فهرست مطالب

مهندسی مکانیک شریف - سال سی و هفتم شماره 1 (بهار و تابستان 1400)

مجله مهندسی مکانیک شریف
سال سی و هفتم شماره 1 (بهار و تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/04/27
  • تعداد عناوین: 10
|
  • محمدرضا میرجلیلی، کاوه قربانیان* صفحات 3-15

    یکی از تجهیزات مورد استفاده در سیستم های تبرید، لوله ی گرداب است که در آن یک سیال پرفشار از طریق نازل های ورودی وارد لوله شده و به دو جریان با دماهای کم تر و بیشتر نسبت به دمای ورودی منشعب می شود. پژوهش حاضر، سعی در دست یابی به شناخت بهتر پدیده ی جدایش انرژی به روش شبیه سازی عددی دوبعدی یک مدل تقارن محور چرخشی در محیط نرم افزار فلوینت 18٫2 دارد. نوآوری این تحقیق در بررسی رفتار جریان به صورت حل گذراست. نتایج حاصله ضمن تایید وجود گردابه های آزاد و اجباری، حاکی از آن است که المان های پیرامونی با حرکت به انتهای گرم و با دریافت انرژی از المان های مرکزی، به دمای بالاتری می رسند. بیشینه ی دمای کل، در نزدیکی دیواره رخ داده و به علت شرط عدم لغزش، دمای کل با کاهش مواجه است. همچنین، تغییرات دمای کل نشان می دهد که کاهش گرادیان دمای کل، در نواحی نزدیک به خروجی گرم است.

    کلیدواژگان: لوله ی گرداب، جدایش انرژی، حل گذرا، دینامیک سیالات محاسباتی
  • رسول نیک پور، حسین مهبادی* صفحات 17-26

    در این مقاله ضریب شدت تنش ترک کوچک شعاعی در لبه ی خارجی یک استوانه ی جدار ضخیم ویسکوالاستیک دوار تحت فشار داخلی و توزیع حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور مدل سازی رفتار ویسکوالاستیک استوانه، از مدل جامد سه پارامتری زنر بهره گرفته شده است. ابتدا توزیع تنش در استوانه ی ویسکوالاستیک بدون ترک تعیین شده است. سپس با استفاده از روش برهم نهی و انتخاب ضریب هندسی مناسب، مسئله ی استوانه ی ترک دار بررسی شده است. نهایتا، اثر پارامترهای مختلف بر روی ضریب شدت تنش بررسی شده است. با حذف اثر ویسکوالاستیک در استوانه، ضرایب شدت تنش به دست آمده در مقاله ی حاضر با نتایج موجود در سوابق علمی مسئله مقایسه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با افزایش خواص الاستیک ماده ضریب شدت تنش افزایش و با افزایش خواص ویسکوز ماده ضریب شدت تنش کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: ضریب شدت تنش، استوانه ی ویسکوالاستیک، مدل زنر، فشار داخلی، توزیع حرارتی
  • علی برزگری، علی علی نیازیازی*، عادل مقصودپور صفحات 27-36

    در این تحقیق هدف کمینه کردن وزن سازه ی خرپا با به کارگیری فرمول بندی روش نیرو و الگوریتم بهینه سازی جایاست. قیود مسئله شامل قید تنش، جابه جایی و محدودیت سطح مقطع است و متغیرهای طراحی سطح مقطع اعضا در نظر گرفته شده اند. الگوریتم جایا یک الگوریتم جستجوی تصادفی است که برخلاف سایر الگوریتم های بهینه سازی برای تولید جمعیت به پارامترهای تنظیم کننده ی خاصی نیازی ندارد. بررسی مثال های موجود نشان از کارایی روش ارایه شده دارد. نتایج نشان می دهد که جواب نهایی به نقاط شروع حساس نیست و فقط باید نقاط شروع به حد کافی بزرگ باشند تا در داخل فضای قابل قبول طراحی قرار گیرند. برخلاف سایر روش های تصادفی که عموما نیاز به تعداد تکرار بسیار زیاد برای رسیدن به جواب دارند، در روش ارایه شده با تعداد چرخه ی به مراتب کمتر این امر حاصل شده است. همچنین نتایج نشان دهنده ی کاهش سریع وزن در چند چرخه ی اولیه است.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، روش نیرو، سازه ی خرپا، الگوریتم جایا
  • سعید غفارزاده، علی نصیری طوسی*، مسعود ریحانیان صفحات 37-48

    ویژگی اصلی موتورهای اشتعال تراکمی کنترل واکنشی کاهش قابل توجه آلاینده ی آکسیدهای نیتروژن و دوده هم زمان با افزایش بازده و کاهش مصرف سوخت است. هدف این مطالعه بررسی تجربی تاثیرات زاویه ی شروع و فشار پاشش سوخت دیزل و پاشش دومرحله یی سوخت دیزل بر احتراق RCCI است. نتایج این تحقیق نشان می دهد با افزایش فشار پاشش دیزل، شروع احتراق زودتر اتفاق می افتد و بیشینه ی فشار داخل محفظه ی احتراق افزایش می یابد و با به تعویق انداختن زاویه ی شروع پاشش دیزل بیشینه ی فشار داخل سیلندر کاهش می یابد و زاویه ی شروع احتراق هم به تاخیر می افتد. همچنین با افزایش فشار پاشش سوخت دیزل آلاینده ی NOx افزایش و UHC و CO کاهش می یابد. از طرفی نتایج پاشش دو مرحله یی سوخت دیزل نشان می دهد با تعویق زاویه ی شروع پاشش اول بیشینه ی فشار داخل سیلندر، HRR و IMEP افزایش می یابند و انتشار آلاینده ی NOx افزایش و UHC و CO کاهش می یابند.

    کلیدواژگان: احتراق اشتعال تراکمی کنترل واکنشی، فشار پاشش، پاشش دومرحله یی، بازده حرارتی، آلایندگی
  • فرزاد فلاحی*، رسول شعبانی، قادر رضازاده، سعید تاروردیلو صفحات 49-58

    دسته موتورهای لاستیکی عملکرد مناسبی در محدوده ی بسامد کاری ندارند؛ از این رو، دسته موتورهای هیدرولیکی برای حل این مشکل پیشنهاد شدند. در این مقاله دسته موتور هیدرولیکی در بسامدهای پایین بررسی شده و نشان داده شده است که افزایش سفتی دینامیکی و ضریب میرایی با کاهش انتقال پذیری دسته موتور، سه هدف متضادند؛ بنابراین از الگوریتم ژنتیک با اهداف کاهش انتقال پذیری و افزایش سفتی دینامیکی و ضریب میرایی استفاده شده و نمودار جبهه ی پارتو رسم شده است. همچنین به منظور انتقال بیشینه ی نمودار انتقال پذیری به خارج بازه ی کاری موتور از تابع جریمه استفاده شده است. با توجه به تضاد اهداف، بهینه سازی پاسخ یکتا ندارد و شامل مجموعه یی از پاسخ هاست. در نهایت به ازای سه دسته پارامتر بهینه، نمودار انتقال پذیری، سفتی دینامیکی و ضریب میرایی رسم و اثر بهینه سازی مشخص شده است. نتایج نشان دهنده ی کاهش انتقال پذیری در بازه ی بسامد کاری موتور و همچنین انتقال بیشینه ی مقدار آن به خارج بازه ی کاری موتور است.

    کلیدواژگان: دسته موتور هیدرولیکی، شیار اینرسی، جداکننده، بهینه سازی
  • امین میرزاخانی، احمد عاصم پور* صفحات 59-69

    آلیاژهای منیزیم معمولا دارای عدم تقارن تسلیم در حالت کشش و فشار هستند که این عامل ناشی از سازوکارهای مختلف تغییر شکل پلاستیک فعال تحت بارگذاری های کششی و فشاری است. این مقاله بر روی شبیه سازی المان حجمی نماینده ی سه بعدی از آلیاژ منیزیم اکسترود شده تمرکز دارد تا با کمک روابط کریستال پلاستیسیته تاثیر شدت بافت پایه بر عدم تقارن تسلیم کشش فشار را بررسی کند. روابط کریستال پلاستیسته مبتنی بر لغزش به صورت یک زیربرنامه در نرم افزار آباکوس (UMAT) برای شبیه سازی آزمون کشش و فشار بر روی RVE استفاده شده است. نتایج نشان می دهد زمانی که جهت گیری دانه ها به صورت تصادفی لحاظ شود، کمترین مقدار عدم تقارن تسلیم کشش فشار و هنگامی که همه ی دانه ها در یک راستای خاص جهت گیری کنند، بیشترین میزان عدم تقارن تسلیم کشش فشار رخ می دهد؛ این تفاوت رفتار در کشش و فشار با بررسی فعالیت عوامل مختلف تغییرشکل در بافت های مختلف تحلیل می شود.

    کلیدواژگان: سیستم های لغزش، دوقلویی کششی و فشاری، کریستال پلاستیسیته، ضریب اشمید، بافت پایه
  • نگار نباتیان*، مهران شیرازی، سعید جعفرزاده کناری صفحات 71-78

    در پژوهش حاضر عملکرد اجکتور تک فازی مافوق صوت با سیال کاری هوا در نرم افزار انسیس به صورت دوبعدی شبیه سازی شده است. هدف کار بررسی میدان های سرعت، فشار، رژیم جریان خروجی از نازل اولیه و نسبت مکش در شرایط مختلف عملکردی است. سپس برای رسیدن به بازده بیشتر، هندسه ی اجکتور با استفاده از الگوریتم چندهدفه ی ژنتیک بهینه سازی شده است. بهینه سازی با در نظر گرفتن اثر 4 پارامتر هندسی شامل قطر خروجی نازل اولیه، فاصله ی خروجی نازل اولیه تا ورودی قسمت اختلاط سطح مقطع ثابت، قطر و طول قسمت اختلاط مقطع ثابت انجام شده است. نتایج تحلیل حساسیت نشان می دهد که قطر قسمت اختلاط مقطع ثابت بیشترین تاثیر را بر روی دو تابع هدف نسبت مکش و نسبت فشار دارد. همچنین پس از بهینه سازی هندسه ی اجکتور مورد مطالعه، میزان نسبت مکش در حالت خفگی 11٫8 درصد و دامنه ی کارکرد آن 5 درصد افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: اجکتور تک فاز، شبیه سازی دوبعدی، بهینه سازی دوهدفه، تحلیل حساسیت
  • مهسا اصغری، سعید کریمیان علی آبادی*، میریوسف هاشمی صفحات 79-89

    در این پژوهش ابتدا حل عددی جریان حول ایرفویل دارای عملگر مکش با هدف بهبود عملکرد آیرودینامیکی انجام شده و سپس نتایج حل دوبعدی با استفاده از کیوبلید به توربین باد 5 مگاواتی تعمیم داده شده است. شبیه سازی جریان حول ایرفویل در حالت وجود مکش و فاقد مکش، با مدل گذار 4 معادله یی با ضرایب تصحیح شده، انجام و محل بهینه عملگر مکشی تعیین شده است. برای مطالعه و شبیه سازی توربین، نتایج حل عددی مقطع نمونه تحت کنترل جریان، در طیف زوایای حمله و طیف سرعت به عنوان داده ورودی کد سه بعدی استفاده شده است.در کد کیوبلید تصحیح اثرات سه بعدی در قالب الگوریتم تکانه ی المان پره انجام می شود. میزان ارتقای پارامترهای ضریب توان و پیشران برحسب نسبت سرعت نوک پره ارزیابی شده که نتایج نشان می دهد به کارگیری مکش حتی در بخش اندکی از پره سبب افزایش توان خروجی به ویژه در سرعت نوک پره پایین می شود. مکش واقع در 33٫5 درصد وتر سبب افزایش میانگین ضریب توان به میزان 4٫1 درصد می شود.

    کلیدواژگان: کنترل جریان، عملگر مکش، توربین بادی، ضریب توان، ضرایب آیرودینامیک
  • محسن ناظمی اشنی، مرتضی بیاره*، بهزاد قاسمی، افشین شیرینی صفحات 91-110

    جداسازی ذرات با توجه به کاربرد گسترده در علوم مختلف مهندسی، پزشکی و زیست فناوری، در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از آن جا که حجم سیال در دستگاه های میکروسیالی بسیار کم است، استفاده از آن ها مزایای متعددی از جمله هزینه ی کم و زمان تحلیل کوتاه دارد. به طور کلی، جداسازی ذرات با استفاده از دو روش فعال و غیرفعال صورت می گیرد. در روش فعال از یک نیروی خارجی به عنوان نیروی محرک استفاده می شود و در روش غیرفعال، جدایش ذرات بر اساس هندسه ی دستگاه و بدون بهره گیری از نیروی خارجی رخ می دهد. جداسازی فعال با استفاده از نیروهای مغناطیسی، الکتریکی، صوتی، نور و گرمایی انجام می شود.روش های جداسازی غیرفعال شامل جداسازی بر اساس اندازه ی ذرات، فیلتراسیون، اثر زوییفگ فانگ، اینرسی و گردابه ی دین و نیز استفاده از میکروگردابه است. در پژوهش حاضر، روش های جداسازی فعال و غیرفعال توصیف و معادلات حاکم بر جریان میکرو و فرضیات لازم بیان می شوند.

    کلیدواژگان: جداسازی ذرات، روش های فعال، روش های غیرفعال، شبیه سازی عددی، روش های آزمایشگاهی
  • کاوه قربانیان*، محمدرضا امینی مقام صفحات 111-123

    جداسازی ترکیبات، گازها یا فازهای مختلف از یکدیگر در صنایع از اهمیت ویژه یی برخوردار است. در این مقاله به طراحی یک بعدی یک نمونه ی جداساز به روش نوین مافوق صوت به منظور جداسازی و خالص سازی گاز متان از ترکیب گاز طبیعی پرداخته شده است. در جداسازی مافوقصوت، با شتاب گیری جریان و کاهش دما و فشار، ترکیبات سنگین تر که دارای دمای میعان بالاتر هستند، سریع تر مایع شده و به واسطه ی چرخش جریان و نیروی گریز از مرکز از فاز گاز و ترکیبات سبک تر جدا می شوند. جداسازهای مافوق صوت بدون هیچ قطعه ی متحرک، دارای قابلیت اطمینان و طول عمر بالا هستند. در این پژوهش، پس از تعیین هندسه ی جداساز، اثرات تغییر در دما، فشار و ترکیب گاز ورودی بر روی عملکرد آن بررسی شده است و با تغییر زاویه ی پره های چرخاننده، شدت چرخش مورد نیاز برای دست یابی به بهترین جداسازی در شرایط کاری مختلف محاسبه شده است.

    کلیدواژگان: جداسازی، مافوق صوت، نازل همگرا واگرا، جداساز چرخشی، متان
|
  • M.R. Mirjalili, K. Ghorbanian * Pages 3-15

    Ranque-Hilsch vortex tube is a simple mechanical device with no moving parts. A high pressure feed gas enters the vortex tube through the swirl nozzles causing the feed gas to split into two thermodynamically different streams. These two streams will be having not only different velocities but also distinguished temperatures that are lower and higher than the inlet feed gas temperature. This phenomenon and the associated energy separation of the feed gas through the vortex tube are strongly dependent on such parameters as geometry, position, and number of the swirl nozzles, diameter and length of the vortex tube, inlet feed gas pressure, control valves, and aperture duct size. Although the vortex tube is used for few decades across different industries, energy separation phenomenon is still neither fully explained nor agreed upon by the scientific community. This paper is an attempt at a better physical understanding of the embedded phenomenon using computational fluid dynamics via a commercial software (Fluent Software) to numerically simulate the transient flow behavior of the feed gas as well as the energy separation, resulting in distinguished gas streams in a two-dimensional and axisymmetric vortex tube. Appropriate boundary conditions are employed in the numerical simulation resembling experimental conditions from the open literature with the exception of the gas exit at the hot end which has been set to be in concert with the operation of the flow-control valve. The obtained numerical results are in good agreement with experimental data from the open literature. Further, the numerical simulation confirms the existence of free and forced vortices and indicates that the temperature of the circumferential elements towards the hot end gets hotter by receiving heat from the core flow due to the kinetic to thermal energy conversion in the presence of viscous shear stresses.

    Keywords: Vortex Tube, Transient Solution, Temperature Separation, Cold Mass Fraction, Computational Fluid dynamics
  • R. Nikpour, H. Mahbadi * Pages 17-26

    In this research, stress intensity factor of a small radial crack in a rotating thick cylinder made of viscoelastic materials subjected to internal pressure and radial temperature distribution is investigated. The radial crack is assumed to be located at the outer edge of the cylinder. The Zener model (i.e., standard three parameter solid) is applied to simulate the viscoelastic behavior of the cylinder. To obtain the stress intensity factor of the viscoelastic cylinder, the problem of uncracked viscoelastic cylinder subjected to internal pressure and radial temperature distribution is analyzed with plane strain assumptions. Then, the hoop stress distribution is determined. Finally, by assuming the small crack length and applying the superposition method, the problem of cracked viscoelastic cylinder is replaced by the problem of cracked viscoelastic cylinder subjected to determined average stress in the previous step. By employing the proper geometry factor, the stress intensity factor of the viscoelastic cylinder is determined. A parameter study is performed to investigate the effects of various parameters on the stress intensity factor of the cylinder. To validate the results, the problem of viscoelastic cracked cylinder is simplified to an elastic cracked cylinder by neglecting the viscoelastic terms, and the data obtained in the present work are compared with those given in the literature search. The results show that the proposed method is quite capable of estimating the stress intensity factor of small cracks in structures made of viscoelastic materials. A parameter study is performed to investigate effect of various parameters on stress intensity factor of the cylinder. The parameter study shows that a) the stress intensity factor of the viscoelastic cylinder in early moments of loading is higher than its equivalent elastic cylinder, b) increasing the elastic properties of the viscoelastic material results in higher stress intensity factor, and increasing the viscous properties of the material decreases the stress intensity factor.

    Keywords: Stress intensity factor, viscoelastic cylinder, Zener model, Internal pressure, Thermal distribution
  • A. Barzegari, A. Alinia Ziazi *, A. Maghsoudpour Pages 27-36

    This research aims to minimize the weight of truss structures using force method formulation as a structural analyzer and Jaya algorithm as an optimizer tool. Constraints considered herein include stress limitations, displacement limitations, and size limitations. Design variables include the cross-sectional area of each element. They may easily be related to each other which will lead to decrease of design variables.Jaya algorithm is a meta-heuristic random search method recently developed for constrained and unconstrained problems. The main superiority of Jaya algorithm to other random search methods is that it does not need any specific tuning parameter to generate next population. This algorithm consists of two steps in each cycle. First, a new population is generated using a simple random formula. Second, each new point is compared to its corresponding previous one while penalty function method is implemented. If the new point is in a better condition than the old one, the old one is replaced by the new one. All points are tested similarly till the population is updated. The procedure is repeated so as to achieve the desired convergence.Several landmark examples appearing in the literature have been solved by the proposed method, thus showing the efficacy of the developed procedure. A perusal of results shows that procedure is not sensitive to the starting points and it should just be selected large enough to lie in feasible-usable design space. Moreover, rapid reduction of weight is obtained in the first few steps and the tendency of decreasing of the weight appears to be monotonic and uniform in all examples.Unlike other metaheuristic methods that need a large number of optimization cycles to settle near the optimum point, combination of force method and Jaya algorithm provides higher computational efficiency and rapid convergence ability achieved by the above match. This is owing to the forced method formulation that makes the stress constraints to be linear, resulting in facilitating the procedure and enhancing its efficiency.

    Keywords: Force Method, Jaya algorithm, Metaheuristic, truss structures, Random search
  • S. Ghaffarzadeh, A. Nassiri Toosi *, M. Reyhanian Pages 37-48

    The main feature of RCCI is the significant reduction of nitrogen oxides and soot pollutants as efficiency and fuel consumption decrease. The aim of this study was to investigate the effects of the start of diesel fuel injection and injection pressure and two stage fuel injection strategies on RCCI combustion. The engine under investigation is a single cylinder engine with diesel fuel injection as high-reactivity fuel directly into the cylinder and natural gas fuel injection as low-reactivity fuel at the intake manifold. The start of injection, injection shape, and injection length in both injectors are controlled by the developed ECU. All tests were performed at an inlet air temperature of 37 ° C and the inlet pressure of 87kPa and 1800rpm. The results of this study show that by increasing diesel fuel injection pressure from 300 to 600 bar, at the 55 °BTDC start of injection, the ignition starts 2.5 degrees earlier and the in-cylinder maximum pressure and HRR increase by 0.66% and 2.68%, respectively. By delaying the start of diesel fuel injection by 6 degrees, we see a 12.37 % reduction in maximum in-cylinder pressure, and the start of ignition is delayed to 5 degrees. Increasing the spray pressure of diesel fuel increases NOx by 154 % and decreases UHC and CO by 32 and 57%, respectively. Increasing the diesel injection pressure increases NOx by 154 % and decreases UHC and CO by 32 and 57 %, respectively. On the other hand, the results of the two-stage injection of diesel fuel show that by postponing the first start of injection, the in-cylinder maximum pressure, HRR, IMEP, and NOx emission increase and UHC and CO decrease. Also, by postponing the second start of injection, the in-cylinder maximum pressure, HRR, IMEP and NOx emissions are reduce,d while UHC and CO increase.

    Keywords: Reactivity Control Compression Ignition, Injection Pressure, Multi-Injection, Thermal efficiency, Pollution
  • F. Fallahi *, R. Shabani, Gh. Rezazadeh, S. Tariverdilo Pages 49-58

    Engine mounts are designed to hold the engine and isolate its vibration from the chassis of the vehicle. For optimum system performance, the mount must have high dynamic stiffness in the low-frequency range and low dynamic stiffness in the high-frequency range. As the conventional elastomeric mounts fail to satisfy such requirements due to their frequency-invariant behavior, the hydraulic engine mounts have been proposed, which provide appropriate dynamic stiffness employing two fluid-containing chambers. These two chambers are connected through a high-damped pass named inertia track and a floating plate named decoupler. In this paper, the low-frequency range response of a hydraulic engine mount has been studied using a discrete model. The effect of its parameters on the dynamic stiffness, damping ratio, and transmissibility of the mount is discussed. It is shown that increase in dynamic stiffness and damping ratio of the hydraulic engine mount is in contradiction with the decrease in its transmissibility. Hence, a multi-objective non-dominated sorting genetic algorithm has been used to achieve the desired results and the corresponding Pareto front is plotted. It is observed that upper chamber compliance and the effective area of the mount are the most dominant parameters in the optimization procedure. Also, a penalty function is used to transfer the maximum transmissibility out of the engine operation frequency range. Finally, the optimization results for transmissibility, damping ratio, and dynamic stiffness are presented for three series of parameters. It can be concluded that on the limit points of the Pareto front, which correspond to the one-objective optimization, the professed objective is optimized, but on the contradictory objective, no improvement is observed. There are points on the Pareto front where all the three objectives are optimized simultaneously. Therefore, as the transmissibility decreases and its maximum value falls out of the operating frequency range, the damping ratio and dynamic stiffness are increased.

    Keywords: Hydraulic engine mount, inertia track, decoupler, optimization
  • A. Mirzakhani, A. Asempour * Pages 59-69

    Magnesium alloys due to their compact hexagonal structure (HCP) usually have a yield asymmetry in tensile and compressive loadings. This is due to various active plastic deformation mechanisms under tensile and compressive loadings. Therefore, it is necessary to study the deformation behavior of magnesium alloys on the grain scale. This study focuses on the 3D Representative Volume Element (RVE) simulations of extruded magnesium alloy to investigate the effect of basal texture intensity on tensile–compressive yield asymmetry of Mg-0.8wt% Y. Polycrystalline aggregate models are built based on the theory of Voronoi diagram; then, the Slip-based crystal plasticity formulation is applied as a User Material Subroutine in ABAQUS (UMAT) to study the relationship of microstructures and stress-strain responses in Mg-0.8wt% Y alloy during tension and compression test and the results are presented. The results show that when the orientation of the grains is considered random (zero texture intensity), the activities of different deformation modes are almost the same and minimum tensile-compressive yield asymmetry happens. Also, the results reveal when all the grains are oriented in a certain direction (texture intensity 1), maximum tensile–compressive yield asymmetry occurs. Indeed, according to the Relative Activity (RA) results, in agreement with Schmid Factor (SF) results, in a strong basal texture with the intensity of 1, maximum contribution of accumulated plastic deformation is related to tensile twinning while in compressive loading, prismatic slip and contraction twinning are responsible for major plastic deformation. Therefore, due to the activation of various deformation modes in strong basal texture, the highest amount of tensile–compressive yield asymmetry occurs. The S-shape strain hardening curve which is the main characteristic of twin-dominated deformation shows a strong dependency on texture in the extruded material so that during loading at the weaker texture, s-shape hardening is no longer present due to the dominated non-basal slips in weaker texture.

    Keywords: Slip systems, tensile, contraction twinning, crystal plasticity, Schmidt Factor, basal texture
  • N. Nabatian *, M. Shirazi, S. Jafarzadeh Kenari Pages 71-78

    In the present study, the performance of the 2D single-phase supersonic ejector with working fluid of air is simulated in ANSYS CFX. The aim is to investigate the velocity field, pressure distribution, primary nozzle flow regime, and entertainment ratio in different operational conditions. The primary pressure inlet with bar and the secondary inlet as an opening with bar at different outlet pressures are simulated. The turbulence model is used. The sidewalls are considered symmetry boundary conditions and the no-slip condition is applied to the ejector walls. Then, the ejector geometry is optimized using Multi-Objective Genetic Algorithm (MOGA) in order to reach greater efficiency. Optimization is performed considering geometric parameters including primary nozzle exit diameter, nozzle exit position, diameter, and length of the constant area section.Sensitivity analysis results show that the diameter of constant area section has major effect on the entertainment and pressure ratios as two objective functions. The nozzle exit position and external diameter of primary nozzle are the second and third dominant parameters that respectively influence the performance of the ejector, while the effect of constant area section length is negligible. Results indicate that by increasing the pressure ratio, the shock train moves upstream and at the design point, the last oblique shock is located in the exit of the constant area section, letting the remaining pressure recovery be done in the subsonic diffuser which reduces the pressure losses and increases the efficiency. Above the critical pressure ratio, due to the movement of the shock train to upstream weakening the shock strength, the suction pressure increases. Then, the pressure difference is reduced, leading to the lower secondary mass flow suction. The optimized ejector in the double choking condition has a % higher entertainment ratio and its operational range is enhanced by percent in comparison to the original geometry.

    Keywords: Single phase ejector, 2D simulation, multi-objective Genetic Algorithm, sensitivity analysis
  • M. Asghari, S. Karimian Aliabadi *, M. Y. Hashemi Pages 79-89

    In the present work, the numerical investigation of a wind turbine airfoil with suction flow control is initially performed to find the relative improvement in its erodynamic efficiency. Consequently the study of turbine performance is accomplished using 2D simulation results as extending the flow control to wind turbine blades. The latter is incorporated via definition of new input data file in Q-blade code including complete set of section aerodynamic coefficients for both with and without suction control against variety of angles of attack and velocities. The benchmark turbine in this study is NREL 5 MW. It is shown that using suction in 1/3 of chord length would lead in better enhancement. Simulation of the airflow with and without suction control has been presented in three different locations in the chord-wise direction (26%C, 33.5%C and 50%C) and for several intensities or suction speed ratios (0.022, 0.045, 0.11, and 0.155). The turbulence model is transitional 4-equation SST model. The aerodynamic improvement in section is dominant and this method could tolerate stall behavior. Wind turbine power and thrust coefficients were analyzed via Q-blade versus tip speed ratio and flow control parameter. The range of tip speed ratio studied here is 3.5 to 15. The results depicted that applying suction in certain part of the blades could increase output power at low tip speed ratio. Applying suction at 33.5% of chord length improves the average power coefficient by 4.1%.

    Keywords: flow control, Suction Actuator, Wind Turbine, Power Coefficient, aerodynamic coefficients
  • M. Nazemi Ashani, M. Bayareh *, B. Ghasemi, A. Shiriny Pages 91-110

    Particle separation has received much attention in recent years due to its widespread use in various sciences such as engineering, medicine, and biotechnology. Separation of blood cells, detection of cancer cells, separation, and manipulation of particles of different sizes are among the applications of particle separation in the biomedical field. Lab-On-a-Chip (LOC), micro-total analytic systems (µTAS), and point-of-care diagnostics (POC) are some applications of microfluidic devices. Hence, microfluidics is an interdisciplinary area and has numerous applications in biomedical, chemistry, medicine, disease diagnostics, electronics industry, etc. The use of microfluidic devices has been the focus of attention in the last few decades. These devices have many advantages such as high efficiency, low cost, and environmental compatibility. The unique features of microfluidic devices have led to the use of a variety of techniques for rapid separation of particles with high efficiency. Many progresses have been made over the last two decades in particle separation. The performance of the devices used for separation of particles is evaluated according to the separation time, separation efficiency, and its applications. High separation accuracy can be achieved in continuous microfluidic devices since the volume of fluid in microfluidic devices is very low and their use is characterized by several advantages including low cost and short analysis time. In general, particle separation is performed using both active and passive methods. In the active methods, an external force is used as the driving force and in the passive ones, the particle separation is based on the geometry of the device without the use of external force. Active separation is carried out using magnetic, electrical, acoustic, optic and thermal forces. Passive separation methods for particle size-based separation, filtration, Zweifach-Fung effect, inertia, and Dean vortex as well as microwave separation. In the present work, the active and passive separation methods are described and the governing equations (small-scale flow) and necessary assumptions are considered. Also, the methods of fabrication of microfluidic devices are discussed.

    Keywords: Particle separation, Active methods, Passive methods, Numerical simulations, Experimental methods
  • K. Ghorbanian *, M.R. Amini Magham Pages 111-123

    Separation of mixtures, gases, and phases is of great industrial importance. Various methods and equipment are utilized for the separation. One of the most novel and innovative as well as efficient methods is supersonic separation where acceleration of the flow mixture is accompanied by fast reduction in temperature and pressure. As a consequence, heavier components which have a higher condensation temperature will liquefy faster than lighter components. Swirling flow and centrifugal force will drive heavier condensed droplets toward the outer wall and separate them from lighter components in the gas phase. In general, supersonic separators consist of a converging-diverging nozzle and a cyclone separator. Due to no moving or rotating parts, supersonic separators have high reliability, long endurance, easy manufacturing, and less expensive operation and maintenance.In this paper, the one-dimensional design of a supersonic separator for separation and purifying of Methane from natural gas mixture is presented. Since separation process is in vicinity of saturation line, real gas model from NIST REFPROP software is used to estimate the fluid thermodynamic properties. For the design of cyclone separator and phase separations, instantaneous nucleation at the nozzle discharge is assumed and displacement of smallest droplet (as the worst case) is only considered. After calculating the supersonic separator geometry, performance sensitivity to changes in inlet temperature, pressure, and gas composition is studied, the effectiveness of these parameters is compared and rate of performance change is calculated. At next step, the simultaneous change of the inlet conditions is investigated and effect of each parameter on the effectiveness of others is studied. Finally, in order to optimize phase separation in various operating conditions, effects of swirler angle and swirl intensity on separation length are studied and optimum swirl intensity to gain the best possible separation performance with a fixed geometry separator for different inlet conditions is determined.

    Keywords: separation, supersonic, Converging-Diverging Nozzle, Cyclone Separator, Methane