فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - پیاپی 139 (مهر و آبان 1400)

مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 139 (مهر و آبان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/08/24
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مهدی کیهانپور، فاطمه سادات میرعابدینی، مجید قاسمی * صفحات 3-14

    یکی از رایج ترین بیماری های قلبی- عروقی گرفتگی رگ ها می باشد. در این پژوهش جریان خون با مدل های مختلف لزجت در یک رگ دارای گرفتگی با فرض دیواره بررسی شده است. هندسه گرفتگی با رابطه کسینوسی مدل شده است. معادلات مساله شامل پیوستگی، ممنتوم، انرژی، قانون هوک برای ماده الاستیک خطی و روش (ALE) برای برهم کنش سیال- جامد به صورت کد المان محدود تعریف و حل شده اند. نتایج نشان داد، دیواره رگ در نزدیکی گرفتگی بیش ترین جابجایی را دارد. فرض بر هم کنش سیال - جامد باعث کاهش تنش برشی دیواره می گردد. برای مثال، بیشینه مقدار تنش برشی دیواره در ناحیه گرفتگی با مدل لزجت کاریو از 32/2 به 23/2 و با مدل لزجت نیوتنی از 1/2 به 2 کاهش می یابد. همچنین مشاهده گردید، اعمال شار حرارتی در سطح بیرونی دیواره رگ باعث افزایش قابل ملاحظه ای دمای جریان خون و دیواره در ناحیه گرفتگی می شود.

    کلیدواژگان: گرفتگی، غیر نیوتنی، جریان خون، تنش برشی دیواره، ماده الاستیک خطی
  • محمدرضا عصاری *، گلشن زاده مبارک، محسن پرور صفحات 15-24

    در این پژوهش انتشار دود، توزیع دما، میدان دید، نرخ انتقال حرارت و نحوه سرایت آتش به بخش های مختلف در یک واگن قطار مسافربری تهران به اهواز پس از شروع آتش سوزی شبیه سازی شده است. معادلات حاکم در حالت ناپایا، براساس کسر جرمی فرآورده ها و سوخت مصرف نشده به صورت لحظه ای نسبت به جرم کل در واکنش حل شده اند. تاثیر پارامترهای مختلف در سناریوی آتش سوزی مطالعه و با نتایج پیشین مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که کمتر از دو دقیقه پس از شروع حریق شرایط داخل واگن از لحاظ دما، دود و میدان دید به حالت بحرانی می رسد. جهت جلوگیری از سرایت آتش به بخش های دیگر واگن، عملیات اطفاء حریق باید کمتر از چهار دقیقه پس از توقف قطار انجام گیرد. مقایسه داده ها با نتایج جون و همکاران حداکثر اختلاف دمای 6/9 و میدان دید 10 درصد را نشان میدهد.

    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، آتش سوزی، دینامیک شبیه سازی آتش، انتشار دود، توزیع دما
  • بهروز شهریاری *، علیرضا علیپوری تراب، مصطفی ناظمی زاده صفحات 25-34

    کمانش یکی از دلایل اصلی خرابی در سازه‌های جداره نازک است، بنابراین امکان وجود کمانش را همیشه باید در طراحی و تحلیل آنها در نظر داشت. در این تحقیق یک درام دوار در یک موتور توربینی که چندین ردیف پره روی محیط خارجی آن متصل هستند مورد تحلیل ناپایداری قرار می گیرد. سازه درام دوار در واقع یک سازه مخروطی جداره نازک است که تحت انواع بارهای مکانیکی و حرارتی قرار دارد. ابتدا درام دوار به صورت یک سازه استوانه ای مدل و در نرم‌افزار المان محدود آباکوس تحلیل و به کمک روابط تیوری مورد صحت‌سنجی قرار می‌گیرد. در ادامه هندسه درام به شکل مخروطی مدل می‌شود و روند تحلیل مشابه حالت قبل انجام می‌گردد. تنش‌های اعمالی روی سازه معین می‌شوند و ضرایب کمانش یا همان مقادیر ویژه استخراج می‌گردند و پایداری سازه درام و عوامل موثر بر آن مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد. نتایج تحلیل نشان می‌دهند میزان تاثیر بارگذاری حرارتی بر کمانش سازه درام بیشتر از بارگذاری‌های فشار خارجی است. در درام مخروطی تنش بحرانی 710 مگاپاسکال و ماکزیمم تنش کاری برابر 660 مگاپاسکال است.

    کلیدواژگان: موتور توربینی، سازه درام دوار، بارهای مکانیکی و حرارتی، تحلیل سازه، تحلیل ناپایداری
  • الیاس رستمی، امید حبیبی، بهرام جلیلی * صفحات 35-48

    میکروکانال مبدل حرارتی کوچک و کارآمدی است که با تلفیق ویژگی های نظیر ضریب انتقال حرارت بالا، حجم سیال مورد نیاز اندک و وزن و ابعاد کوچک، ابزار بسیار کارآمدی در زمینه مقاصد انتقال حرارتی است. در این مقاله، سرعت لغزشی و پرش دمایی بر جریان درون میکروکانال بررسی گردیده است. نتایج نشان می دهد که در هر عدد رینولدزی سرعت ‏لغزشی سبب افزایش سرعت نزدیک ‏دیواره شده، ‏درحالیکه باعث ‏می شود سرعت ماکزیمم در خط ‏‏ مرکزی کاهش یابد. توزیع سرعت در ‏میکروکانال ‏‏(سرعت لغزشی) در مقایسه با ‏جریان کوانتومی، پهن تر ‏و پخ تر می گردد. سرعت در خط ‏‏ مرکزی ‏‏(سرعت ماکزیمم) با ‏افزایش سرعت لغزشی، درهر عدد رینولدزی کاهش ‏می یابد. سرعت ماکزیمم ‏در ‏جریان توسعه یافته در حدود ‏‏25 درصد با افزایش عدد نادسن ‏تا 0/1، کاهش می یابد، اما این اثر ‏بر روی رینولدزهای بالاتر، ‏بیشتر است.‏ در ‏اعداد نادسن و پرش دمایی ‏‏ مختلف،‎ ‎افزایش سرعت لغزشی و ‏پرش دمایی، اثرکاهشی ‏بر روی دما در هر مقطع ‏دارد.‏ همچنین میکروکانال منحنی همانند ‏میکروکانال مستقیم عمل می نماید.‏ افزایش کسر حجمی ‏نانوسیال، ‏باعث افزایش عدد ناسلت محلی در ‏رژیم جریان لغزشی و رژیم ‏‏ جریان غیر لغزشی می شود.

    کلیدواژگان: میکروکانال، سرعت لغزشی، پرش دمایی، مقیاس نانو، عدد ناسلت
  • محمدباقر محمدصادقی آزاد *، آزاده ناصربگی، مهدی آقایی، فرزاد چوبداررحیم صفحات 49-60

    این پژوهش با هدف بهینه سازی ترمودینامیکی نیروگاه اتمی بوشهر با رویکرد آنالیز اکسرژی برای اتصال آب‌شیرین‌کن و تولید آب شیرین با حداقل هزینه ممکن انجام‌شده است. پس از آنالیز اکسرژی و تعیین منابع اتلاف از الگوریتم‌ های فراابتکاری گرگ خاکستری و ازدحام ذرات برای بهینه سازی سیستم استفاده شده است. عملکرد این الگوریتم‌ها در حل تابع راسترینگ ارزیابی ‌گردیده و مسئله اصلی با الگوریتم برتر برای یافتن دماها و فشارهای بهینه حل شده است. سپس یک واحد آب شیرین‌کن تقطیر چند مرحله ای همراه با ترموکمپرسور با ظرفیت 24000 متر مکعب در روز به یکی از جریان‌های بهینه خروجی از توربین کم ‌فشار متصل گردیده است. نتایج نشان دادند که بیشترین میزان برگشت نا پذیری با مقدار 500/1510 مگاوات در ابتدا به راکتور و سپس با مقدار 500/144 مگاوات به ژنراتور بخار تعلق دارد. هزینه تولید آب شیرین نیز در شرایط بهینه نیروگاه 180/1 دلار به ازای هر متر مکعب می باشد.

    کلیدواژگان: نیروگاه اتمی بوشهر، آب شیرین کن، اکسرژی، الگوریتم گرگ خاکستری، الگوریتم ازدحام ذرات
  • رضا حاجی زاده اصل، مهدی یارمحمد توسکی * صفحات 61-69

    در تحقیق حاضر، تاثیر افزودن نانولوله های کربنی بر رفتار کششی و خمشی کامپوزیت های زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف بازالت بررسی شد. در گام نخست و به منظور برهم کنش مطلوب تر نانولوله ها با زمینه اپوکسی، اصلاح سطحی آنها صورت گرفت. نانولوله های کربنی اصلاح سطحی شده در درصدهای وزنی مختلف نسبت به زمینه (1/0% ، 3/0% و 5/0%) انجام و در ادامه مخلوط های حاصله به عنوان زمینه در ساخت کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بازالت استفاده شد. به منظور بررسی اثر افزودن نانولوله های کربنی بر رفتار مکانیکی کامپوزیت ها آزمونهای کشش و خمش سه نقطه ای روی آنها صورت پذیرفت. نتایج حاصله نشان می دهد که اولا بیشترین میزان اثربخشی نانولوله های کربنی اصلاح سطحیشده بر استحکام کششی و خمشی در کامپوزیتهای حاوی 3/0 درصد وزنی نانولوله کربنی حاصل شده است. ثانیا تاثیر مثبت نانولوله های کربنی در یک مقدار مشخص بر استحکام خمشی بیشتر از تاثیر همان میزان نانولوله کربنی بر بهبود استحکام کششی بود. ثالثا روند تغییرات انرژی شکست با افزایش مقدار نانولوله کربنی افزودهشده مشابه استحکام کششی و خمشی نمونه ها بود، بیشترین میزان جذب انرژی در ارتباط با نمونه حاوی 3/0 درصد وزنی نانولوله کربنی با بهبود 35% نسبت به نمونه شاهد حاصل شد.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، نانولوله کربنی، کامپوزیت های زمینه پلیمری، نانولوله های کربنی
  • شکوه دزیانیان، محمد آزادی * صفحات 70-80

    پیشوند "meta" در کلمه "metamaterial" در زبان یونانی به معنای "فراتر" از ماده است. بنابراین متامتریال یا فرامواد خواصی فراتر از مواد طبیعی دارند. خواص این مواد از ماده ای که از آن تشکیل شده است استخراج نمی شود اما خواص آن ها وابسته به ساختار آن ها است. این ساختار خاص در فرامواد از تکرار و کنارهم قرارگرفتن جزها یا آرایه های مشابه تولید می شود که به آن سلول گفته می شود. لذا فرامواد دارای ساختار بسیار پیچیده است. درنتیجه توانایی بالای تولیدات افزایشی در تولید ساختارهای پیچیده باعث شده توجه ها به سمت این تکنولوژی جلب شود. انواع مختلف فرامواد وجود دارد که به طور کلی به چهار گروه تقسیم میشوند که هرکدام کاربرد وسیعی در زمینه ها مختلف از جمله صنایع دفاعی، خودرویی، هوافضا و پزشکی دارند. هدف از تدوین این مقاله آشنایی با انواع فرامواد، سلول های متفاوت، کاربردها و روش ساخت این مواد به صورت جامع و دسته بندی شده است. این مقاله همچنین به طور خاص کاربرد انواع فرامواد را در صنعت خودرو بررسی کرده است.

    کلیدواژگان: فراماده، پرینتر سه بعدی، پرینتر چهاربعدی، پرینتر پنج بعدی، صنعت خودرو
  • مجتبی مومن، سلمان ابراهیمی نژاد رفسنجانی، مرتضی ملاجعفری * صفحات 81-92

    بحث نویز که منشا آن ارتعاش است، به دلیل تاثیرگذاشتن مستقیم بر کیفیت زندگی انسان ها، بسیار اهمیت دارد. یکی از مهم ترین منابع نویز خودرو، نویز تایر است که با کاهش نویز موتور و اگزوز و برقی شدن خودروها اهمیت زیادی پیدا کرده و بخشی از آن، از رزونانس حفره تایر سرچشمه می گیرد. در این مقاله رزونانس حفره ی تایر مورد بررسی قرار گرفته که هدف اصلی آن، شناخت پارامترهای موثر بر رزونانس حفره تایر و راهکارهای کنترل منبع و مسیر انتقال آن به داخل کابین خودرو می باشد و براساس مطالعات صورت گرفته، در هیچ مقاله ای به طور همزمان به این دو موضوع پرداخته نشده است. همچنین، در این مقاله برای اولین بار راهکارهای کنترل رزونانس حفره تایر و مسیر انتقال آن به داخل کابین خودرو دسته بندی و مورد بررسی قرار گرفته و مزایا و معایب آن ها ارایه شده است. روش تحقیق از نوع توصیفی است که پس از جمع آوری، مطالعه و تحلیل مقالات و پژوهش های منتشرشده در حوزه نویز حفره تایر، مفاهیم، اصول، فرآیند و دستاوردهای هر کدام از پژوهش ها، دسته بندی و تحلیل شده است. این مطالعات برای بررسی و کنترل تاثیر رزونانس حفره آکوستیکی تایر، بر محیط آکوستیکی داخل کابین خودرو ضروری هستند.

|
  • Mahdi Keyhanpour, Fatemeh Sadat Mirabedini, Majid Ghasemi* Pages 3-14

    One of the most common cardiovascular deseases is stenotic arteries. In this study, blood flow with different models of viscosity in a stenotic artery with the assumption of a wall has been investigated. Stenosis geometry is modeled by cosine relation. for The problem equations including continuity, momentum, energy, Hooke's law for linear elastic material, and the method (ALE) for fluid-solid interaction are defined and solved as finite element code. The results showed that the vessel wall had the most displacement near the stenosis region. Assuming the fluid-solid interaction reduces the wall shear stres. For example, the maximum wall shear stress in the stenotic region decreases from 2.32 to 2.23 with Carreau viscosity and from 2.1 to 2 with Newtonian viscosity. It was also observed that applying heat flux on the outer surface of the vessel wall causes a significant increase in blood flow and the wall temperature in the stenotic region.

    Keywords: Stenosis, non- Newtonian, Blood Flow, Wall Shear Stress, Linear ElasticMaterial
  • Mohammad RezaAssari *, GolshanZadehnobarak, Mohsen Parvar Pages 15-24

    A fire accident of a passenger train from Tehran to Ahvaz has been numerically simulated. In this study, emission patterns, temperature distribution and the other parameters have been investigated after the start of the fire. The transient governing equations have been solved by Pyrosim software for different scenario based on mass fraction of products, unused fuel and other fire parameters. The results are compared with an actual case. The results showed that less than two minutes after the start of the fire, the conditions inside the wagon reached a critical situation in terms of temperature, smoke and visibility. To prevent the fire from spreading to other parts of the wagon, firefighting operations must be performed in less than four minutes.

    Keywords: Numerical simulation, Fire scenario, Dynamic fire simulation, Smoke emission, Temperature distribution
  • Behrooz Shahriari *, Alireza Alipouri Toraab, Mostafa Nazemizadeh Pages 25-34

    Buckling is one of the main causes of breakdown in thin wall structures, so the possibility of buckling should always be considered in design and analysis. In this research, instability of a rotating drum in a turbine engine with several rows of blades attached to its external environment is analyzed. The rotary drum structure is a thin-walled conical structure that is subjected to a variety of mechanical and thermal loads. The rotary drum is modeled as a conical structure and analyzed in the Abaqus finite element software and verified by theoretical relations. The stresses applied to the structure are determined, and the buckling coefficients, or eigenvalues, are extracted, and the stability of the drum structure and its associated factors are discussed. The results of the analysis show that the effect of thermal loading on the buckling of the drum structure is greater than external pressure loadings. In the cone drum the critical stress is 710 MPa and the maximum working stress is 660 MPa.

    Keywords: Turbine engine, Rotary drum structure, Mechanical, thermal loads, Structural Analysis, Instability analysis
  • Elyas Rostami, Omid Habibi, Bahram Jalili * Pages 35-48

    Microchannel is a small and efficient heat exchanger which, by combining some features such as high heat transfer coefficient, low fluid volume required and small weight and dimensions, is a very efficient tool in the field of heat transfer purposes. In this article, the slip velocity and temperature jump on the internal flow of the microchannel are investigated. The results show that in each Reynolds number, the slip velocity increases the velocity near the wall, while decreasing the maximum velocity in the center line. The velocity distribution in the microchannel (slip velocity) becomes wider compared to the quantum flow. The velocity in the center line (maximum velocity) decreases with each Reynolds number as the sliding velocity increases. The maximum velocity during the developed flow decreases by about 25% as the Knudsen number increases to 0.1, but this effect is greater on higher Reynolds numbers. In Knudsen numbers and different temperature jumps, increasing slip velocity and temperature jump has a decreasing effect on the temperature at each section. Curved microchannel acts as a direct microchannel. Increasing the nanofluid volume fraction Increases the local Knudsen number at slip-flow and non-slipflow regime.

    Keywords: Microchannel, Slip Velocity, Temperature jump, Nano scale, Nusselt Number
  • A.Naserbegi, M.M.SadeghiAzad *, M.Aghaie, F.Choobdar Rahim Pages 49-60

    This research has been carried out with the aim of thermodynamic optimization of Bushehr nuclear power plant with the approach of exergy analysis for the connection of desalination plant and the production of freshwater at the lowest possible cost. After exergy analysis and determination of destruction, gray wolf optimizer and particle swarm algorithms have been used to optimize the system. The performance of these algorithms in solving the Rastrigin function has been evaluated and the main problem has been solved with the superior algorithm to find the optimal temperatures and pressures. Then, a multi-stage distillation desalination unit with a Thermo vapor compressor with a capacity of 24,000 cubic meters per day has been connected to one of the outlet flows of the low-pressure turbine. The results showed that the highest rate of irreversibility and loss with 1510.50 MW belongs first to the reactor and then to 144.50 MW to the steam generator. The cost of producing fresh water in optimal conditions of the power plant is estimated at $ 1.18 per cubic meter.

    Keywords: Bushehr nuclear power plant, Desalination plant, Exergy, GWO, PSO
  • Reza hajizadehAsl, MehdiYarmohammadTooski * Pages 61-69

    In the present study, the effect of adding carbon nanotubes on the tensile and flexural behavior of basalt fiber reinforced epoxy composites was investigated. In the first step, in order to better interact the nanotubes with the epoxy surface, their surface modification was performed. Surface-modified carbon nanotubes were applied at different weight percentages relative to the matrix (0.1%, 0.3%, and 0.5%) and then the resulting mixtures were used as a matrix in the fabrication of basalt fiber-reinforced composites. In order to investigate the effect of adding carbon nanotubes on the mechanical behavior of composites, three-point tensile and flexural tests were performed on them. The results show that, firstly, the highest effectiveness of surface-modified carbon nanotubes on tensile and flexural strength is obtained in composites containing 0.3% by weight. Secondly, the positive effect of carbon nanotubes in a certain amount on flexural strength is greater than the effect of the same amount on the improvement of tensile strength. Energy was obtained in a sample containing 0.3% by weight.

    Keywords: Nanocomposites, Carbon nanotube, Polymer Composite
  • Shokouh Deziania, MohammadAzadi * Pages 70-80

    The prefix "meta" in "metamaterial" is the Greek word, which means beyond the material. Therefore, metamaterials have properties beyond natural materials. The properties of these materials are not affected by the material from which they are composed, however, their properties depend on their structure. This particular structure in metamaterials is produced by the repetition of similar components or arrays called cells. Therefore, metamaterials have a very complex structure. As a result, the high ability of additive manufacturing to fabricate complex structures has drawn attention to this technology. There are different types of metamaterials that are generally divided into four groups, each of which is widely used in various fields, including defense, automotive, aerospace, and medicine. The purpose of compiling this article is to get acquainted with the types of metamaterials, different cells, applications, and methods of manufacturing these materials comprehensively and categorized. This article also specifically examines the application of metamaterials in the automotive industry.

    Keywords: Metamaterial, 3D-printer, 4D-printer, 5D-printer, Automotive industry
  • Mojtaba Momen, SalmanEbrahiminejad, MortezaMollajafari * Pages 81-92

    The noise, which originates from vibration, is significant because it directly affects the quality of human life. One of the essential sources of car noise is tire noise, which becomes prominent by reducing engine and exhaust noises and electrifying cars, and part of it is initiated from the resonance of the tire cavity. In this article, the resonance of the tire cavity was studied, and the primary purpose is to determine the parameters affecting the resonance of the tire cavity and its control solutions of the source of noise and transmission path into the car cabin. Notably, the two problems addressed have not been investigated simultaneously in previous studies. In the present work, for the first time, the tire cavity resonance control solutions are examined and the resonance transmission path into the car cabin. Furthermore, the pros and cons of such an examination were classified as well. The research method is descriptive in which after collecting, studying, and analyzing articles and published researches in the field of tire cavity noise, the concepts, principles, processes, and achievements of each research have been categorized and analyzed. These studies are necessary to investigate and control the effect of tire acoustic cavity resonance on the acoustic environment inside the car cabin.

    Keywords: Tire cavity resonance, Vehicle tire noise, Resonance phenomenon, Noise controlsolutions, Tire excitation