actuators would be the onset of flow separation. In this location, the lift to drag ratio of the wing is maximum.Also we studied the DBD parameters which affect the Ionic wind strength, Frequency and Voltage of the power supply. Increasing voltage and frequency would make plasma more effective (this is also concluded from lift to drag ratio) but the trend is not linear for voltage.

    Keywords: Active flow control, DBD plasma actuators, numerical simulation, separation control, Shyy method
  • A.R. Mohammadi, M. Farahani *, M. Goodarz Pages 29-34

    This research is conducted to study acceleration effect on the burning rate augmentation of an aluminized solid propellant based on HTPB as an effective factor determining combustion chamber pressure. A centrifugal experimental setup was designed to obtain a uniform acceleration field by rotating the test motor around its longitudinal axis. A cylindrical port propellant grain was used in the test motor which had an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 60 mm and a length of 52 mm, so acceleration vector was always perpendicular to inner burning surface of propellant. Inner radius of tube was small, so the magnitude of acceleration increased as the grain burned back. The pressure of combustion chamber was changed from 30 bar 80 bar by changing the nozzle throat and the magnitude of acceleration changed from 2g to 60g by changing the rotational speed of solid rocket motor. Pressure of combustion chamber was measured. An analytical 0D code was used to compute burning rate augmentation of propellant in acceleration field. Nozzle throat diameter is another parameter controlling the pressure field of combustion chamber of solid rocket motor. Thermomechanical erosion of nozzle throat is significant in aluminized propellant, so erosion of graphite throat insert was measured and taken into account in 0D code. Burning time of all tests was below 2 sec. due to small web of the grain. As investigated, at low acceleration level (below 5g), burning rate of propellant is not sensitive to acceleration while in the condition in which acceleration changed from 30g to 60g, burning rate augmentation ratio increased from 1 to 1.5. The transient behavior of burning rate augmentation in acceleration field was obvious in obtained results due to short burn time of SRM. At high acceleration level, inner cylindrical surface of inhibitor was coated with aluminum oxide particles.

    Keywords: Acceleration, burning rate, solid rocket motor, composite propellant
  • E. Amiri, M. Mojahedi * Pages 35-44

    The solid state lasers consist of host mediums that are doped by an active ions. The host environment is built in the form of slab, rod, disk and fiber according to the geometric shape. In most cases, the solid lasers can be stimulated by diode pumping. During the pumping, some of the pumping energy at the crystal is converted to heat and this heat causes the temperature gradient in the crystal. The temperature gradient can produce thermal stresses and even lead to fracture in the crystals. In the fiber lasers, these phenomena disturb the laser operation and decrease the maximum input power of the laser. In this paper, the thermo-mechanical behavior of single clad Yb:YAG fiber laser is discussed under continuous end pumping. The single clad fibers have been modeled with single and four cores and they are simulated by finite element software (Ansys). Since the thermal loading and geometry of the fiber have symmetry planes, in the modeling, one quarter model is used to determine the temperature and stress distributions. In the Ansys software, the coupled thermal-structural analysis is utilized. First, the temperature distribution is calculated in the thermal environment of the software and then thermal stress fields for single core and four-core fiber lasers are obtained by applying the temperature distributions calculated through the thermal analysis. In the analysis, the mesh dependency is evaluated and for achieving convergence, the required number of element is determined. The temperature distributions in single and four core fibers, with two positions for cores, are calculated. For any case, the calculated temperatures are compared with each other and the position of core related to smaller temperature is selected. The results show that, in comparison to single-core fiber, a four core fiber has smaller maximum stress at the same power and higher pumping fracture power. Finally the other thermal effects of the pumping, including thermal lensing, for single and four core fiber are compared with each other and it is shown that the four core fiber laser has better performance in terms of thermomechanical output.

    Keywords: Fiber laser, Yb:YAG crystal, four core, continuous pumping, thermal-structural analysis
  • A. Ebrahimi *, M. Shokri Pages 45-55

    The coolant fluid inside the cooling channels may experience flow regime change and heat transfer deterioration. Heating methane at super-critical pressure results in a higher than pseudo-critical temperature and pseudo-phase change happens. Furthermore, in critical conditions, there is the possibility of heat transfer deterioration at high heat fluxes and low mass fluxes. In these areas, heat transfer from the wall to the fluid is disturbed due to the decrement in the heat transfer coefficient. Also, the wall temperature increases and there is the melting possibility of the engine wall. As a result, the study of this phenomenon is important for the thermal analysis of cryogenic methane for cooling applications. In the present article, a three-dimensional solver is developed for the simulation of the conjugate heat transfer inside a rectangular channel with trans-critical methane coolant. A finite volume scheme is utilized for the discretization of the governing equations. An iterative solution method based on the SIMPLEC algorithm is used to solve the equations. The solver is developed based on the thermodynamic and transport property relations corresponding to the coolant flow conditions in the trans-critical regime. The parametric study of the heat transfer deterioration phenomena is conducted utilizing the conjugate heat transfer simulations results of methane inside the MTP channel for heat transfer rate, inlet pressure and temperature, inlet mass flux, and different surface roughness. Further, a few relations are derived for predicting the onset of methane heat transfer deterioration along the rectangular cooling channel in a range of pressure from 6 MPa to 20 MPa. The relative error of derived relations with numerical data is less than 1 percent. Finally, some methods for controlling the heat transfer deterioration phenomena have been presented.

    Keywords: Conjugate heat transfer, trans-critical methane, pseudo-critical temperature, rectangular channel, heat transfer deterioration
  • A. Asgarshamsi *, M. Rezazadeh, A. Iravani Pages 57-65

    Centrifugal pumps are used in the various industries as one of the important components responsible for the movement of the incompressible fluids. In this paper, the fluid flow of water in a centrifugal pump is simulated with a three-dimensional numerical solution. The operating fluid is considered to be incompressible and in steady state condition. The numerical solution is performed using a ANSYSY 16.0 software. The provided results are validated by the pump manufacturer's characteristic curves. One of the effective factors in increasing the efficiency of the centrifugal pump impeller is the change in radial distribution of surface centers of two-dimensional profiles. In this research, these changes have been done in tangential direction. The change of the lean angle in two modes of fixed hub and fixed shroud has been performed. The simulation of the flow field for various lean angles showed that the creation of a negative lean angle has been increased the efficency by 0.51% for the fixed hub and 1.34% for the fixed shroud.

    Keywords: efficiency, centrifugal pump, impeller, numerical solution, lean angle
  • A. Ashrafifar, Mohsen Fathi Jegarkandi* Pages 67-75

    In this paper, a new model-based fault detection method for an agile supersonic flight vehicle is presented. A nonlinear model, controlled by a classical closed loop controller and proportional navigation guidance in interception scenario, describes the behavior of the vehicle. The proposed FDD method uses Inertial measurement unit (IMU) data and nonlinear dynamic model of the vehicle to inform fins damage to the controller before leading to an undesired performance or mission failure. Broken, burnt or not opening of control surfaces causes a drastic change in aerodynamic coefficients and thus dynamic model. Therefore, in addition to the changes in the control forces and moments, system dynamics will change too, leading to the failure detection process being encountered with difficulty. To this purpose, an equivalent aerodynamic model is proposed to represent the dynamics of the vehicle, and the health of each fin is monitored by the value of a parameter which is estimated using a nonlinear filter. To identify model changes after fin failure, the aerodynamics of body and control surfaces are modeled separately. A percentage of the fins which have the ability to generate aerodynamic force is modeled by a parameter and these parameters are estimated over time, using a nonlinear estimator. Parameters estimation through the filtering approach is an indirect procedure, consisting of transforming the problem into a state estimation problem. The value of these parameters will be between 0 and 1. Where value 1 corresponds to the health of the fin and value denotes whether the fin has not opened or has been destroyed completely. The proposed method detects and isolates fins damage in a few seconds with good accuracy. Simulation results show that the new failure diagnosis algorithm estimated fins health percentage with good accuracy. After estimating the parameters, they can be sent to the controller and the controller has changed control signal.

    Keywords: Fin failure detection, nonlinear kalman filter, fin control agile vehicle, parameter estimation, aerodynamic coefficient estimation
  • E. Ezzatneshan*, R. Goharimehr Pages 77-88

    In this paper, the multiphase lattice Boltzmann collision models are evaluated by a comparative study for the simulation of liquid-vapor two-phase flow problems. Herein, the single-relaxation-time (SRT) scheme based on the Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) approximation and the multiple-relaxation-time (MRT) method with two different forcing schemes are considered. The pseudo-potential Shan-Chen (SC) model is used to resolve the inter-particle interactions between the liquid and gas phases. In the standard form of the SC model, the interaction force is imposed in the momentum field which unphysically causes the density ratio to change with the variation of relaxation time. In this study, a modified form of this model is implemented to decouple these two physical parameters. Herein, the interaction force is imposed using the exact difference method (EDM). The efficiency and accuracy of the present numerical scheme based on the lattice Boltzmann method (LBM) with the SRT and MRT schemes are examined for simulation of two-phase flows in different conditions. The equilibrium state of a droplet in the periodic flow domain and on the flat surface with hydrophobic and hydrophilic wetting condition are computed to investigate the robustness and performance of the collision operators applied. The results obtained for these problems are compared with the analytical solutions which shows a good agreement. The collision of a droplet on the liquid film at various flow conditions is investigated and the predicted results are presented at a range of the Weber and Reynolds numbers. The present study demonstrates that the SRT model suffers from the spurious velocity in the interfacial region which causes numerical instabilities at moderate Reynolds and Weber numbers. It is found that the MRT model is stable for all the cases considered in the present work even at high Reynolds and Weber numbers. In terms of the computational efficiency, the SRT scheme is slightly attractive, although the computational cost of this model is not considerably lower than MRT scheme. The present study suggests the lattice Boltzmann method with the MRT collision operator incorporated with the EDM technique is robust, sufficiently accurate and computationally efficient to resolve the practical liquid-vapor two-phase flow structures and properties.

    Keywords: Multiphase lattice boltzmann method, shan-chen model, multi-relaxation time, exact difference method
  • F. Sadeghian, M. Beheshti* Pages 89-98

    The purpose of this manyscript includes providing new analysis and optimization method in process systems which is achieved due to the strengths of the simultaneous analytical methods of energy-exergy for thermal and chemical systems. In this treatise, it has been tried to with doing a comprehensive research effort, a new method is proposed to target energy-exergy process systems with help of other techniques in order to be useful in analyzing and optimizing process systems. In addition, exergy, exergyeconomic and pinch methods have been introduced according to the need and importance of relevant analyzes. In the following, the developed method in the synchronous combination of Pinch-Exergy called Bridge-Exergy is presented at two different levels for analyzing the energy and exergy process systems simultaneously. The output of this developed bridge-exergy method is a new and correlated equation for the simultaneous analysis of energy and exergy, which it leads to creation of an Exergy Transmission Curve (ETC) for thermal equipment and an energy exergy destruction curve (EDL) and an energy --- exergy cost destruction curve (ECDL) for equipment including pressure and composition change. Hereafter using this method of combining and analyzing the equipment of the process system, by using the artificial intelligence method called differential evolution algorithm, the optimization and integration of the whole process system are done simultaneously. Finally, based on the developed energy-exergy analysis method, a new algorithm is introduced and evaluated for the design of optimal process systems. As a field study for investigating the bridge-exergy combination method and optimization algorithm, NGL production process has been briefly investigated and thoroughly analyzed and optimized. In the process of natural gas separation, using the bridge-exergy combination method and artificial intelligence method, the differential evolution algorithm, the operating cost is reduced about 44 % and the annual profit is increased to about 814400 ($/year).

    Keywords: integration, bridge -exergy analysis (ETC), energy -exergy destruction curve (EDL), energy -exergy cost destruction curve (ECDL), Optimization
  • M. Rasekh, M. Mahdi * Pages 99-108

    In the present study, a novel method has been introduced to estimate the hydrodynamic coefficients of an axisymmetric submersible prolate spheroid. In this heuristic procedure which is based on combination of the nonlinear Hybrid Extended Kalman Filter (HEKF) observer and Computational Fluid Dynamics (CFD), all of the hydrodynamic derivatives of a prolate spheroid in horizontal plane are estimated to simulate the Three Degrees of Freedom (3DoF) equations of motion. For this purpose, first, a CFD-based numerical model has been developed for an axisymmetric prolate spheroid by the commercial code ANSYS CFX software using the remeshing algorithm in dynamic mesh method. In this algorithm, the grid around objects deform locally using the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) form of the governing fluid equations. When this deformation reduces the mesh resolution, significantly, the grid is re-meshes and improved. By performing the corresponding calculations along with the simulation, some hydrodynamic derivatives were obtained. Then, utilizing the hybrid kalman filter simulation code based on the parameter identification, other unknown derivatives were estimated in the MATLAB software environment by applying the equations of motion governing an ellipsoidal body shape. It should be noted that, for deriving the remaining hydrodynamic coefficients of the mentioned prolate spheroid using HEKF, positions and velocities of the object in each time step are needed. So, the dynamic motion of the vehicle in the fluid is simulated using the transient tool of the ANSYS CFX software while benefiting from the remeshing algorithm. Furthermore, the hybrid form of the Extended Kalman Filter (EKF) is chosen as the equations governing the 3DoF motion of the ellipsoid is continuous and the measurements are discrete. Results obtained from the proposed method indicate a good agreement for estimated added mass derivatives in comparison with the available analytical ones. The following study is an effort made to introduce an innovative strategy to investigate the hydrodynamic coefficients of submersible platforms like submarines, torpedoes and AUVs.

    Keywords: Hydrodynamic coefficients, Kalman Filter, computational fluid dynamics, prolate spheroid, dynamic mesh
  • N. Mashhadgarme, M. Mazaheri *, j. Mohammd Vali Samani Pages 109-119

    The concentration distribution in the water resources is analyzed with Mass transfer equation. Analytical solutions of this equation play an important role in understanding the mass transfer problem, mass transport parameter estimation, and numerical model verification. One of the powerful methods in solving nonhomogeneous partial differential equations analytically in one or multi-dimensional domains is Generalized Integral Transform Technique. This method is based on eigenvalue problem and integral transform that converts the main partial differential equation to a system of Ordinary Differential Equation (ODE). In this research, an analytical solution to two-dimensional Mass transfer equation with arbitrary emission time patterns of point sources was obtained at the finite domain in the open channels using Generalized Integral Transform Technique. In order to evaluate the extracted solution, the result of the proposed solution was compared with the Green's function method solution in the form of two hypothetical examples. In the first example, one point source with the compound exponential function was considered. In the second example, two point source with irregular time pattern at the distance from each other was assumed. The final results were represented in the form of the concentration contours at different times. The results show the conformity of the proposed solution and Green's function solution and report the suitable performance of the proposed solution. The presented solutions have various applications; they can be used instead of numerical models for constant- parameters conditions. The analytical solution is as an exact, fast, simple and flexible tool that is conveniently stable for all conditions; using this method, difficulties associated to numerical methods, such as stability, accuracy, numerical dispersion, etc., are not involved. The extracted solution in this research can adopt multiple pollutant sources with arbitrary time patterns and can be used as a benchmark solution for the numerical solution validation in two-dimensional mode.

    Keywords: Mass transfer equation, point sources, arbitrary time pattern, generalized integral transform technique, finite domain
  • O. Shapourgan, Gh. Faraji *, J. Shahbazi Karami, S. Sadeghian Pages 121-131

    In this paper, the strain area has been designed as a diamond in a new Rubber Pad Tube Straining (RPTS) method, and the tests are applied to two layer copperaluminum. Tubes used in this experiment are pure copper with dimensions with an outer diameter of 22 mm and a thickness of 0.85 mm and also for the aluminum tube grade 1100 with an outer diameter of 22 mm and a thickness of 1 mm, which, after cutting at a length of 110 mm in diameter, were placed in the die. To get the desired result, it was decided to use high-strength polyurethane. A mandrel, which has a convex portion in the form of a diamond, is pushed into the tube, while the tube is xed by a cylindrical rubber. As a result, the initial diameter of the tube is increased locally, and then, when the mandrel goes down, the energy stored in the rubber returns the tube to its original dimensions. The simulation of the process using the Abaqus nite element software showed that the highest strain is obtained when the maximum diameter of the convex section is as large as the outer diameter of the tube. The strength of the two-layer tube in the third pass was 180/6 MPa, which grew to the same as the aluminum base metal and was lower than that of the copper base metal. The hardness of the copper section of two layer tube under the process compare to its base metal obtained from 92 HV to 130 HV. This condition had a growth for the aluminous layer of 40 HV in the base metal to 50 HV in the two-layer aluminum section. The simulation shows that regardless of the copper-aluminum-metal bonding region, the proposed method has major advantages including high strain homogeneity. The process force is also calculated in the rst pass of about 31 tons.

    Keywords: Severe plastic deformation, bi-metal tubes, nite element method, mechanical properties
  • S. Mohammadbagery, M. vajdi * Pages 131-137

    Micro-mixers are one of the important components of micro-fluid systems. Micro mixers are small devices that are used to mix two different fluids which can be liquid or gas phases. Since the scale of these devices is very small and fluid flows with very low Reynolds. At lower Reynolds numbers, the fluid's diffusivity is the dominant parameter to mix the fluids. If the flow is forced to create vortices, mixing phenomena will improve considerably. So using the appropriate geometries to create vortices and accelerate the mixing process along the channel is essential. In this study, two cylinders are used to enhance the mixing which is a passive method.Despite other mixing accelerators, cylinders are better because of their smaller drag coefficient. Rotating cylinders can help the mixing phenomena by means of fluid no-slip boundary condition. Since a rotating cylinder can change the path lines of fluid particles and help the mixing process, both cylinders is used geometry rotate clockwise or counter clockwise. Simulation of mixing and fluid flow, accomplished with numerical methods and finite element. Governing equations are solved by means of COMSOL software and the results are shown as contours of pressure and concentration.Four different cases are considered base on the combination of rotation direction of cylinders. To verify the numerical method, simulation of a T-mixer is done by standard input data and compared with previous works, data. Results for a T-shaped mixer are in good agreement with reference data. Then, simulation of flow around stationary cylinders is done and results are compared with different rotating cases. It can be admitted that two rotating cylinders are better. However, two cases in which the rotational direction of cylinders are the same, improve mixing much better. In these two cases, cylinders force the fluid particles to enter the other fluids region and mix with each other.

    Keywords: Micro mixer, active method, concentration, rotary cylinder, numerical simulation, finite element method