فهرست مطالب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک - سال سی و دوم شماره 2 (بهار و تابستان 1400)

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال سی و دوم شماره 2 (بهار و تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/15
  • تعداد عناوین: 12
|
  • جعفر نژادعلی* صفحات 1-18
    کمپرسورها یا دمنده های بازتولیدکننده، از نوع کمپرسورهای دینامیکی دوار هستند و قابلیت تولید هد بالا در دبی جریان پایین را دارند و منحنی های عملکرد با مشخصات بسیار پایداری دارند. در این مقاله، به بررسی عملکرد کمپرسورهای بازتولیدکننده با پره های آیرودینامیکی به روش آزمایشگاهی و عددی پرداخته شده است. با استفاده از شبیه سازی عددی جریان سیال، اثر استفاده از پره های آیرودینامیکی متقارن، تعداد پره ها و نیز ارتفاع پره ها بر کارایی و عملکرد کمپرسور تحلیل شد. باتوجه به پیچیدگی الگوی جریان در این نوع از توربوماشین ها، مدل توربولانسی SST به کار گرفته شده است. برای ارایه نتایج از اعداد بی بعد استفاده شده است تا قابلیت تعمیم و بایگانی داشته باشند. نتایج نشان داد که کاهش ارتفاع پره از 34میلی متر به 28میلی متر، سبب کاهش نسبت فشار و نیز افت بازدهی می شود. مطالعه اثر تعداد پره ها در نقطه طراحی نشان داد که بیشترین بازدهی در نسبت گام به وتر 36/0 اتفاق می افتد. پره های آیرودینامیکی با زوایای ورودی و خروجی یکسان در 5زاویه مختلف 20، 30، 40، 50 و 60درجه مطالعه شدند. براساس آنالیز رگراسیون مشخص شد که زاویه بهینه برای پره های آیرودینامیکی متقارن، 46درجه است.
    کلیدواژگان: کمپرسور بازتولیدکننده، ارتفاع پره، پره آیرودینامیکی متقارن، نسبت گام به وتر، شبیه سازی عددی جریان
  • رامین خوشنویسان، سبحان امامی کوپائی* صفحات 19-42
    نویز (صوت) حاصل از جت مافوق صوت آشفته خروجی از نازل های همگرا یا همگرا-واگرا اثرات مخربی بر محیط و انسان های اطراف دارد. برای جلوگیری از این اثرات مخرب، سازوکارهای تولیدکننده نویز در میدان نزدیک و پشت نازل باید به خوبی فهم شود. در این پژوهش یک نازل خفه شده و صدای ناشی از آن به صورت دوبعدی و با استفاده از رویکرد URANS و مدل آشفتگی k-ε Realizable مطالعه شده است. صدای حاصل از این جت آشفته در میدان نزدیک و پشت نازل با حل معادله ویلیامز-هاوکینگز به دست آمده است. تاثیر پارامترهای فشار و دمای خروجی از نازل روی نویز حاصل از جت آشفته بررسی شده است. تغییر دما، اثرات قابل توجه ای روی لایه برشی و طول هسته پتانسیل جت دارد. نویز ثبت شده در نزدیک دهانه نازل و پشت نازل نشان می دهد که حضور سلول های ضربه ای در پلوم جت بر امواج آکوستیکی منتشرشده به سمت بالادست اثر داشته است و باعث به وجودآمدن نویز پهن باند ناشی از سلول ضربه ای می شود. این نویز برای جت سرد با دمای 300کلوین مقداری در حدود 100دسی بل و برای جت گرم با دمای 600کلوین مقداری در حدود 105دسی بل دارد. با افزایش فشار نازل به دوبرابر مقدار اولیه، نویز ثبت شده به حدود 124دسی بل رسیده است.
  • محمد صدیقی، کمال الدین ناصری نژاد* صفحات 43-60
    مخازن CNG آلومینیمی تقویت شده می توانند با کاهش وزن و مصرف سوخت خودرو نسبت به مخازن فولادی مزیت ویژه ای را ایجاد کنند. گنبدی کردن انتهای لوله (اسپینینگ) مرحله ای مهم در تولید مخزن CNG بدون درز است. هدف از انجام پژوهش حاضر، شبیه سازی انجام این فرایند روی لوله آلومینیمی 6061-O در دمای بالا، بررسی اثر گام بر کرنش و تنش پس از انجام گذر اول و همچنین اثر آن بر کل فرایند است. پس از شبیه سازی کل فرایند و به دست آوردن شکل نهایی گنبد، در راستای بررسی اثر گام بر کرنش، کرنش های محیطی، محوری و در راستای ضخامت لوله پس از گذر اول، روی مسیرهای مختلف داخلی، میانی و خارجی در کردارهایی گزارش شده است. تغییرات گام، اثر قابل توجهی بر کم شدن شیب افزایش قدر مطلق کرنش محیطی، وجود کرنش محوری مثبت در مسیر داخلی و توزیع کرنش در مسیر میانی ندارد. اثر عمده افزایش گام در دیگر کرنش های مورد بررسی، یکنواخت ترشدن توزیع آن هاست. این اثر مطابق با پایداری بیشتر و اعوجاج کمتر در انجام کل فرایند با گام های بیشتر است. این پایداری در گذر بالاتر به ازای گام های مختلف نیز مشاهده شده است. از جهت تنش، تنش پس از برداشتن بار گذر اول به ازای گام های مختلف بررسی شده است. افزایش گام باعث کاهش بیشینه تنش موجود در لوله پس از جداشدن غلتک از آن بعد از گذر اول می شود.
    کلیدواژگان: اسپینینگ، خم کاری چرخشی، گنبدی کردن انتهای لوله، مخزن بدون درز آلومینیمی، گام
  • آزاده احمدی، حسن حاج عبداللهی، محمد شفیعی* صفحات 61-76
    در این مقاله سیستم هیبریدی خورشیدی-بادی-باتری با درنظرگرفتن 3محرک مختلف شامل موتور دیزل، موتور گازسوز و توربین گازی به وسیله آنالیزهای ساعتی در طول یک سال برای شهر کرمان مدل سازی و بهینه سازی شده است. در این مطالعه از نسبت سوخت برای ارزیابی مصرف سوخت سیستم مورد بررسی نسبت به سیستم های سنتی استفاده شده است. تعداد پنل خورشیدی، تعداد توربین بادی و تعداد باتری و ظرفیت اسمی موتور دیزل، ظرفیت موتور گازسوز و ظرفیت توربین گازی به عنوان متغیرهای طراحی و نسبت سوخت و هزینه سالیانه به عنوان توابع هدف درنظر گرفته شده اند. برای محاسبه مقادیر بهینه متغیرهای طراحی از الگوریتم چندهدفه NSGA-II استفاده شده است. نتایج بهینه سازی نشان دادند که سیستم هیبریدی با محرک دیزل در مقایسه با 2سیستم دیگر در محدوده وسیعی از جبهه پرتو، دارای بیشترین نسبت سوخت و کمترین هزینه است. نسبت سوخت و هزینه سالیانه در نقطه بهینه نهایی برای محرک دیزل 735/0 و 5/185456 ($/year) است. تعداد بهینه پنل خورشیدی، توربین بادی و باتری برای سیستم هیبریدی با محرک دیزل به ترتیب 1266، 19 و 822 است و همچنین ظرفیت نامی بهینه محرک دیزل 163 کیلووات است.
    کلیدواژگان: پنل فتوولتائیک، توربین بادی، باتری، محرک اصلی، هزینه سالیانه، نسبت سوخت
  • سید اسماعیل رضوی، توحید ادیبی* صفحات 77-92

    در این مقاله یک مبدل گرمایی صفحه‏ای با جریان ناهمسو در شرایط کاری مختلف بررسی شده است. 4حالت مختلف در جریان‏های لایه‏ای و آشفته با صفحه میانی صلب و الاستیک در اعداد رینولدز مختلف مطالعه شده و تاثیر الاستیک کردن صفحه جداکننده روی انتقال گرما و کارایی مبدل بررسی شده است. پروفیل سرعت سینوسی در ورودی کانال سرد به کار رفته است. نتایج این پژوهش نشان داد که الاستیک کردن صفحه میانی در هر 2جریان لایه‏ای و آشفته باعث بهبود انتقال گرما در مبدل گرمایی می‏شود. همچنین نتایج نشان داد که ضریب اصطکاک متوسط در مبدل گرمایی با صفحه میانی الاستیک از ضریب اصطکاک متوسط نسبت به مبدل گرمایی با صفحه میانی صلب بیشتر است. با تعریف کارایی و درنظرگرفتن هر 2عامل افزایش انتقال گرما و افزایش افت فشار، حالت هایی که کارایی کل مبدل گرمایی با صفحه الاستیک بیشتر از یک بود، تعیین شد. نتایج نشان داد که در اکثر مواقع این کارایی برای مبدل گرمایی با صفحه الاستیک بیشتر از یک است. نتایج نشان داد که حداکثر کارایی 2/5 است که در عدد رینولدز 3000 مشاهده شد و حداقل کارایی 9/0  است که در عدد رینولدز 200 اتفاق می افتد.

    کلیدواژگان: مبدل گرما، صفحه الاستیک، عدد نوسلت، سرعت سینوسی، عدد رینولدز
  • محمدامین فرقانی، یوسف بازرگان لاری*، پرهام زاهدی نژاد، محمدجواد کاظم زاده پارسی صفحات 93-112

    در این مقاله، تحلیل فرکانسی تیرهای متخلخل ترک دار مدرج تابعی روی بستر الاستیک بر اساس تیوری مرتبه سوم تغییر شکل برشی ردی بررسی می شود. مشخصات مکانیکی مواد انتخاب شده به طور پیوسته در جهت ضخامت تغییر می کنند. تغییرات خواص مکانیکی بر اساس مدل قانون نمایی تعیین می شود. با به کارگیری تیوری مرتبه سوم تغییر شکل برشی و با اعمال اثر بستر الاستیک خطی، با استفاده از اصل همیلتون، معادلات دیفرانسیل حاکم بر مسئله حاصل می شود. با توجه به پیچیدگی حل بسته ای این معادلات، معادلات دیفرانسیل حاکم با فرض شرایط مرزی از نوع تکیه گاه مختلف، به کمک روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته حل می شوند. به منظور صحت سنجی، نتایج این تحقیق با نتایج سایر مقالات مقایسه می شود. این بررسی نشان می دهد که اختلاف بین نتایج این مقاله با نتایج سایر مقالات ناچیز است. در نهایت اثر پارامترهای هندسی و شاخص نمایی خواص مواد، موقعیت و عمق ترک لبه، بستر الاستیک و تخلخل روی فرکانس طبیعی تیرهای مدرج تابعی ارزیابی می شود. نتایج این مقاله و تاثیرات این پارامترها می تواند در طراحی بهینه تیرهای مدرج تابعی و در تکنیک های پیش بینی، کشف و پایش ترک استفاده شود.

    کلیدواژگان: تحلیل فرکانسی، مدرج تابعی نمایی، ترک لبه، تخلخل، وینکلر- پاسترناک، تئوری مرتبه سوم ردی
  • علی جوادی، مسعود فرحناکیان، صادق الهامی جوشقان* صفحات 113-132
    پارامترهای مغزی زبری سطح ازجمله پارامترهای مهم در عملکرد سطوح در تماس هستند. برنیشینگ که به منظور بهبود پارامترهای سطح و کارسختی شناخته می شود، بر پارامترهای مغزی زبری سطح نیز تاثیر زیادی دارد. در این پژوهش، به مطالعه پارامترهای سطح و به ویژه پارامترهای مغزی زبری سطح ازجمله ارتفاع قله و عمق دره کاهیده، قبل و پس از فرایند برنیشینگ ساچمه ای روی قطعات مسی پرداخته شده است. پروفیل اولیه سطح و ابزار با قابلیت تغییر قطر ساچمه ورودی های پژوهش حاضر هستند که در کنار نیرو و پیشروی برنیشینگ مطالعه می شوند. نتایج نشان داد که فرایند برنیشینگ مقادیر زبری سطح (Ra) را در حدود 90 تا 96درصد کاهش می دهد. همچنین، استفاده از ساچمه با قطر 20میلی متر نسبت به قطر 12میلی متر، 20درصد کاهش بیشتر Ra را به دنبال خواهد داشت. کاهش ارتفاع قله کاهیده و کاهش عمق دره کاهیده در فرایند برنیشینگ ساچمه ای به ترتیب، حدود 80 تا 90درصد و بین 20 تا 80درصد است که بیانگر اثرگذاری کمتر فرایند برنیشینگ بر عمق دره کاهیده است. بنابراین، شرایط اولیه و ازجمله زبری سطح اولیه تاثیر زیادی بر عمق دره کاهیده خواهد داشت. سطوح پرداخت شده با سنباده 60 و تراشکاری با پیشروی 24/0میلی متر بر دور که بیشترین مقادیر زبری سطح را دارا بودند، تاثیرپذیری و بهبود بیشتری از عملیات برنیشینگ پیدا کردند.
    کلیدواژگان: برنیشینگ ساچمه ای، مغزی زبری سطح، زبری سطح، میکروسختی، پروفیل سطح
  • منصور طالبی*، سیامک نباتی صفحات 133-148
    در مجتمع سوخت رآکتورهای هسته‏ای، پره های مغشوش کننده اجزایی جامد با ضخامت کم هستند که به شبکه های نگهدارنده میله های سوخت متصل اند و برای افزایش انتقال حرارت به کار می روند. نیروهای ناشی از عبور سیال می توانند باعث خم شدن بیش از حد و ایجاد تنش های بسیار زیاد در پره ‏ها شوند که عملکرد پره را دچار اختلال خواهد کرد. پره ها معمولا با زاویه ای مشخص نسبت به جریان قرار می گیرند تا بتوانند بهترین اثر را روی جریان داشته باشند و کمترین نیروهای ارتعاشی از سیال به آن ها وارد شود. در این پژوهش با استفاده از روش برهم کنش سیال و جامد، جریان سیال و جابه جایی پره ها برای 3زاویه 65، 70 و 75درجه در یک هندسه خاص بررسی شده است. به این منظور، ابتدا جریان سیال حل شده و نیروهای ناشی از سیال بر جسم محاسبه می شود. در مرحله بعد نیروها به جسم جامد وارد و از طریق المان محدود جابه جایی جسم محاسبه می شود. برای جریان سیال افت فشار محاسبه شده با نتایج عددی و تجربی مراجع دیگر مقایسه شده است که اختلاف کمتر از 10درصد را نشان می دهد. برای هندسه اصلی بررسی شده در این پژوهش بیشترین افت فشار روی پره با زاویه 65درجه نسبت به جریان رخ می دهد. ضمنا اغتشاشات ایجادشده در زاویه 75درجه بیشتر از سایر زوایاست. باتوجه به نتایج تخمین فرکانس، مشاهده شد که با افزایش فرکانس، اندازه جابه جایی کم می‏شود.
    کلیدواژگان: پره های مغشوش کننده، مجتمع سوخت هسته ای، آنالیز برهم کنش جامد و سیال، ارتعاشات القایی
  • علی کوچی*، محمدرضا قریب، مسعود گوهری منش صفحات 149-164

    کاربرد گسترده نانوانبرک ها در صنایع پیشرفته و اهداف پزشکی منجر به شرایط کاری جدیدی برای این گونه ابزارها از جمله قرارگرفتن در میدان مغناطیسی خارجی شده است. در این مقاله، رفتار ناپایداری الکترومغناطیسی انبرک های ساخته شده با نانوسیم که تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی طولی قرار گرفته اند، شبیه سازی شده است. باتوجه به اهمیت وابستگی به اندازه در ابعاد بسیار کوچک، معادله ساختاری سیستم برپایه تیوری تنش کوپل سازگار استخراج شده است. علاوه بر این، تاثیر نیروهای واندروالس و نیروی کازیمیر در مدل ارایه شده در نظر گرفته شده است. برای حل معادلات غیرخطی حاکم بر رفتار سیستم، پاسخی نیمه تحلیلی مبتنی بر روش اغتشاشات  هموتوپی ارایه شده است. تاثیر پدیده های مختلف از قبیل وابستگی به اندازه، نیروی کازیمیر، نیروی واندروالس و میدان مغناطیسی بر ولتاژ ناپایداری و دامنه عملکرد انبرک های ساخته شده با نانوسیم بررسی شده است. نتایج بیانگر تاثیر چشمگیر وجود میدان مغناطیسی بر ناپایداری کششی و دامنه عملکرد نانوانبرک هاست.

    کلیدواژگان: ناپایداری الکترومغناطیسی، نانوانبرک، اغتشاشات هموتوپی، تئوری تنش کوپل سازگار، نیروی واندروالس، نیروی کازیمیر
  • مهیار مفاخری، اسرا امانی، علی مددی* صفحات 165-180
    هدف اصلی این مقاله، شبیه سازی عددی توربین شعاعی توربوشارژر یک موتور احتراق داخلی و بازطراحی مجدد آن است. یکی از روش های کاهش میزان آلاینده ها، کاهش دمای محفظه احتراق با استفاده از احتراق رقیق است. بدین منظور لازم است که موتور با جریان هوا بیشتری کار کند، برای دست یابی به جریان هوای بیشتر، لازم است که تغییراتی در هندسه توربوشارژر اعمال شود. در گام نخست، سعی در انجام شبیه سازی عددی مناسب برای این مسیله، شده؛ سپس روش عددی مناسب یافت شده و اعتبارسنجی آن مطابق با داده های تجربی انجام می گیرد. در ادامه، تغییر اندازه توربوشارژر انجام گرفته و برای افزایش جریان، چهار سناریو متفاوت پیشنهاد می شود و با استفاده از شبیه سازی عددی، عملکرد آنها مورد ارزیابی قرار می گیرد. در سناریو اول، تنها شعاع منحنی هاب کاهش می یابد، که منجر به افزایش نیم درصدی جریان عبوری می شود. در سناریو دوم، شعاع شراد افزایش و شعاع هاب کاهش می یابد، که نتیجه آن تغییر هفت درصدی جریان بوده است. در سناریو سوم، شعاع ورودی و شعاع شراد افزایش یافته و شعاع هاب کاهش می یابد، این تغییر هندسه منجر به افزایش یازده درصدی جریان عبوری می شود. درنهایت در سناریو چهارم، هندسه توربین بدون هیچ محدودیتی تغییریافته و جریان عبوری بیست درصد افزایش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: توربین شعاعی، توربوشارژر، شبیه سازی عددی، CFD، تغییر اندازه
  • سیروس کسمائی*، مهران تاج فر، سامان کسمائی صفحات 181-200
    در این پژوهش، تاثیر پارامتر های مرتبط با جت مکشی در کنترل جریان وامانده دینامیکی بالواره ناکا0012 در رینولدز135000 مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از کمیت های ضرایب و عملکرد آیرودینامیکی میانگین برای مقایسه تاثیر جت های مختلف استفاده شده است. سرعت جت، زاویه مکش، اندازه دهانه خروجی و مکان جت به عنوان پارامترهای موثر در جت مکشی در نظر گرفته شده اند. بالواره حول یک چهارم وتر به صورت سینوسی نوسان می کند و زاویه حمله آن در اثر این حرکت از 5- درجه به 25 درجه می رسد. زوایای 30، 60 و 90 درجه و مکان های 1، 4، 6، 10 و 20 درصد طول وتر برای بررسی تاثیر زاویه و مکان جت مکشی انتخاب شدند. برای اندازه دهانه مقادیر 0.01 و 0.005 طول وتر انتخاب شد. مقادیر 0.04، 0.08 و 0.14 برای ضریب ممنتوم جت با اندازه دهانه ثابت در نظر گرفته شد. نتایج نشان دادند که مکان 4 درصد طول وتر نسبت به بقیه مکان ها برای قرارگیری جت مکشی مناسب تر است و با افزایش زاویه مکش و نزدیک شدن به زاویه 90 درجه، جت تاثیر بهتری در کنترل جریان از خود نشان می دهد. تاثیر سرعت جت و اندازه دهانه نیز به گونه ای است که با افزایش آن ها عملکرد جت بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: واماندگی دینامیکی، جت مکشی، کنترل جریان فعال، بالواره نوسانی، عملکرد آیرودینامیکی
  • مرتضی سعادت طرقی*، جواد خادم، محمود فرزانه گرد صفحات 201-216

    فرآیند پر شدن سریع، فرآیند اصلی می باشد که در جایگاه های سوخت رسانی گاز طبیعی فشرده رخ می دهد. هدف اصلی تحقیق حاضر، دست یابی به یک آنالیز ترمودینامیکی دقیق تر جهت مدل سازی جایگاه سوخت رسانی گاز طبیعی فشرده با چندین سوخت گیری متوالی می باشد. نتایج آنالیز ترمودینامیکی با نتایج تجربی و نتایج تحقیقات قبلی، مقایسه گردیده است. جهت محاسبه خواص ترمودینامیکی گاز طبیعی فشرده از معادله حالت AGA8 استفاده شده است. تحقیقات مختلفی در مورد مدل سازی ترمودینامیکی جایگاه سوخت رسانی گاز طبیعی فشرده وجود دارد اما در آنها هیچ اشاره ای به انتخاب الگوریتم بهینه در پنل اولویت بندی نشده است. سه تابع هدف کمینه کردن زمان سوخت گیری، بیشینه کردن جرم ذخیره شده و کمینه کردن میانگین مصرف انرژی مخصوص، برای مسئله بهینه سازی در نظر گرفته شده است. سرانجام الگوریتم بهینه پنل اولویت بندی به عنوان هدف اصلی تحقیق حاضر، تعیین گردیده است. نتایج نهایی بهینه سازی ارایه گردیده است. دست یابی به مدل سازی دقیق تر و مدل سازی فرآیند چندین سوخت گیری متوالی از مهمترین نتایج تحقیق حاضر می باشد. الگوریتم PPM225 به عنوان الگوریتم بهینه پنل اولویت بندی انتخاب و برای نشان دادن بهتر نتایج، یک تحلیل اقتصادی صورت گرفته است. نتایج این تحلیل اقتصادی نشان می دهد که با اعمال الگوریتم بهینه می توان در یک سال 65،700 میلیون ریال (43،800،00 کیلو وات ساعت) صرفه جویی نمود.

    کلیدواژگان: مدل سازی، گاز طبیعی، پر شدن سریع، بهینه سازی
|
  • Jafar Nejadali * Pages 1-18
    Regenerative flow compressors or blowers are rotodynamic machines with the ability to produce high heads at low flow rates. They have performance curves with very stable features. By employing numerical simulation of fluid flow, the effect of using symmetric aerodynamic blades, the number of blades, and the height of the blades on the performance and efficiency of the compressor were analyzed. Due to the complexity of the flow pattern in this type of turbomachinery, the SST turbulence model has been applied. Dimensionless numbers have been used to present the results so that they can be generalized and archived. The results showed that reducing the blade height from 34 mm to 28 mm reduces the pressure ratio and also reduces efficiency. The study of the effect of the number of blades at the design point showed that the highest efficiency occurs in the pitch-to-chord ratio of 0.36. Based on the results of the study of aerodynamic blades with the same inlet and outlet angles, which were presented in five different angles of 20, 30, 40, 50, and 60 degrees, it was found that symmetric aerodynamic blades with an inlet/outlet angle of 46 degrees have the best performance.
    Keywords: Regenerative flow compressor, Height of blades, Symmetric aero-foil blades, Pitch to chord ratio, CFD simulation
  • Ramin Khoshnevisan, Sobhan Emami Koopaei * Pages 19-42
    The emitted noise (sound) by turbulent supersonic jet flow coming out from convergent or convergent-divergent nozzles has destructive effects on the environment and humans. To prevent these effects, the noise generation mechanisms should be well studied in the near field and behind the nozzle. In this study, a choked nozzle and its emitted noise are studied in two dimensions using the URANS approach and the k-ε Realizble turbulence model. The noise from the turbulent jet in the near field and behind the nozzle is also obtained by solving the Williams-Hawking equation. The effect of nozzle pressure and temperature on the radiated noise has been investigated. The temperature changes affect the shear layer and the length of the jet potential core. The recorded noise close to the nozzle lip and behind the nozzle indicate that the presence of shock cells in the jet plume affects the acoustic waves propagate upstream. It causes broadband shock cell-associated noise. This noise is about 100 db for a cold jet with a temperature of 300 K and about 105 db for a hot jet with a temperature of 600 K. By increasing the nozzle pressure twice the initial value the noise reaches about 124 db.
    Keywords: Turbulent jet, Choked nozzle, Turbulent mixing noise, Broadband shock-associated noise, sound pressure level
  • Mohammad Sedighi, Kamaleddin Naserinejad * Pages 43-60
    Aluminum CNG vessels compared with steel ones can lead to lower fuel consumption. Dome forming (spinning) is an important step in seamless CNG vessels fabrication. This paper aims to the process simulation on a 6061-O aluminum tube at an elevated temperature, investigation of feed effect on the stress and strain after the first pass and its effect on the whole of the process. After the whole process simulation and achievement of the final dome shape, to investigate the feed effect on the strain, circumferential, axial and thickness strains after the first pass, on different inner, middle and outer paths of the tube wall are reported in some figures. Feed variation has not a considerable effect on the decrease of increase rate of circumferential strain absolute value and on the strain distribution on the middle path. The primary higher feeds effect on other investigated strains is smoother distribution. This effect is in agreement with a more stable process and less wrinkling at higher feeds. This stability is reported in a higher tested feed in this paper. On the other hand, investigating different feeds shows that the feed increase leads to decrease of maximum stress in the tube after roller separation at the end of the first pass.
    Keywords: Spinning, Dome forming, Aluminum seamless pressure vessel, Feed
  • Azadeh Ahmadi, Hassan Hajabdollahi, Mohammad Shafiey Dehaj * Pages 61-76
    In this paper, solar/wind/battery hybrid system for different prime movers including diesel engine, gas engine and gas turbine with hourly analysis during a year is modelled and optimized for Kerman city. Fuel ratio is defined for comparison of system fuel consumption than traditional system. Number of solar panels, wind turbines, batteries as well as nominal capacity of prime movers are considered as design parameters. Fuel ratio and total annual cost (TAC) are selected as two simultaneous objective functions and Fast and Elitism Non Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) is used to find the optimum value of design parameter. The optimum result showed that hybrid system with diesel engine as prime mover is the optimum system in large zones of Pareto front with lower TAC and higher fuel ratio compared with the other studied prime movers. Fuel ratio and total annual cost in final optimum point for diesel prime mover are obtained 0.735 and 185456.5 ($/year). The optimum number of solar panels, wind turbines and batteries for the diesel-powered hybrid system are determined 1266, 19 and 822, respectively. In addition, nominal power of diesel engine obtained 163 kW.
    Keywords: Photovoltaic panel, Wind turbine, Battery bank, Prime movers, Total annual cost, Fuel ratio
  • Seyed Esmael Razavi, Tohid Adibi * Pages 77-92

    In this work, a plate heat exchanger with an inconsistent flow is investigated in different working conditions. Four different models in laminar and turbulent flows with rigid and elastic plates at different Reynolds numbers have been studied, and the effect of the separator plate elasticity on the heat transfer rate and the efficiency of the heat exchanger has been investigated. A sinusoidal profile is used at the entrance to the cold passage. The results of this study showed that the elasticity of the intermediate plate in both laminar and turbulent flow has raised the heat transfer rate. Of course, in cases where the middle plane was elastic, the friction coefficient increased relative to the rigid plate. The efficiency of the heat exchanger is defined and is obtained for the heat exchanger to consider both heat transfer rate and pressure drop. Results showed that in most cases, the efficiency of the heat exchanger with elastic separator is more than one. The results showed that the maximum efficiency is 5.2 which was observed in Re=3000 and the minimum efficiency is 0.9 which occurs in Re=200.

    Keywords: Heat exchanger, Elastic plate, Nusselt Number, sinusoid velocity, Reynolds Number
  • MohammadAmin Forghani, Yousef Bazarganlari *, Parham Zahedinejhad, MohammadJavad Kazemzadeh Parsi Pages 93-112

    In this paper, Frequency analysis of cracked porous functionally graded beams which are resting on elastic foundation based on reddy third order shear deformation theory is studied. Mechanical property gradients defined in accordance with model of exponential law. Governing equations obtained with the aid of third order shear deformation theory and by considering elastic foundation effects within hamilton’s principle. Due to complicating closed form solution of equations, differential equations solved utilizing Generalized Differential Quadrature Method by considering various end conditions. In order to validate the results, comparisons are made with solutions which are available for other papers. This study shows that the difference between the results of this paper and the results of others is negligible. Finally the effects of geometrical parameters, exponential law indexes, crack location and depth, elastic foundation and porosity on natural frequencies of functionally graded beams are studied. The results of this paper and effects of these parameters can be used in the optimum design of functional graded beams and crack prediction, detection and monitoring techniques.

    Keywords: frequency analysis, Exponential FGM, Edge Crack, Porous, Winkler Pasternak, Third Order Reddy Theory
  • Ali Javadi, Masoud Farahnakian, Sadegh Elhami * Pages 113-132
    Parameters of core roughness are important in the determination of contact area and performance of engaged surfaces which can be modified using finishing processes. Burnishing is a mechanical behavior on the surface to enhance surface characteristics and work hardening which can change core roughness parameters. In this research, a comprehensive study on the surface roughness parameters especially, peak and valley core roughness, before and after of ball burnishing process is presented on the copper cylindrical parts. Initial surface roughness and a tool with different balls are important inputs of the current research which are studied besides other parameters such as burnishing force and feed. Results showed that the burnishing process has reduced surface roughness by about 90 to 96 percent. Also, ball diameter of 20 mm decreased Ra about 20% in comparison to ball diameter of 12 mm. Peak core roughness (Rpk) and valley core roughness (Rvk) presented decreasing of 80% to 90% and 20% to 80%, respectively which prove lower effectiveness of burnishing process on the Rvk. Hence, an initial condition especially the initial surface roughness has a great effect on the Rvk. Considering other parameters, initial surfaces prepared using sandpaper with a grit size of 60 and turning with a feed of 0.24 mm/rev which associated with the highest surface roughness, presented a significant reduction of roughness parameters after the ball burnishing process.
    Keywords: Ball Burnishing, Core Roughness, Surface Roughness, Micro-hardness, Surface profile
  • Mansour Talebi *, Siamak Nabati Pages 133-148
    In the nuclear fuel assembly, the mixing vanes are solid components which are attached to the spacer grid. These vanes would increase heat transfer rate from the fuel wall. The force induced by flow may expose the vanes to excessive stress and bending, which in turn, it impairs the mixing vanes. In order to improve the heat transfer rate and decrease the vibrational forces, vanes are usually positioned at a certain angle regarding to the flow axis. This study investigates displacement of vanes in three angles of 65, 70 and 75 degrees for a specific geometry using the fluid-solid interaction method. First, the fluid flow is solved using a Finite Volume Method (FVM) solver and the forces exposed by the flow to the vanes are estimated. Next, the displacement of the vanes due to the applied forces is calculated by the Finite Element Method (FEM). Comparison between calculated pressure drop in this study and experimental result show a difference less than 10%. The maximum pressure drop is occurred when the vanes have 65° angle. The most turbulence intensity is obtained at the angle of 75°. Also, according to the frequency estimation, it was observed that with increasing frequency the displacement's amplitude would decrease.
    Keywords: Mixing Vanes, Fuel Assembly, Fluid Solid Interaction, Induced vibrations
  • Ali Koochi *, MohammadReza Gharib, Masoud Goharimanesh Pages 149-164

    The enormous application of nano-tweezes in modern technologies and biological purposes leads to new operation situations for these devices, such as an external magnetic field. In this paper, the pull-in behavior of nano-wire-made tweezers immersed in a longitudinal magnetic field is simulated. As the scale dependency can be dominant in ultra-small structures, the constitutive equation is developed based on the consistent couple stress theory. In addition, the influence of van der Waals force and Casimir force are considered in the developed model. A semi-analytical model based on the Homotopy perturbation method is presented to solve the nonlinear governing equation. The influence of different phenomena including size dependency, Casimir force, van der Waals force, and the magnetic field on the pull-in voltage and tweezering range of nano-wire manufactured tweezers is investigated. The obtained results demonstrated that the magnetic field has a considerable effect on the pull-in instability and operating range of nano-tweezers.

    Keywords: Electromagnetic instability, Homotopy perturbation, Nano-tweezers, Consistent couple stress theory, van der Waals, Casimir
  • Mahyar Mafakhery, Asra Amani, Ali Madadi * Pages 165-180
    This research is focused on scaling of a radial turbine for turbocharger of a lean combustion engine. One of the methods to decrease pollution is to reduce the exhaust temperature using lean combustion. So, more air should be entered the engine, and by increasing the air, the turbocharger should be changed for increased mass flow rate. In the first step, the turbine performance is simulated using a CFD solver, and the results are compared to the experimental data. Next, the turbine is scaled by four scenarios, and the turbines' performance is simulated using the CFD solver. In the first scenario, only the hub radius is decreased, and the mass flow is increased by 0.5%. In the second scenario, the hub radius decreases, and the shroud radius increases, and a 7% improvement is obtained. In the third scenario, the inlet and shroud radius increase while the hub radius decreases, and the mass flow is improved by 11%. In the fourth scenario, the geometry is changed freely, and a 20% increment is obtained.
    Keywords: Radial turbine, Turbocharger, CFD, Scaling
  • Siroos Kasmaiee *, Mehran Tadjfar, Saman Kasmaiee Pages 181-200
    The effect of suction jet parameters on the control of the dynamic stall of a NACA0012 has been investigated at Reynolds number of 13500. Average coefficients and average aerodynamic performance were used to compare and evaluate the impact of different jets. Location, velocity amplitude, suction angle and orifice length were considered as the effective and changeable parameters in the suction jet. Angles of 30, 60 and 90 degrees and locations of 1, 4, 6, 10 and 20 percent of the chord length were selected to investigate the effect of the angle and location of the suction jet, respectively. Values of 0.01 and 0.005 of chord length were chosen for the opening length. Values of 0.04, 0.08 and 0.14 were considered for jet momentum coefficient at fixed orifice length. The results showed that the location of 4% of the chord length is more suitable than other locations for placing the suction jet, and by increasing the suction angle and approaching to 90 degrees, the jet had a better effect on the flow control. The effect of jet velocity and orifice size is such that increasing them improves jet performance.
    Keywords: Dynamic stall, Suction jet, Active flow control, Oscillating airfoil, Aerodynamics performance
  • Morteza Saadat Targhi *, Javad Khadem, Mahmood Farzaneh Gord Pages 201-216

    The fast filling process is the main process that occurs in the CNG refueling station. The main objective of the present study is to apply a thermodynamic analysis for a complete modeling of a CNG refueling station with several consecutive refueling . The results of the thermodynamic analysis have been validated against the experimental data and previous studies. The AGA8 Equation of State has been used to calculate the thermodynamic properties of CNG. There are many researches concentrated on the thermodynamic modeling of CNG refueling station, but didn't address the optimal algorithm of priority panel. Filling time minimizing, filling mass maximizing and average specific energy consumption minimizing have been employed as the objective function for the optimization problem. Finally, the optimal algorithm of priority panel has been determined as the main goal of the present study. The conclusive results of the optimization problem are presented. Achieving more accurate modeling and modeling the process of several consecutive refueling is one of the most important results of the present study. The optimal algorithm of priority panel are obtained for PPM225 algorithm . An economic analysis is performed to see the results more clearly. The results of the economic analysis show that 65,700,000,000 Rials (43,800,000 kWh) can be saved in one year.

    Keywords: Modeling, Natural gas, Fast filling, Optimization