فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و سوم شماره 5 (امرداد 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/05/19
  • تعداد عناوین: 20
|
  • نیما ابوفاضلی، پویان هاشمی طاری*، رقیه گوگ ساز قوچانی، مجید زندی صفحه 1

    از مباحث چالش بر انگیز در بهره گیری از انرژی بادی، استفاده از توربین های بادی در مناطق شهری است. با توجه به ساختار این مناطق، معمولا توربین های بادی محور عمودی (داریوس-ساوینیوس) که مستقل از جهت باد عمل می کنند استفاده شود. همچنین با توجه به محدودیت فضای مناطق شهری بررسی پارامترهای توربین ها در ابعاد مایکرو امری مهم و اجتناب ناپذیر به نظر می رسد. هدف این پژوهش بررسی این توربین ها، پارامترهای تاثیرگذار و بهبود عمل کرد آن ها است. به منظور روش انجام پژوهش دو توربین ساوینیوس و داریوس در ابعاد مایکرو طراحی و ساخته شده اند و عملکرد آیرودینامیکی آن ها با بدست آوردن نمودار ضریب توان بر حسب نسبت سرعت نوک پره مورد مطالعه قرار گرفته است. تاثیر سرعت باد بر توربین ساوینیوس به صورت تجربی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که این توربین در سرعت های باد پایین عملکرد بهتری دارد. بخشی از خلاقیت و نوآوری این پژوهش ساخت توربین داریوسی بوده که امکان تغییر برخی پارامترهای تاثیرگذار را داشته باشد. این طراحی باعث کاهش هزینه ها است. دو پارامتر نسبت ابعاد و جایگاه بازوی نگه دارنده پره ها در توربین داریوس به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج آزمایش ها بهترین جایگاه بازوی نگه دارنده پره ها، ابتدا و انتهای پره است و توربین با نسبت ابعاد یک بهترین عملکرد را دارد.

    کلیدواژگان: انرژی تجدیدپذیر، توربین بادی عمودمحور، ساوینیوس، داریوس، ضریب توان
  • امیرحسین روح اللهی، علیرضا جهانگیریان*، مسعود حیدری سورشجانی صفحه 2

    یکی از راه های افزایش توان توربین بادی محور افقی بدون تغییر در بدنه ی پره ی اصلی توربین، اضافه کردن افزونه ی مناسب به نوک پره است. در این پژوهش، افزونه های مختلفی به نوک یک توربین بادی اضافه شده و اثر هر یک بر توان تولیدی مورد بررسی عددی قرار گرفته است. معادلات جریان پایا برای شبیه سازی جریان حول پره مورد استفاده قرار گرفت و هفت افزونه مختلف برای عملکرد آیرودینامیکی پره طراحی گردید. نتایج بررسی عملکرد افزونه ها نشان می دهد که افزونه های نوک باریک شونده و شارکتیپ کمترین افزایش توان را ایجاد می کنند. بالچه های سطح مکش (به سمت پایین دست جریان) و سطح فشار (به سمت بالادست جریان) بدون زاویه عقبگرد، توان را به ترتیب %23/5 و %6/9 افزایش دادند و مشاهده شد که بالچه ی سطح فشار در مقایسه با بالچه ی سطح مکش عملکرد بهتری دارد. همچنین اضافه کردن زاویه عقبگرد به بالچه ها موجب بهبود عملکرد پره می شود، و بالچه های سطح فشار و مکش با زاویه عقبگرد توان تولیدی را نسبت به پره ی مبنا به ترتیب %87/11 و %25/13 افزایش دادند و افزونه ی بالچه ی سطح فشار با زاویه عقبگرد بهترین عملکرد را در میان همه ی افزونه ها داراست و می تواند بدون تغییر در هندسه ی پایه ی توربین تنها با افزودن یک بالچه 28 سانتی متری به پره با شعاع 553 سانتی متری توربین، توان تولیدی آن را تا %25/13 افزایش دهد.

    کلیدواژگان: هندسه ی نوک پره، توربین بادی، دینامیک سیالات عددی، افزایش توان، بالچه توربین بادی
  • فردین ستاری، مریم طهماسب پور*، موسی محمدپورفرد صفحه 3

    فرآیند چرخه کلسیم به عنوان یک تکنولوژی امید بخش برای جذب CO2 خروجی از نیروگاه های احتراقی در دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته است. به منظور مدل سازی این فرایند، هیدرودینامیک بستر سیال و همچنین مشخصات نوع جاذب، بر راندمان چرخه کلسیم تاثیرگذار می باشند. در این تحقیق، ابتدا جاذب CaO/Al2O3 با روش سل-ژل سنتز شده و سپس عملکرد آن در طی 20 چرخه کلسیمی با جاذب CaO مورد مقایسه قرار می گیرد. بعلاوه مدلی جامع مبتنی بر هیدرودینامیک بستر و همچنین خصوصیات جاذب برای این فرایند ارایه شده و سپس تاثیر پارامترهایی از قبیل سرعت ظاهری گاز، ارتفاع کربناتور و موجودی جاذب بر راندمان فرایند مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند که جاذب CaO/Al2O3  73 درصد فعالیت خود را در پایان 20 چرخه حفظ می کند، درحالیکه این درصد برای جاذب CaO برابر با 21 می باشد. نتایج حاصل از مدل سازی نشان می دهند که راندمان جذب برای جاذب CaO از 69/78 به 68/22 درصد کاهش یافته است، درحالیکه برای جاذب اصلاح شده CaO/Al2O3 از 5/86 به 1/74 درصد کاهش می یابد. با بررسی پارامترهای مختلف مشخص می شود که موجودی جامد تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی راندمان جذب داشته و این تاثیرگذاری در مورد سرعت ظاهری گاز و ارتفاع کربناتور به مراتب کمتر می باشد.

    کلیدواژگان: چرخه کلسیم، مدل سازی جذب CO2، جاذب اکسید کلسیم، هیدرودینامیک بستر سیال، کربناتور
  • حامد باقری اسفه*، سبحان شانه ساز صفحه 4

    گرافت رگ مصنوعی از جمله پرکاربردترین جراحی ها در بدن انسان است که طی آن قسمت باریک شده و دارای گرفتگی رگ با پروتز مصنوعی جایگزین می شود. رفتار مکانیکی این پروتز باید بسیار نزدیک به رفتار طبیعی رگ باشد تا عملکرد مناسبی داشته باشد. شریان کاروتید از شریان های اصلی در تامین خون مغز انسان است. در این مقاله اثر سیال خون بر دیواره رگ پروتز و رگ طبیعی در حالت های سالم و دارای گرفتگی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. جریان خون به عنوان یک سیال غیرنیوتنی در شریان کاروتید با استفاده از نرم افزار انسیس سی اف ایکس شبیه سازی شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، گرفتگی باعث افزایش سرعت، تنش برشی، تنش فون میزز، تغییر شکل و همچنین کاهش موضعی فشار در ناحیه گرفتگی می شود. بیشترین میزان تغییر شکل و تنش فون میزز در ناحیه نزدیک به انشعاب و در شاخه اصلی شریان کاروتید رخ می دهد. در ادامه مقاله از پلیمرهای داکرون و پلی اورتان به عنوان جایگزین شریان کاروتید طبیعی استفاده شده و میزان تنش فون میزز و مقدار تغییر شکل در این پلیمرها برای حالت های رگ سالم و گرفته محاسبه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده استفاده از پلیمر داکرون به عنوان جایگزین شریان کاروتید طبیعی نسبت به پلیمر پلی اورتان مناسب تر است.

    کلیدواژگان: جریان خون، سیال غیرنیوتنی، شریان کاروتید، گرافت مصنوعی، دینامیک سیالات محاسباتی
  • محمدکاظم مویدی*، وحید آزادی طلب صفحه 5

    یکی از عوامل مهم در میزان کیفیت هوای کلان شهرها وزش باد در آن محیط است. به طوری که اگر برای مدت طولانی پدیده سکون هوا رخ دهد در نتیجه آن، افزایش غلظت آلاینده ها ایجاد و منجر به شرایط بحرانی می شود. نحوه پراکندگی این ذرات به عواملی مانند سرعت باد، هندسه محیط و مشخصات فیزیکی آلاینده‎ها بستگی دارد. پیش بینی نحوه پراکندگی آنها در یک محیط شهری نیازمند مدل سازی دقیق و با قابلیت تفکیک پذیری بالا می باشد. در این پژوهش از روش دینامیک سیالات محاسباتی برای مدل سازی میدان جریان هوا و پراکندگی ذرات آلاینده استفاده شده است. در بخش اول، یک مدل ساده شامل یک ساختمان شبیه سازی شده و نتایج حاصل با داده های تجربی مقایسه و اعتبارسنجی شده است. با شناخت پارامترهای بهینه برای تنظیم مدل، در بخش دوم یک منطقه از شهر تهران با ساختمان های بلند مرتبه و چیدمان نامنظم در نظر گرفته شده و میدان سرعت و پراکندگی و نشست ذرات آلاینده در این محیط واقعی نیز شبیه سازی شده است. با توجه به هندسه سه بعدی و پیچیدگی فیزیک جریان آشفته، از الگوی شبیه سازی گردابه های بزرگ استفاده شده است. نتایج پژوهش شامل تغییرات غلظت آلاینده ها در سطوح مختلف در طول زمان ارایه و پیرامون عوامل موثر در میزان غلظت آلاینده ها بحث شده است.

    کلیدواژگان: شبیهسازی گردابه های بزرگ، آلودگی هوا، دینامیک سیالات محاسباتی، آلاینده های ذرات جامد، دینامیک سیالات زیست محیطی
  • فرامرز سرحدی*، حسن ثنائی، سعید فراهت، سید محمد جوادی صفحه 6

    پژوهش حاضر به مطالعه ساختار یک بلنکت دوتایی و بررسی رفتار هیدرودینامیک سیال فلز مایع تحت تاثیر میدان مغناطیسی برای یک راکتور گداخت هسته ای پرداخته است. مطالعه عددی صورت گرفته بر روی جریان داخل یک مجرای بلنکت می باشد که سیال توسط جداکننده از بدنه جدا شده است. از این ساختار جداکننده هم به عنوان عایق حرارتی و هم به عنوان کاهنده افت فشار استفاده می شود. با در نظر گرفتن هدایت الکتریکی برای سیال، اصول مگنتوهیدرودینامیک نیز در نظر گرفته شده است. موضوعاتی که برای بررسی انتخاب شده است عبارتند از: تاثیر شدت میدان مغناطیسی، هدایت الکتریکی دیواره جداکننده، ضخامت ساختار جداکننده و فاصله آن تا دیواره اصلی، بر میزان افت فشار و همچنین تبیین رفتار پروفیل سرعت تحت تغییر میدان مغناطیسی. با توجه به نتایج به دست آمده افزایش شدت میدان مغناطیسی ازT 4/0 تا T1 باعث افزایش 4 برابری افت فشار می گردد. همچنین کاهش هدایت الکتریکی دیواره جداکننده ازS/m500 تا S/m5 باعث کاهش افت فشار 35 درصدی می شود. بررسی های انجام شده در خصوص تغییر ضخامت ساختار جداکننده در 16 حالت مختلف نشان داد که تغییر ضخامت، با عرض شکاف برابر تاثیر چندانی بر افت فشار ندارد ولی با افزایش فاصله آن تا دیواره، افت فشار و به تبع آن توان پمپاژ کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: مگنتوهیدرودینامیک، بلنکت دوتایی، مطالعه عددی، افت فشار
  • اسلام عزت نشان*، علی اصغر خسروآبادی، ایوب فتاحی صفحه 7

    در مقاله حاضر، یک الگوریتم عددی کارآمد و موثر بر اساس روش شبکه بولتزمن جهت شبیه سازی دوبعدی جریان های چندفازی در نسبت های چگالی و لزجت بالا توسعه داده شده است. کارآیی و دقت حل عددی حاضر جهت مدل سازی رفتار دینامیکی جریان های چندفازی با استفاده از اضافه کردن معادله آلن-کاهن برای مدل سازی دینامیک فصل مشترک بهبود داده شده است. همچنین، جهت افزایش کارآیی روش برای حل دینامیک قطرات در گستره وسیعی از سرعت های برخورد، از عملگر برخورد با زمان آرامش چندگانه استفاده شده است. جهت صحت سنجی و ارزیابی دقت حل، حالت تعادل یک قطره روی سطح صاف آب دوست و آب گریز مطالعه شده است. سپس، برخورد قطره روی سطح یک استوانه و یک حفره با در نظر گرفتن اثر شتاب گرانش بررسی شده و نتایج به دست آمده از حل حاضر با نتایج دیگران مقایسه شده که تطابق خوبی را نشان می دهند. همچنین، مطالعه تغییرات ارتفاع قطره روی سطوح آب دوست و آب گریز در ضخامت های مختلف فصل مشترک و در زاویه های تماس مختلف از نتایج این مطالعه است که شناخت خوبی از فیزیک پیچیده آنها ایجاد می کند. نتایج حاضر نشان می دهد که اضافه شدن معادله آلن-کاهن به معادله روش شبکه بولتزمن در کنار استفاده از زمان آرامش چندگانه منجر به توسعه یک روش عددی کارآمدی شده که با استفاده از آن، امکان مطالعه انواع جریان های چندفازی کاربردی در نسبت های چگالی 1000 و نسبت های لزجت 100 با دینامیک فصل مشترک پیچیده فراهم است.

    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، معادله آلن-کاهن، جریان چندفازی، دینامیک برخورد قطره، سطح منحنی
  • محمدرضا شاه نظری*، علی صابری صفحه 8

    در این مقاله ناپایداری انگشتی لزج در فرایند جابجایی دو سیال قابل امتزاج با وجود ذرات نانو در یک محیط متخلخل همگن به صورت غیرخطی شبیه سازی و تحلیل فرکتالی شده است. با توجه به فرکتالی بودن مرز مشترک ناپایداری بین دو سیال، با معرفی بعد فرکتالی به عنوان مشخصه ناپایداری، برای پارامترهای موثر بر ناپایداری همچون ضریب رسوب، نسبت تحرک بین مولفه ها و ضرایب پخش، بعد فرکتالی در زمان های مختلف با استفاده از روش جعبه شمارنده محاسبه و در مورد آن بحث شده است. نتایج نشان می دهد که  افزایش ضریب رسوب باعث کاهش پیچیدگی الگوی های انگشتی و بعد فرکتالی می شود و افزایش ضریب پخش ذرات نانو تاثیر چندانی بر بعد ندارد، این در حالی است که افزایش ضریب پخش سیال جابجاشونده به شدت بعد فرکتالی را افزایش و الگو ها را پیچیده تر می کند. همچنین بررسی فرکتالی نشان می دهد در صورت وجود ضریب رسوب، افزایش مقدار نسبت تحرک سیال تاثیری بر پیچیدگی الگوها نداشته و مقدار زمان موثر ثابت و برابر 275 باقی می ماند، اما هر دو واحد افزایش مقدار نسبت تحرک، 25 واحد شروع ناپایداری را به تاخیر می اندازد. نتایج نشان می دهد که آنالیز فرکتالی می تواند در کنار سایر مشخصه ها، یکی از مواردی باشد که به تحلیل ناپایداری انگشتی کمک می کند.

    کلیدواژگان: ناپایداری، ویسکوز فینگرینگ، نانوذرات، فرکتال، شبیه سازی غیرخطی
  • سید امیر به مونسی، فرزاد جعفرکاظمی* صفحه 9

    هدف از این مقاله، مقایسه عملکرد الکتریکی و حرارتی طرح های مختلفی از کلکتور ترکیبی فتوولتاییک - حرارتی است. مزیت مهم کلکتورهای فتوولتاییک - حرارتی نسبت به مدول های فتوولتاییک مرسوم، کاهش دمای مدول و افزایش راندمان تولید الکتریسیته آن است. از طرفی استفاده از این روش منجر به تولید حرارت و الکتریسیته در یک دستگاه و در نتیجه کاهش سطح مورد نیاز برای نصب کلکتور و مدول می شود. در تحقیق حاضر راندمان الکتریکی و حرارتی چند طرح متفاوت از یک کلکتور ترکیبی فتوولتاییک - حرارتی که از آب برای خنک کردن آن استفاده شده مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی و تعیین اثرات پارامترهای هندسی بر عملکرد کلکتور فتوولتاییک - حرارتی، مدل سازی حرارتی مدول فتوولتاییک و هشت طرح متفاوت از کلکتور ترکیبی فتوولتاییک - حرارتی نوع ورق و لوله با طرح های لوله مارپیچی (مقطع گرد) و لوله موازی (مقاطع گرد، مربعی و مستطیلی) به صورت تیوری و به کمک نرم افزار متلب انجام شده است. بر طبق نتایج به دست آمده از این تحقیق، طرح ورق و لوله با مقطع گرد کمترین و مقطع مستطیلی دارای بیشترین راندمان حرارتی و کل است. همچنین وجود پوشش شیشه ای سبب کاهش راندمان الکتریکی و افزایش راندمان حرارتی و انرژی حرارتی کل می شود.

    کلیدواژگان: مدول فتوولتائیک، کلکتور خورشیدی، کلکتور فتوولتائیک - حرارتی، راندمان الکتریکی، راندمان حرارتی
  • محمدصابر خسروی، سید عبدالمهدی هاشمی* صفحه 10

    مزیت سیستم های میکروترموفتوولتاییک تبدیل مستقیم انرژی گرمایی به انرژی الکتریکی بدون بخش متحرک می باشد. برای عملکرد مناسب سیستم های ترموفتوولتاییک، دمای یکنواخت و بالا در امتداد دیوار میکرومحفظه لازم است. در تحقیق حاضر احتراق پیش مخلوط آرام هیدروژن هوا در یک میکرومحفظه با در نظرگرفتن شرط عدم تعادل حرارتی بین فاز گاز و جامد در محیط متخلخل مطالعه شده است. همچنین اثرات انتقال حرارت تابشی در ماده متخلخل در معادله انرژی ماده متخلخل نیز درنظرگرفته شده است. با استفاده از شبیه سازی عددی، اثر چند پارامتر مهم در بازده تابشی سیستم میکروترموفتوولتاییک که شامل نسبت هم ارزی هیدروژن به هوا، ضریب تخلخل و هدایت گرمایی ماده متخلخل و سرعت ورودی مخلوط هیدروژن-هوا می باشد، مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که افزایش نسبت هم ارزی تا مقدار یک باعث افزایش دمای دیوار و افزایش ضریب هدایت گرمایی ماده متخلخل، باعث توزیع یکنواخت تر دمای دیوار میکرومحفظه می شود. همچنین کاهش سرعت جریان، ضریب تخلخل و هدایت گرمایی ماده متخلخل، باعث افزایش بازده تابشی سیستم می شود. مکانیزم انتقال حرارت جابجایی بین فازهای گاز و جامد داخل محیط متخلخل و انتقال حرارت تابشی و هدایتی در ماده متخلخل برای ضریب تخلخل های 4/0 و 8/0 مقایسه شده است و نشان داده شد که نقش انتقال حرارت تابشی داخل ماده متخلخل ناچیز می باشد.

    کلیدواژگان: میکرواحتراق، ماده متخلخل، شبیه سازی عددی، عدم تعادل حرارتی، بازده تابشی
  • محمدحسن شجاعی فرد*، آرش صدری قهفرخی صفحه 11

    به دنبال افزایش نگرانی ها در مورد آلودگی هوا و گرمایش زمین، در سال های گذشته استفاده از موتور های گازسوز سنگین در صنایع بزرگ مانند صنایع دریایی و نیروگاه ها  هرچه بیشتر مورد توجه قرار گرفته است ، این موتور ها در واقع بر پایه موتور های دیزل سنگین که برای کاربری مشابه مورد استفاده قرار می گرفتند و با ایجاد تغییرات در ساختار آنها یا اضافه کردن قسمت های جدید به آنها و یا ترکیبی از این دو رویکرد ، ساخته می شوند . علت این امر آن است که موتور های گازسوز سنگین نسبت به موتور های دیزل با کاربری مشابه آلایندگی کمتری دارند اما از سوی دیگر توان تولیدی آنها نیز پایین تر است که برای حل این نقطه ضعف و افزایش توان موتور گازسوز تکنولوژی های مختلفی به آنها اضافه می شود . یکی از این تکنولوژی های جدید ، پیش محفظه احتراق است که منجر به افزایش توان تولیدی می شود . پیش محفظه ها از نظر نحوه سوخت رسانی به دو دسته سوخت رسانی مشترک با محفظه اصلی و سوخت رسانی مستقل از محفظه اصلی دسته بندی می شوند . در این مقاله به بررسی این موضوع پرداخته می شود که در یک موتور گازسوز سنگین چه نوع سیستم سوخت رسانی برای پیش محفظه احتراق باید به کار برده شود تا کارایی پیش محفظه و به طور کلی کارایی موتور افزایش یابد که پس از بررسی استفاده از پیش محفظه احتراق با سیستم سوخت رسانی مستقل از محفظه اصلی پیشنهاد می شود .

    کلیدواژگان: موتور گازسوز سنگین، پیش محفظه احتراق، محفظه احتراق اصلی، نازل، سیستم سوخت رسانی
  • سید محمدجمال رازقی، محمد صفرزاده، هادی پاسدار شهری* صفحه 12

    در مطالعه ی حاضر با استفاده از مدل های احتراقی فلیملت آرام پایا و اضمحلال گردابه، جریان آتش در فضای یک-اتاقی با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ مدل سازی شده است؛ تا مدل احتراقی سازگار با فیزیک جریان آتش در فضای یک -اتاقی مورد بررسی قرار گیرد. شبیه سازی با استفاده از مدل زیر شبکه اغتشاشی یک معادله ای انجام شد. برای استفاده از مدل فلیملت آرام پایا با استفاده از کتابخانه های نرم افزار اپن فوم حلگری در آن برای شبیه سازی جریان های احتراقی توسعه داده شد. سینتیک مورد استفاده برای مدل اضمحلال گردابه، سینتیک یک مرحله ای بازگشت ناپذیر است که فقط قادر به درنظرگرفتن گونه های اصلی احتراق است. هزینه محاسباتی شبیه سازی با استفاده از مدل اضمحلال گردابه، 14 درصد بیشتر از مدل فلیلمت بوده درحالی که سینتیک مورد استفاده در مدل فلیملت آرام پایا، سینتیک جی.آر.آی 3 بوده که موجب پیش بینی گونه های میانی در احتراق خواهد شد. مقایسه ی نتایج دما و سرعت در بازشو برای دو مدل احتراقی نشان می دهد که مدل فلیملت آرام پایا با خطای نسبی 3/3 درصد برای دما و 8 درصد برای سرعت در بازشو، دقت بهتری در شبیه سازی جریان آتش در فضای تک-اتاقی، نسبت به مدل اضمحلال گردابه دارد. از طرفی مقایسه ی تغییرات دما در اتاق نشان می دهد که هر دو مدل پیش بینی خوبی از دما در اتاق ارایه می دهند اما مدل فلیملت آرام پایا با خطای نسبی 2/3 درصد دقت بهتری ارایه می کند.

    کلیدواژگان: آتش در ساختمان، شبیه سازی گردابه های بزرگ، مدل اضمحلال گردابه، مدل فلیملت
  • محسن فلاح*، زهرا محمدی، سید محمد سید محمودی صفحه 13

    در این مقاله، سیکل فرابحرانی دی اکسیدکربن با تراکم مجدد از دیدگاه تحلیل اگزرژی پیشرفته و ترمواکونومیک، برای شناخت پتانسیل های واقعی و اولویت بندی مناسببهبود اجزاء سیکل مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. در تحلیل اگزرژی پیشرفته، علاوه بر محاسبه نابودی اگزرژی برونزای کل برای جزء مورد نظر، سهم و تاثیر هر یک از دیگر اجزاء و ترکیب آن ها در ایجاد این ناکارآمدی نیز مشخص شده است. در تحلیل ترمواکونومیک سیستم نیز هزینه واحد محصول، هزینه سرمایه گذاری و هزینه نابودی اگزرژی برای اجزاء سیستم محاسبه شده است. اولویت بهبود براساس تحلیل اگزرژی پیشرفته، به ترتیب به بازیاب دما بالا، توربین، کمپرسور1، پیش خنک کن، بازیاب دما پایین، کمپرسور2 و رآکتور به دلیل دارا بودن بیشترین نرخ نابودی اگزرژی اجتناب پذیر درونزا اختصاص می یابد. که این اولویت بندی با نتایج تحلیل اگزرژی معمولی متفاوت است. همچنین، بر اساس تحلیل ترمواکونومیک، بهبود توربین و رآکتور، توجیه اقتصادی ندارد. با این حال نتایج نشان می دهد که حتی با صرف نظر کردن از بهبود این دو جزء، به دلیل بالا بودن هزینه اقتصادی آن ها و با بهبود سایر اجزای سیکل براساس اولویت بندی تحلیل اگزرژی پیشرفته امکان افزایش بازده اگزرژی سیکل از 29/47% به 47/63 % و بازده انرژی سیکل از 15/34% به 84/45 % وجود دارد.

    کلیدواژگان: ترمواکونومیک، نابودی اگزرژی درونزا، نابودی اگزرژی برونزا، نابودی اگزرژی اجتناب پذیر، نابودی اگزرژی اجتناب ناپذیر
  • مهران عبدالعلی پورعدل، محسن رستمی، شهرام خلیل آریا* صفحه 14

    در این مطالعه دو چرخه جدید تولید همزمان (توان، هیدروژن و گرمایش) مورد تحلیل ترمودینامیکی و بهینه سازی قرار گرفته است. برای چرخه های پیشنهادی، این دو سیستم توسط قسمت تولید توان از هم متمایز شده اند، یا به عبارت دیگر چرخه رانکین آلی و چرخه کالینا برای تولید توان استفاده شده است. همچنین در این دو سیستم از آب گرم کن داخلی برای گرمایش و الکترولایزر غشاء پروتونی برای تولید هیدروژن استفاده شده است. پس از شبیه سازی ترمودینامیکی، یک بررسی جامع به ازای پارامترهای تاثیرگذار روی تولید هیدروژن، توان خالص، گرمایش، بازده حرارتی و بازده اگزرژی دو آرایش تولید همزمان انجام شده است. همچنین در نهایت نسبت به بازده اگزرژی بهینه سازی شده است. طبق نتایج این بررسی، بازده اگزرژی و تولید هیدروژن نسبت به دمای اواپراتور چرخه تولید همزمان بر اساس رانکین آلی دارای مقدار بهینه است درحالی که برای چرخه تولید همزمان بر مبنای کالینا، صعودی می باشند. همچنین طبق بررسی انجام شده برای سیال های عامل مختلف برای قسمت رانکین آلی، سیال عامل R152aمقدار هیدروژن بیشتری تولید می کند. بر اساس نتایج بهینه برای دمای 120 درجه ی سلسیوس منبع گرم، چرخه ی تولید همزمان بر مبنای کالینا دارای بازده اگزرژی و تولید هیدروژن بیشتری نسبت به چرخه ی تولید همزمان بر مبنای چرخه ی رانکین آلی می باشد.

    کلیدواژگان: تحلیل ترمودینامیکی، تولید همزمان، مبدل غشاء پروتونی، کالینا، چرخه ی رانکین آلی
  • میلاد فیلی، هادی غائبی*، هادی رستم زاده صفحه 15

    در این مطالعه، یک چرخه ترکیبی جدید همراه با دو تبخیرکننده مبتنی بر چرخه رانکین دو مرحله ای و چرخه تبرید اجکتوری به منظور بازیابی گرمای اتلافی موتور دیزل دریایی و تولید همزمان توان و سرمایش در کشتی ها ارایه شده است. به جای استفاده از سیالات کاری معمولی، از مخلوط های زیوتروپیک به عنوان سیال کاری در این سیستم استفاده شده و نتایج از دیدگاه قانون های اول و دوم ترمودینامیک مورد بحث قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با در دست داشتنkW  434 انرژی از طریق بازیافت گاز های خروجی و استفاده از مخلوط دو سیال R142b و پنتان با کسر جرمی 51 به 49 درصد منجر به دستیابی به حداکثر بازده انرژی % 28/43 و ظرفیت تبریدkW  36/166 می شود. همچنین در این حالت توان خالص تولیدی و بازده اگزرژی به ترتیب kW 83/21 و % 22/20 حاصل می شود؛ که با انتخاب مخلوط های مناسب دیگر، می توان به مقادیر بیشتری از توان تولیدی و بازده اگزرژی دست یافت. علاوه براین مشخص شده که ژنراتور بخار کمکی دارای بیشترین آهنگ تخریب اگزرژی بوده به طوری کهkW  3/62 از کل تخریب اگزرژی kW 15/122 را به خود اختصاص داده است. همچنین بازده انرژی و اگزرژی سیستم را می توان با افزایش دمای نقطه حباب تبخیرکننده 1 به طور همزمان افزایش داد.

    کلیدواژگان: گرمای اتلافی، موتور دیزل دریایی، دو تبخیرکننده، اجکتور، مخلوط زئوتروپیک
  • مهدی سن سبلی، یگانه گرگیج، امین بهزادمهر*، طاهره فنایی شیخ الاسلامی صفحه 16

    برداشت انرژی های تلف شونده محیطی، به منظور تغذیه سنسورها و مدارها درشبکه های بی سیم مورد توجه بسیاری از محققان قرار دارد. کار حاضر به طراحی و ساخت نوعی برداشت کننده انرژی برای تولید انرژی الکتریکی به روش الکترووتینگ معکوس می پردازد. عملکرد این نانوژنراتور در اثر حرکات مکانیکی با فرکانس های متفاوت در مقادیر مختلفی از ولتاژ بایاس و بار خارجی اندازه گیری و مورد مطالعه قرار گرفته است. برای ساخت نانوژنراتور از آب مقطر بعنوان مایع دوقطبی محصور بین دو الکترود استفاده شد. پلیمر پلی دی متیل سیلوکسان که دارای آب گریزی و انعطاف پذیری خیلی خوبی می باشد، بعنوان لایه دی الکتریک در نظر گرفته شد. نشان داده شده است که افزایش فرکانس نیروی اعمالی تا حدی می تواند باعث افزایش جریان و توان خروجی شود که خازن به طور کامل تخلیه نشود. ملاحظه می گردد که توان خروجی با افزایش مقاومت بار خارجی زیاد می شود. این رفتار تا جایی ادامه می یابد که مقدار بار با مقاومت درونی نانوژنراتور برابر بوده و امپدانس سازگار اتفاق بیفتد. نتایح نشان می دهد که نانوژنراتور ساخته شده قادر به تولید چگالی توان 08/1 وات بر متر مربع از نوسانات مکانیکی با فرکانس یک هرتز با استفاده ازقطره آب به حجم یک میکرولیتری محصور شده در میان صفحات خازنی و باردار شده با ولتاژ 7 ولت می باشد.

    کلیدواژگان: نانوژنراتور، الکترووتینگ معکوس، انعطاف پذیر_ پلی دی متیل سیلوکسان
  • مهرداد سرابی، ابراهیم عبدی اقدم* صفحه 17

    در کار حاضر از موتور تک سیلندر پژوهشی، نتایج تجربی سیکل های با مد پرش جرقه در نسبت تراکم 9 و سرعت rpm1800 برای ترکیب های100%، 90%، 75% و 60% بنزین و مابقی گازطبیعی در نسبت هم ارزی استوکیومتری استخراج گردید. سپس یک کد شبیه ساز ورودی ترمودینامیکی چندمنطقه ای ترکیب سوز بنزین-گازطبیعی با زیر مدل نشتی توسعه داده شد. از نتایج تجربی با پرش جرقه، دو مجموعه 200 سیکلی موتورگردانی و احتراقی برای اهداف تایید کد فراهم گردید. در حالت موتورگردانی نتایج کد شبیه ساز با نشتی با میانگین داده های فشار-زاویه میل لنگ مجموعه موتورگردانی مقایسه شد و زیر مدل نشتی کد شبیه ساز تایید گردید. سپس در حالت احتراقی نیز نتایج کد شبیه ساز با میانگین داده های فشار-زاویه میل لنگ مجموعه احتراقی برای هر ترکیب بررسی و با خطای کمتر از 4% تایید شد. در حالت احتراقی جرم نشتی به شکاف ها قابل توجه تر از حالت موتورگردانی برآورد شد و با توجه به اینکه انحراف نتایج کد بدون نشتی با نتایج تجربی در مقایسه با انحراف نتایج کد با نشتی در حالت موتورگردانی انحراف جدی داشت، اعمال زیر مدل نشتی در کد شبیه ساز از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

    کلیدواژگان: مدل چند منطقه ای، نشتی، بنزین- گازطبیعی، ترکیب سوز، موتور اشتعال جرقه ای
  • سید علیرضا ذوالفقاری*، سعید تیموری، مهدی افضلیان، محمد رئیسی، سید محمد هوشمند صفحه 18

    یکی از نگرانی ها پیرامون عملکرد سیستم توزیع هوای زیر سطحی، امکان وقوع نارضایتی حرارتی موضعی مانند کوران و اختلاف عمودی دما است. در تحقیق حاضر، برای بررسی این نارضایتی ها در این سیستم، دما، میانگین سرعت و شدت آشفتگی جریان برای دو حالت دریچه با تخلیه عمودی و افقی جریان برای دو دمای 16 و 20 درجه سلسیوس مورد ارزیابی قرار گرفته است. این پارامترها در فواصل صفر، 30 و 60 سانتی متری از مرکز دریچه سیستم توزیع هوای زیر سطحی و در 8 ارتفاع مختلف از کف اندازه گیری شده است. همچنین، با استفاده از مدل آسایش حرارتی فنگر و استاندارد اشری، احساس حرارتی، درصد نارضایتی کلی افراد و درصد نارضایتی ناشی از کوران تعیین شده است. نتایج نشان می دهد میزان نارضایتی حرارتی افراد در اتاقی با سیستم توزیع هوای زیر سطحی به طور چشمگیری به جهت تخلیه جریان (افقی/عمودی) و میزان فاصله افراد از دریچه وابسته است. همچنین، نتایج حاکی از آن است که در صورت استفاده از دریچه های مناسب، می توان ضمن حفظ شرایط آسایش افراد، دمای هوای ورودی را از 16 درجه سلسیوس به 20 درجه سلسیوس افزایش داد که این موضوع گام بزرگی در راستای کاهش مصرف انرژی به حساب می آید.

    کلیدواژگان: سیستم توزیع هوای زیر سطحی، نارضایتی ناشی از کوران، نارضایتی ناشی از اختلاف عمودی دما، شدت آشفتگی جریان، تحقیق آزمایشگاهی
  • بهادر فتحی پور، اشکان غفوری*، کاظم محمدزاده صفحه 19

    در مقاله حاضر، انتقال حرارت و جریان سیال غیرنیوتنی رقیق شونده در یک لوله دایره ای تحت شار حرارتی ثابت با نوار تابیده اصلاح شده به صورت عددی در رژیم آرام، پایا و سه بعدی موردبررسی قرارگرفته است. برای حل عددی معادلات حاکم، روش حجم محدود استفاده شده و در تحلیل وابستگی میان نرخ تنش و برش، مدل پاورلا اصلاح شده بکار رفته است. مدل فیزیکی مسئله یک لوله دایره ای دارای نوار تابیده استاندارد و کاهش عرض آن، همچنین یک لوله دایره ای با نوار تابیده توخالی و افزایش حفره مرکزی نوار است. کاهش عرض نوار در لوله با نوار تابیده ازنظر بازدهی حرارتی، نامناسب ارزیابی شد. برای بهبود بازدهی حرارتی بجای کاهش عرض نوار، از نوار تابیده توخالی با نسبت های مختلف استفاده گردید. همچنین نتایج تحلیل نشان می دهد که در نسبت حذف (بخش مرکزی نوار نسبت به عرض اولیه) برابر 3/0 می توان در سیالات ذکرشده، به ترتیب 95/17، 49/18 و 69/19 درصد افزایش عملکرد حرارتی نسبت به بهترین حالت عملکرد حرارتی نوار تابیده استاندارد (با نسبت کاهش عرض 9/0) به دلیل تولید آشفتگی و چرخش بیشتر در جریان به دست آورد؛ بنابراین حذف از بخش مرکزی نوار تابیده یک روش مناسب برای افزایش عملکرد حرارتی ارزیابی گردید.

    کلیدواژگان: سیال شبه پلاستیک، نوار تابیده اصلاح شده، افزایش عملکرد حرارتی، مبدل حرارتی لوله ای، مدل پاورلا اصلاح شده
  • امیراحمد جامی الاحمدی، احمد نظری*، محمدحسن کیهانی صفحه 20

    پدیده جوشش به دلیل بزرگتر بودن حرارت نهان تبخیر نسبت به حرارت محسوس و در نتیجه نرخ انتقال حرارت بالا، یکی از پرکاربردترین فرآیند های انتقال حرارت در صنعت به شمار می رود. اما استفاده از فرایند جوشش در شار حرارتی بالا محدودیت امکان وقوع جوشش فیلمی در نقطه شار حرارت بحرانی را دارد. در سال های اخیر مطالعات زیادی در زمینه جوشش استخری نانوسیال برای افزایش شار حرارت بحرانی انجام شده و بعضا نتایج متناقضی در این مورد ارایه شده است. این پژوهش با هدف درک رفتار نانوسیال و تاثیر نانوپوشش ایجاد شده در طی فرآیند انتقال حرارت جوشش استخری بر شار حرارت بحرانی انجام شده است. بنابراین از ترکیب نانوذرات اکسید مس/آب با اندازه نانوذرات nm 40 و غلظت های (mg/l) 1-1000 و هیتر مسی با سطح تخت و قطر mm10 و زبری سطح nm 5/7  استفاده شده است. اندازه گیری شار حرارت بحرانی در غلظت های مختلف نانوسیال نشان داد که شار حرارت بحرانی با افزایش غلظت تا  mg/l100 حداکثر به میزان % 92  نسبت به آب دیونیزه افزایش می یابد. بعد از جوشش نانوسیال، برای بررسی خواص سطوح و نانوپوشش ایجاد شده روی سطح، اندازه گیری های میکروسکوپ نیروی اتمی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و اندازه گیری زاویه تماس سطح روی نمونه ها انجام شده است. نتایج نشان دهنده تاثیر مثبت زبری و اثر منفی افزایش ضخامت بر افزایش شار حرارت بحرانی می باشد.

    کلیدواژگان: جوشش استخری، نانوسیال اکسید مس-آب، شار حرارت بحرانی، نانوپوشش
|
  • Nima Aboufazeli, Pooyan Hashemi Tari *, Roghayeh Gavagsaz Ghoachani, Majid Zandi Page 1

    Concerns about the usage of fossil fuels have led to more attention to renewable energies such as wind energy. Utilization of wind turbines in the urban industry is one of the challenging topics in wind energy area. Particularly, due to the limitations of the wind conditions in the urban areas (i.e. low speed wind, high level of variation of wind direction and high turbulence level) and the space limitations within the cities, utilization of vertical axis wind turbines in micro scales have become of interest. The focus of the present study is on these types of turbines and assessing the parameters affecting their aerodynamic performances. Two types of vertical axis wind turbines (Savonius and a straight blade Darrieus) were designed and constructed in micro-scale. The effect of wind speed on the Savonius turbine is experimentally studied. Results show that this turbine performs better at lower wind speeds. The effect of the aspect ratio and the vertical position of the blade struts on the performance of the Darrieus turbine is also experimentally assessed. The results show that the best vertical position for struts is the tip of the blades. It was also experimentally observed that the turbine with aspect ratio one has the best aerodynamic performance.

    Keywords: Micro wind turbines, Vertical Axis Wind Turbine, Savonius, Darrieus, power coefficient
  • Amirhossein Rouhollahi, Alireza Jahangirian *, Masoud Heidari Soreshjani Page 2

    A way to increase the generated power of an available wind turbine blade without changing its base shape is to add proper add-on to the blade tip. In this paper, seven tip add-ons are added to the blade tip of the NREL Phase VI wind turbine, and their effect on generated power is studied using computational fluid dynamics. Reynolds averaged Navier-Stokes equations are used with k-ω SST turbulence model to simulate the flow over the blade. Results show that the tapered tip add-on does not have a notable effect on generated power, while the shark-tip add-on increases the output power by about 4%, which is a minor increase comparing to the other add-ons. The suction surface and pressure surface winglets (without sweepback) increase the power generated by 5.23% and 9.6% respectively, which shows the superiority of pressure surface winglet over suction counterpart. Afterwards, sweepback is added to winglets, showing 11.87% and 13.25% power increase for suction surface and pressure surface winglets respectively, which shows the positive effect of sweepback angle in generated power increase. This is obtained by only a 28 cm add-on to the base blade with a radius of 553 cm.

    Keywords: Blade Tip Geometry, computational fluid dynamics, Wind turbine, NREL Phase VI Blade
  • Fardin Sattari, Maryam Tahmasebpour *, Mousa Mohammadpourfard Page 3

    The calcium looping process is considered a promising technology to CO2 capture emissions from combustion plants in recent decades. To model this process, the bed hydrodynamics as well as the sorbent characteristics will affect the calcium looping efficiency. In this study, CaO/Al2O3 sorbent is first synthesized by sol-gel method and then its performance is compared with pure CaO sorbent through 20 carbonation/calcination cycles. In addition, a general model based on bed hydrodynamics as well as sorbent properties for this process is presented and then the influence of parameters such as superficial gas velocity, carbonator height and sorbent inventory on process efficiency is investigated. Thermogravimetric experiments reveal that CaO/Al2O3 sorbent preserves 73% of its activity at the end of 20 cycles, whereas it is obtained as 21 for pure CaO sorbent. The results obtained from modeling show that the adsorption efficiency is decreased from 78.69 to 22.68% for pure CaO, whereas, it is decreased from 86.5 to 74.1% for modified CaO/Al2O3 sorbent. Finally, by studying the affective parameters it is obtained that the solid inventory has a significant impact on the process efficiency while the gas velocity and the height of the carbonator are far less effective.

    Keywords: Calcium looping, Modeling CO2 adsorption, Calcium oxide sorbent, Bed hydrodynamics, Carbonator
  • Hamed Bagheri Esfeh *, Sobhan Shanehsaz Page 4

    Artificial vein graft is one of the most commonly used surgeries in the human body, in which the stenosis is replaced with an artificial prosthesis. The mechanical behavior of this prosthesis must be very close to the normal behavior of the vein in order to have an appropriate operation. The carotid artery is one of the major arteries in the blood supply to the human brain. In this paper, the effect of blood fluid on natural and prosthetic vessel walls in normal and occluded cases has been analyzed. Blood flow as a non-Newtonian fluid in the carotid artery has been simulated using ANSYS CFX software. According to the obtained results, the stenosis increases the velocity, shear stress, von Mises stress, deformation as well as local pressure reduction in the occlusion zone. Maximum value of deformation and von Mises stress occurs near bifurcation in the common carotid artery. Then Dacron and polyurethane polymers have been used as replacements for natural carotid artery and von Mises stress and deformation values have been calculated for these polymers in the normal and occluded cases. According to the obtained results, usage of Dacron polymer as a replacement for the natural carotid artery is more appropriate than polyurethane.

    Keywords: Blood flow, Non-Newtonian fluid, Carotid artery, Artificial graft, computational fluid dynamics
  • MohammadKazem Moayyedi *, Vahid Azadi Talab Page 5

    In this paper, the air flow field around buildings is simulated to predict the dispersion of the fine solid pollutants. The large eddy simulation approach has been used to model the turbulence flow. In the first part of this research, a simple model including a building has been simulated and the obtained results are compared and validated with the experimental data obtained from a wind tunnel test. By setting the optimal parameters of the numerical model in the first part, in the second part, an area of Tehran city with high-rise buildings and irregular urban layout is considered and the velocity field and deposition of the contaminant particles in this model are also simulated. The result obtained in the first part of show good agreement with the experimental data and in both models the effect of some variables like the arrangement of buildings (in urban model) and the wind velocity are investigated. To analyze the value of the pollutant concentration in the urban area at each time, the integral of this variable on some important surfaces has been calculated over time and the effect of urban area layout on the integration is discussed.

    Keywords: Large Eddy Simulation, Air pollution, computational fluid dynamics, Particulate Material Pollutant, Environmental fluid dynamic
  • Faramarz Sarhaddi *, Hassan Sanaei, Said Farahat, Seyed Mohammad Javadi Page 6

    This research represents the dual blanket structure and liquid metal fluid hydrodynamic characteristic under magnetic field. Numerical study of the flow inside the blanket which is separated by separator structure from the shell side is done. This structure is used for both thermal insulation and pressure drop reducing mechanism. As the fluid has electrical conductivity properties, magnetohydrodynamic analysis is also done. In the current study following analyses are done: magnetic field effect, wall electrical conductivity, baffle thickness and its distance from wall in on pressure drop, as well as explaining the behavior of velocity profile under magnetic field changes. According to the result increasing the magnetic field from 0.4 T to 1 T increasing the pressure drop by 4 times the initial value. Also, reducing the electrical conduction in the separating wall from 500 S/m to 5  S/m reduces the pressure drop by 35%. Studies on the different thicknesses of the separator structure in 16 different cases with constant distance between the separator and the wall does not have a significant effect on the pressure drop but by increasing the distance between the separator and the wall the pressure drop will decrease and consequently decreasing in pumping power.

    Keywords: Magnetohydrodynamics, dual blanket, Numerical study, Pressure drop
  • Eslam Ezzatneshan *, Aliasghar Khosroabadi, Ayoub Fattahi Page 7

    In this paper, an efficient lattice Boltzmann method is applied for the simulation of two-phase flow problems at high density and viscosity ratios. The present lattice Boltzmann method employs the Allen-Cahn equation to model the interfacial dynamics between two phases and an appropriate collision operator is implemented to ensure the stability of the numerical solutions. The performance of the numerical algorithm is examined by studying droplet dynamics at different flow conditions. Herein, the equilibrium state of a droplet on the flat and curved walls is verified by considering the wetting properties, namely the hydrophilic and hydrophobic characteristics, for solid surfaces. The multiphase flow pattern and interfacial dynamics of an impinging droplet on a cylinder surface and a semicircular cavity are also investigated and the obtained results are compared with the available data. The present study demonstrates that the curved wall considering the wettability effects significantly affects the droplet dynamics, depending on the properties of the liquid phase and the flow conditions. This work also shows that the lattice Boltzmann method with the Allen-Cahn equation is more stable for simulation of liquid-gas systems at density ratio 1000 and viscosity ratio 100 which makes this method more suitable for predicting practical flow characteristics.

    Keywords: Lattice Boltzmann method, Allen-Cahn equation, Multiphase flows, droplet impingement dynamics, curved surface
  • MohammadReza Shah Nazari *, Ali Saberi Page 8

    In this paper, nonlinear simulation of viscous fingering instability of miscible displacement involving nanofluid is investigated. Using vorticity and stream functions and the spectral method governing equations are obtained. Due to the fractality of fluid-fluid interface in instability phenomena, by using box counting method, its fractal dimension is calculated in different parameters such as deposition rate, mobility ratio and diffusion rates. The results show that increasing the deposition rate reduces the complexity of finger patterns and the diffusion rate of nanofluid has no effect on complexity of finger patterns while increasing the diffusion rate of displaced fluid has significant effect on patterns and makes it more complicated. The fractal analysis also shows that the effect of mobility ratio depends on the deposition rate.  By considering deposition rate, although the mobility ratio has no effect on fractal dimension and effective time is constant and equal to 275, start time of instability is delayed by 25 units. It can be concluded that fractal analysis of viscous fingering phenomena can be considered as one of the instability characteristics.

    Keywords: Instability, Viscous fingering, Nanoparticle, Fractal Analysis, Nonlinear Simulation
  • Seyed Amir Behmounesi, Farzad Jafarkazemi * Page 9

    This paper aims to compare the electrical and thermal performance of different designs of hybrid photovoltaic-thermal collectors. The main advantage of photovoltaic-thermal collectors in comparison to common photovoltaic modules is decreased cell temperature and an associated increase in their electrical efficiency. In addition, the combination of photovoltaic module and solar thermal collector makes it possible to produce both heat and electricity in a single device and reduces the area required for collector and module installation. In this research, the electrical and thermal efficiency of different designs of photovoltaic-thermal collectors is investigated. The heat transfer fluid considered for heat dissipation is water. A theoretical analysis of eight types of different photovoltaic-thermal collectors, including sheet and tube with spiral (circular cross-section) and parallel tube (circular, square and rectangular cross-sections) designs were implemented based on thermal modeling. These include collectors with different flow paths and different cross-section geometries. According to the results, sheet and tube design with circular cross-section has minimum and sheet and tube design with rectangular cross-section has maximum thermal and total efficiency. Also, glass cover reduces the electrical efficiency and increases the thermal efficiency and total thermal energy.

    Keywords: Photovoltaic module, Solar collector, photovoltaic, thermal collector, Electrical efficiency, Thermal efficiency
  • Mohammadsaaber Khosravi, Seyed Abdolmehdi Hashemi * Page 10

    The advantage of micro thermophotovoltaic systems is the direct conversion of heat energy into electrical energy without any moving parts. For an adequate performance of thermophotovoltaic systems, uniform and high temperature along the micro-chamber wall is required. In the present study, a laminar premixed combustion of hydrogen-air in a micro porous chamber is studied. Non-equilibrium thermal condition between gas and solid phases and radiative transport equation in solid phase is considered . Using numerical simulation, the effect of several parameters on the radiation efficiency of thermophotovoltaic system including equivalence ratio, porosity, porous thermal conductivity and inlet mixture velocity have been studied. The results show that increasing the equivalence ratio up to 1 increases the wall temperature and increasing the thermal conductivity of the porous medium, results in a more uniform temperature distribution. Also decreasing the inlet velocity, porosity and thermal conductivity of the porous medium increases the system's radiation efficiency. The convection heat transfer between the gas and solid phases inside the porous and the radiation and conduction heat transfer in the porous for the porosity of 0.4 and 0.8 were compared and it was shown that the role of radiation heat transfer inside the porous is negligible.

    Keywords: Microcombustor, Porous Media, numerical simulation, Non-equilibrium thermal, radiation efficiency
  • MohammadHasan Shojaeefard *, Arash Sadri Qahfarrokhi Page 11

    Following concerns about air pollution and global warming in recent years, the use of heavy duty gas engines has become favorable in major industries such as the marine industry, power plants, etc. Heavy duty diesel engines designed for similar applications were used and made by modifying their structure or adding new parts or a combination of the two approaches, because of the fact that heavy duty gas engines are more similar to diesel engines with similar emissions. They have less emission and also less power. Various technologies can be used to increase the power of the gas engines. One of these new technologies is the pre-combustion chamber, which results in an increase in power output. The pre-chambers are categorized into two types of refueling in terms of how the refueling is shared with the main chamber and refueling independent of the main chamber. The pre-combustion chamber should be used to increase the efficiency of the pre-chamber and overall engine efficiency, which is suggested after considering the use of the pre-combustion chamber with a stand-alone fuel system.

    Keywords: Heavy gas engine, Pre combustion chamber, Main combustion chamber. Nozzle. Fuel system
  • Seyed MohammadJamal Razeghi, Mohamad Safarzadeh, Hadi Pasdarshahri * Page 12

    The present study is conducted to find a compatible combustion model, in case of single room compartment fire. The large eddy simulation was used with one-equation sub-grid scale turbulence model by steady laminar flamelet and eddy dissipation models were acquired as the combustion model. OpenFOAM solver based on C++ programming language was developed to use the flamelet model. The benefit of the flamelet model employment than the eddy dissipation model was regarding the lower computational cost which was about 14 percent lower in this case. Moreover, steady laminar flamelet model considered the detailed chemical kinetic of GRI 3.0, however, eddy dissipation model treated the chemical kinetics of the model with an irreversible single-step Arrhenius global reaction which is only able to estimate the main products of combustion. Deviations of velocity and temperature at the doorway showed that the steady laminar flamelet model predictions were accurate with an uncertainty error of 3.3 % for temperature and 8 % for velocity, respectively. Prediction of the temperature inside the room with a steady laminar flamelet model was estimated to have 3.2 % accuracy.

    Keywords: Compartment fire, Large Eddy Simulation, Eddy dissipation model, Steady laminar flamelet model
  • Mohsen Fallah *, Zahra Mohammadi, S. Mohammad S. Mahmoudi Page 13

    In this paper, the superconducting carbon dioxide cycle is re-examined and compared from the perspective of advanced and thermoconomic exergy analysis to identify real potentials and prioritize the improvement of cycle components. In advanced exergy analysis, in addition to calculating the total exogenous exergy destruction for each component, the contribution and effect of each of the other components and their combination in causing this inefficiency have also been identified. In thermoeconomic analysis of the system, the unit cost of the product, the cost of investment and the cost of destroying the exergy for the components of the system are calculated. Improvements based on advanced exergy analysis are assigned to high temperature recuperator, turbine, compressor 1, preheater, low temperature recuperator, compressor 2 and reactor, respectively. Also, based on thermoeconomic analysis, improving the turbine and reactor is not economically justified. However, the results show that even by abandoning the improvement of these two components, due to their high economic cost and by improving other components of the cycle based on the prioritization of advanced exergy analysis, it is possible to increase the efficiency of the exergy cycle from 4/29/47. There is 63% to 47.4% and cycle energy efficiency from 34.15% to 45.84%.

    Keywords: thermoeconomic, Endogenous exergy destruction, Exogenous exergy destruction, Avoidable exergy destruction, Unavoidable exergy destruction
  • Mehran Abdolalipouradl, Mohsen Rostami, Shahram Khalilarya * Page 14

    In this study, two new multi-generation (hydrogen, power, heating) systems are thermodynamically analyzed and optimized. For the proposed cycles, the two systems are distinguished by the power generation cycle, so that the organic Rankine cycle and the Kalina cycle are used to produce power. Both systems also use domestic water heater for heating and proton exchange membrane electrolyzer for hydrogen production. After the thermodynamic simulation, a comprehensive study was performed for evaluating the parameters affecting hydrogen production, net output power, heating, thermal efficiency and exergy efficiency of two cogeneration systems and finally, an optimization was performed from an exergy efficiency point of view. According to the results of this study, for the organic Rankine cycle-based tri-generation system, when evaporator temperature increases exergy efficiency and hydrogen production show optimum values while for Kalina cycle-based tri-generation system, hydrogen production and exergy efficiency increase. Also, according to the study of various operating fluids for the organic Rankine cycle, the R152a as an organic Rankine cycle fluid produces more hydrogen. Furthermore, based on the optimized results for 120 °C heat source temperature, the Kalina cycle-based tri-generation system has more exergy efficiency and more hydrogen production than the organic Rankine cycle-based tri-generation system.

    Keywords: Thermodynamic analysis, Tri-generation systems, Proton exchange membrane, Kalina, Organic Rankine cycle
  • Milad Fili, Hadi Ghaebi *, Hadi Rostamzadeh Page 15

    In the present research, a novel bi-evaporator combined cooling and power cycle based on the integration of a double-stage organic Rankine cycle and an ejector refrigeration cycle is devised to recycle heat from the exhaust gas of a marine diesel engine. Instead of using conventional pure organic fluids, various appropriate zeotropic mixtures are screened for the proposed system and the results are discussed in terms of the first and second laws of thermodynamics. The results indicated that by recycling 434kW energy from the exhaust gases and using R142/Pentane with 51/49 percent a maximum thermal efficiency of 43.28% and an overall cooling load of 166.36 kW can be achieved. In this case, the net produced electricity and exergy efficiency are obtained as 21.83 kW and 20.22% which can be increased by selecting other appropriate mixtures. Additionally, using R142/Pentane with 51/49 percent as the working mixture, it is figured out that the auxiliary vapor generator contributes to the highest exergy destruction by 62.3 kW out of overall exergy destruction of 122.15 kW. Also, the energy and exergy efficiencies of the system can be increased simultaneously by increasing the evaporator bubble point temperature.

    Keywords: Waste heat, Marine diesel engine, Ejector, Bi-evaporator, Zeotropic mixture
  • Mehdi Sansebli, Yeganeا Gorgij, Amin Behzadmehr *, Tahereh Fanaei Sheikholeslami Page 16

    Many researchers are interested in powering sensors and electrical circuits in wireless networks through energy harvesting from environmental waste energies. In this study, a flexible nanogenerator is designed and fabricated based on the reverse electrowetting concept. The performance of the nanogenerator has been investigated in different conditions including various bias voltage, different excitation frequency, and several external loads. The nanogenerator comprises of water droplets, as a strong dipole fluid, and two dielectric layers; polymethylsiloxane polymer. The latter has good hydrophobicity and flexibility. These two dielectric layers are formed on the surface of copper electrodes by using a spin coater. It is shown that increasing the excitation frequency augments the generated power to some extent that the capacitor is not fully discharged. The nanogenerator power output increases with the external load up to equality between the external load and the nanogenerator's internal resistance. The results show that the fabricated nanogenerator can generate a power density equal to 1.08 W/m2 using 1 ml water droplet, 7V bias voltage, and an excitation frequency of 1 Hz.

    Keywords: nanogenerator, reverse electrowetting, Flexible, PDMS
  • Mehrdad Sarabi, Ebrahim Abdi Aghdam * Page 17

    In the present study, a single-cylinder research engine was utilized to capture experimental data at 9 compression ratio and 1800 rpm engine speed for dual fuel mixtures of 100%, 90%, 75% and 60% gasoline and the rest natural gas in skip-fire mode. Then, a gasoline- natural gas multi-zone thermodynamic entrainment simulation-code equipped with blow-by sub-model was developed. Two 200-cycle sets of free residual motoring and firing cycles were separated from the experimental data to check the response of the code. In motoring-case, the ensemble-average P-θ of the motoring set was compared with that of the code and the blow-by sub-model was verified. Next, in the firing-case, the results obtained from the code were compared with the ensemble-average P-θ of the firing set in each fuel combination and the code was validated. In the firing-case, the leakage to crevices was estimated to be considerably more than that of the motoring-case. In the firing mode of the code, the deviation of the obtained results of the code without blow-by option from the experimental results was more serious as compared to those of the code with blow-by, emphasizing the importance of the blow-by sub-model in the code.

    Keywords: Multi-Zone model, blow-by, Gasoline-natural sas, Dual Fuel, Spark-ignition engine
  • Alireza Zolfaghari *, Saeed Teymori, Mahdi Afzalian, Mohammad Raesi, Seyed Mohammad Hooshmand Page 18

    One of the concerns about the operation of underfloor air distribution systems is the occurrence of local thermal discomfort such as draught and vertical air temperature difference. In the present study, to investigate these discomfort parameters in a room with the mentioned system, the temperature, mean velocity and turbulence intensity for vertical and horizontal supply air diffuser with 16 and 20°C inlet temperatures were evaluated. These parameters were measured at 0, 30 and 60cm distances from the center of diffuser of the underfloor air distribution system at 8 different heights from the floor. Also, by using the Fanger model, thermal sensation, percentage of thermal discomfort and the percentage of thermal discomfort caused by the draught were determined. The results indicated that the amount of thermal discomfort in a room with an underfloor air distribution system is significantly dependent on supply air direction (horizontal/vertical) and, distance from the inlet diffusers. Also, the results showed that by using proper diffusers, while subjects’ thermal comfort maintains constant, the supply air temperature can be increased from 16 to 20 °C, which is a major step towards reducing energy consumption.

    Keywords: Underfloor air distribution system, Draught discomfort, Vertical air temperature difference discomfort, Turbulence intensity, Experimental evaluation
  • Bahador Fathipour, Ashkan Ghafouri *, Kazem Mohammadzadeh Page 19

    The present paper, heat transfer and flow of shear-thinning non-Newtonian fluids in a circular tube under constant heat flux with a modified twisted tape, have been numerically studied in a laminar, steady-state and three-dimensional regime. The finite volume method was used to numerically solve the governing equations, modified power-law model be used to describe the dependence between the stresses and shear rates. The physical model is a circular tube with a standard twisted tape with decreasing its width, also a hollow tape in circular tube with an increase in the central cavity of the tape. The heat transfer and the overall performance are unfavorable by cutting off the tape edge. Instead, a decrease in tape width ratio, hollow tape with different removal ratios was used to improve thermal efficiency. the numerical results show that the removal ratio (hollow width of the tape divided by the initial width) equal to 0.3 in the fluids with behavioral indexes 0.86, 0.55 and 0.41 can cause 17.95%, 18.49% and 19.69% increase in thermal performance compared to the best thermal performance mode, respectively. Therefore, the hollow twisted tape is a promising technique for laminar convective heat transfer enhancement.

    Keywords: Pseudo-Plastics Fluid, Modified Twisted Tape, Heat transfer enhancement, Pipe Heat Exchanger, Modified power-law
  • AmirAhmad Jamialahmadi, Ahmad Nazari *, MohammadHasan Kayhani Page 20

    Boiling heat transfer is one of the most applicable heat transfer processes in the industry. In recent years, many studies have been investigated in nanofluid pool boiling field and reported some contradictory results. This research is a qualitative and quantitative investigation to understand the behavior of nanofluid during pool boiling heat transfer. For this purpose, a low concentration (up to 1000mg/l) of CuO-water nanofluid and a copper plate surface heater with a diameter of 10 mm and surface roughness of 7.5 nm were used. CuO-water nanofluids have been created by 40nm nanoparticles and 1 to 1000 mg/l of concentrations are used in this research. The measurement of critical heat flux at different concentrations of nanofluid showed that critical heat flux has improved 92% in optimized concentration of 100 mg/l compared to distilled water. Atomic force microscopy, scanning electron microscopy and contact angle measurements have been done for analyzing properties of surface and nanocoated which are formed after nanofluid boiling. Results demonstrate that there is a positive effect in increasing roughness and a negative impact of thickness enhancement on critical heat flux.

    Keywords: Pool boiling, CuO-water nanofluids, Critical heat flux, Nanocoated surface