فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - سال پنجاه و دوم شماره 1 (پیاپی 98، بهار 1401)

مجله مهندسی مکانیک
سال پنجاه و دوم شماره 1 (پیاپی 98، بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/11
  • تعداد عناوین: 40
|
  • ملیحه پاشاپور، صمد جعفرمدار*، شهرام خلیل آریا صفحات 1-10
    مطالعه ی حاضر، به تحلیل اگزرژو-اقتصادی سیستمی جدید برای تولید توان، گرما و آب شیرین می پردازد. سیستم پیشنهادی شامل یک توربین گاز (GT) است که گرمای اتلافی آن ابتدا توسط یک مولد بخار (HRSG) برای تولید بخار آب اشباع و سپس یک چرخه رانکین آلی برای تولید توان بیشتر بازیافت می گردد. این سیستم از یک منبع انرژی زمین گرمایی برای گرمایش مجدد سیال آلی جهت افزایش توان و بازده استفاده کرده و همچنین دارای یک واحد آب شیرین کن اسمز معکوس برای تولید آب شیرین است. دمای آب تغذیه قبل از ورود به واحد آب شیرین کن از طریق کاهش جریان جرمی آن در چگالنده بالا می رود. در نتیجه هزینه واحد تولید آب شیرین 24/32% کاهش می یابد. ضریب اگزرژو-اقتصادی سیستم 14/12% بدست می آید که نشان از نقش بالای تخریب اگزرژی در هزینه سیستم دارد. GT/HRSG بالاترین سهم را از نظر هزینه سرمایه گذاری به خود اختصاص می دهد (10/86). در انتها، اثر اختلاف دمای پینچ مولد بخار و فشار بازگرمایش بر هزینه واحد توان تولیدی در چرخه رانکین آلی، بخار آب تولیدی، آب تصفیه شده و همچنین نرخ هزینه کلی سیستم بررسی شده اند.
    کلیدواژگان: اگزرژو- اقتصادی، توربین گاز، چرخه رانکلین آلی، بازگرمایش، زمین گرمایی، آب شیرین کن اسمز معکوس
  • مهدی صفری*، وحید طهماسبی، پیمان حسن پور، مجتبی ذوالفقاری صفحات 11-19
    در این پژوهش با درنظر گرفتن زاویه مارپیچ و زاویه راس مته به عنوان مهمترین فاکتورهای هندسی مته و با استفاده از روش طراحی آزمایش ها بر مبنای روش سطح پاسخ، رفتار دما و نکروز گرمایی در سوراخکاری استخوان بررسی شده است. بدین منظور ضمن انجام آزمایش های تجربی بر روی استخوان کورتیکال ران تازه گاو یک معادله رگرسیون خطی مرتبه دوم برای رفتار دما استخراج گردیده و از دقت آن اطمینان حاصل شده است. با استفاده از روش تحلیل حساسیت آماری سوبل، میزان تاثیر دقیق هریک از پارامترهای ورودی زاویه راس و زاویه مارپیچ بر خروجی دما به دقت بررسی شده است. همچنین با استفاده از روش بهینه سازی درینگر  کمترین مقدار دمای ایجاد شده در بازه تغییر فاکتورهای ورودی فرآیند ارایه گردیده است. نتایج نشان می دهند کمترین دمای ایجاد شده در بافت استخوان در زاویه راس 90 و زاویه مارپیچ 27 درجه حاصل می گردد. همچنین با افزایش زاویه راس و کاهش زاویه مارپیچ دمای ایجاد شده در بافت استخوان در فرآیند سوراخکاری افزایش می یابد. همچنین تغییرات دما حساسیت بیشتری به تغییرات زاویه مارپیچ نسبت به زاویه راس مته دارد.
    کلیدواژگان: سوراخکاری استخوان، دما، نکروز گرمایی، روش سطح پاسخ، تحلیل حساسیت آماری، بهینه سازی
  • رضا رمضان پور جیرنده، مهرانگیز قاضی*، امیرفرهنگ ستوده، محمد نیکیان صفحات 21-30
    در این مقاله، با در نظر گرفتن هزینه نهایی به عنوان تابع هدف، به بهینه سازی مبادله کن های موجود در یک شبکه مبادله کن های گرمایی از نوع صفحه ای پره دار پرداخته می شود. به این منظور، مدلسازی هندسی، هیدرولیکی و گرمایی مبادله کن های صفحه پره موجود در شبکه مبادله کن گرمایی بر اساس انتخاب پره و مشخصات هندسی، مبنای بهینه سازی می باشد. در این مرحله با استفاده از الگوریتم محاسبه سطح ارایه شده و الگوریتم تکامل تفاضلی، پنجاه و هفت نوع پره استاندارد و گسسته با ده پارامتر هندسی مختلف (β، fs، δ، dh، τ، s،a ، b،x  و y)، به نحوی در دو سمت گرم و سرد مبادله کن های شبکه انتخاب می شوند، تا هزینه نهایی کمینه شود. با جایگذاری پره های بهینه توسط الگوریتم تکامل تفاضلی در مبادله کن های جریان مخالف شبکه، مقادیر مساحت کل شبکه، هزینه یوتیلیتی، هزینه سرمایه گذاری، هزینه پمپاژ سیال و هزینه نهایی محاسبه شدند. نتایج نشان می دهد که هزینه نهایی شبکه با آرایش بهینه پره ها توسط الگوریتم تکامل تفاضلی در مقایسه با هزینه نهایی با آرایش تصادفی پره ها، کمتر می باشد.
    کلیدواژگان: شبکه مبادله کن های صفحه ای پره دار، بهینه سازی، پارامتر های هندسی، الگوریتم تکامل تفاضلی، هزینه نهایی
  • حجت امین خانی، مقصود دلیری*، محرم شاملی، نادر جوانی صفحات 31-39
    مطالعه حاضر به بررسی تاثیرات ترکیبی سیال تنش کوپلی پیزو ویسکوز با زبری سطح را در عملکرد فیلم فشرده بین صفحات مخروطی شکل می پردازد. بر اساس نظریه کریستنسن، دو نوع ساختار یک بعدی زبری؛ از قبیل الگوهای زبری طولی و الگوهای زبری عرضی در هندسه مورد نظر در نظر گرفته می شود. برای این دو نوع الگوی زبری مذکور، معادله اصلاح شده تصادفی رینولدز استخراج می شود. با استفاده از تکنیک اختلال، یک راه حل تحلیلی تقریبی برای میانگین فشار فیلم روانکار، ظرفیت حمل بار و زمان پاسخ فیلم فشرده بدست می آید. مطابق نتایج بدست آمده معلوم شد که استفاده از سیال تنش کوپلی پیزو ویسکوز به عنوان روانکار و با در نظر گرفتن اثرات زبری عرضی سطوح مشخصات فیلم فشرده؛ یعنی توزیع فشار در امتداد فیلم روانکار، ظرفیت حمل بار و زمان دسترسی را به طرز چشم گیری در مقایسه با حالت سیال نیوتنی با لزجت ثابت، افزایش می دهد. این درحالی است که اثرات زبری طولی باعث کاهش مشخصات فیلم فشرده در مقایسه با حالت سطح صاف می شود.
    کلیدواژگان: روانکار تنش کوپلی، وابستگی لزجت به فشار، فیلم فشرده، اثرات زبری سطح، صفحات مخروطی شکل
  • محسن رستمی، مجتبی دهقان منشادی* صفحات 41-50
    امروزه، سیستم های پیل سوختی در سیستم های انرژی مورد استفاده قرار گرفته و استفاده از این سیستم ها باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و ارایه سیستمی با بازده بالا شده است. اخیرا پیل سوختی غشایی تبادل پروتونی برای کاربردهای هوافضایی بویژه در هواپیمای بدون سرنشین (پهپاد) مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه، سیستمی برای تولید توان مورد نیاز در مراحل مختلف پرواز همانند برخاست، صعود، بیشینه سرعت و کروز استفاده شده است. همچنین یک مطالعه پارامتری برای نشان دادن تاثیر برخی پارامترهای کلیدی (از جمله چگالی جریان، مساحت سلول، مسافت طی شده برای برخاست، ضریب استوکیومتری هوا) روی پارامترهای عملکردی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مقادیر جریان برای توان مورد نیاز برای مراحل بیشینه سرعت، صعود، برخاست و کروز به ترتیب 8، 576/6، 593/5 و 098/2 آمپر می باشد. طبق نتایج حاصله افزایش مسافت بلند شدن منجر به کاهش توان مورد نیاز و هیدروژن ورودی سیستم می شود. همچنین با افزایش چگالی جریان، توان و هیدروژن مصرفی افزایش درحالی که بازده پیل سوختی و بازده اگزرژی کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی پلیمری، هواپیمای بدون سرنشین (پهپاد)، تولید توان، تحلیل ترمودینامیکی
  • سید محمدرضا سده ئی، محمد خسروی*، یدالله یعقوبی نژاد، حمید بهلولی صفحات 51-58

    در این تحقیق نمونه تیتانیوم با استفاده از روش سینترینگ پلاسمای جرقه ای ساخته و در دمای اتاق با روش اکستروژن برشی ساده تحت فرآیند تغییرشکل پلاستیک شدید قرار گرفت. تاثیر سینترینگ پلاسما، آنیل و فرآیند تغییرشکل پلاستیک شدید بر تکامل ریزساختاری و خواص مکانیکی بررسی و سپس فرآیند اکستروژن توسط نرم افزار Deform از طریق روش اجزای محدود شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی تطابق خوبی را با آزمایشات تجربی نشان داده است. برای انتقال شکست ترد به شکست نرم جهت سهولت شکل دهی، نمونه تولیدی به مدت 5 ساعت و در دمای 800 درجه سلسیوس و تحت گاز محافظ آرگون آنیل شدند. استحکام کششی نمونه در مرحله سینترینگ 612 مگاپاسکال ثبت شد که این عدد بعد از آنیل 8/17 درصد کاهش و بعد از یک پاس اکستروژن 9/29 درصد افزایش داشته که تاثیر بالای تغییرشکل پلاستیک شدید بر استحکام نمونه تیتانیوم را نشان می دهد. همچنین سختی نمونه در مرحله سینترینگ به عدد 373 ویکرز رسیده است که بعد از آنیل 8/16 درصد کاهش و بعد از یک پاس اکستروژن 7/10 درصد افزایش داشته است.

    کلیدواژگان: تیتانیوم، سینترینگ پلاسمای جرقه ای، آنیل، اکستروژن برشی ساده، شبیه سازی
  • امین عالی*، نادر پورمحمود، وحید زارع صفحات 59-68
    چاه های زمین گرمایی سبلان تنها چاه های زمین گرمایی حفر شده در کشور ایران می باشند. در این مقاله یک چرخه ترکیبی تبخیر آنی- باینری برای تولید توان از این چاه ها، با نرم افزار EES و با استفاده از روش چرخه های ترمودینامیکی مورد تحلیل اگزرژی پیشرفته قرار گرفته است. نتایج تحلیل اگزرژی نشان می دهد که تخریب اگزرژی در چگالنده چرخه رانکین آلی دارای بیشترین مقدار است، سپس چگالنده چرخه فلش، توربین چرخه رانکین آلی و مخزن جدا کننده دوم بیشترین مقدار تخریب اگزرژی را دارند. نتایج به دست آمده از تحلیل اگزرژی پیشرفته نشان می دهد که بخش درون زای تخریب اگزرژی برای همه اجزای چرخه بجز پیش گرمکن بزرگتر از بخش برون زا است و بخش درون زای تخریب اگزرژی برای کل چرخه بسیار بزرگتر از بخش برون زا است، که نشان می دهد تاثیر برگشت ناپذیری اجزاء بیشتر از تاثیر ناکارآمدی ساختار چرخه است. همچنین کل تخریب اگزرژی اجتناب پذیر چرخه برابر با مقدار 8/4491 کیلووات و کل تخریب اگزرژی اجتناب ناپذیر چرخه برابر با 04/5964 کیلووات است.
    کلیدواژگان: منابع زمین گرمایی سبلان: نیروگاه زمین گرمایی: چرخه تولید توان: تحلیل اگزرژی پیشرفته: تخریب اگزرژی
  • سجاد کرمی، مصطفی مافی*، سید عباس سادات سکاک صفحات 69-78
    تغییرات دمای محیط و نرخ جریان گاز خوراک از جمله پارامترهایی است که در طراحی واحدهای مایع سازی گاز طبیعی با کاربری قله سایی باید مدنظر قرار گیرند. در این تحقیق، یک سیستم مایع ساز جهت ذخیره سازی گاز موردنیاز یک نیروگاه با توان تولیدی 332 مگاوات برای 60 روز اوج سرما در فصل سرد، طراحی و اثرات تغییرات دمایی محیط و همچنین تغییر دبی گاز خوراک بر عملکرد آن، مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج تحقیق بیانگر این موضوع است که در شرایط کمینه دما، اختلاف دمای مینیمم در مبدل چندجریانی با شیب ملایمی افت پیدا خواهد کرد در حالی که در شرایط بیشینه دما، اختلاف دمای مینیمم در مبدل چندجریانی با شیب تندی افت پیدا می کند که خطر تداخل دمایی را به همراه خواهد داشت. همچنین بررسی تغییرات دبی گاز خوراک در عملکرد چرخه بیانگر این مهم است که در دماهای زیر نقطه طراحی (حالت پایه)، افزایش دبی گاز خوراک، سبب افزایش ملایم اختلاف دمای مینیمم در مبدل خواهد شد. اما در دماهای بالای نقطه طراحی (حالت پایه)، افزایش دبی گاز خوراک سبب کاهش شدید اختلاف دمایی مینیمم خواهد شد.
    کلیدواژگان: فرآیند مایع سازی مبرد چندجزیی، قله سایی، دماهای کمینه و بیشینه، شرایط خوراک، عملکرد چرخه
  • مهدی فکور*، محمدحسین احمدی، امیررضا کوثری، مهران شهریاری صفحات 79-87

    استفاده از تجهیزاتی کارآمد با هدف کاهش جرم و افزایش کارایی در زیرسیستم کنترل گرمایی ماهواره های کوچک ضروری است. رادیاتورهای هوشمند ابزاری مفید در این زمینه می باشند. ضریب صدور این رادیاتورها به صورت تابعی از دما یا ولتاژ تغییر می کند که باعث کاهش توان مصرفی گرمکن ها می شود. در مقاله حاضر ابتدا رفتار عملکردی رادیاتور هوشمند مدل سازی می شود و سپس در طراحی زیرسیستم کنترل گرمایی یک ماهواره کوچک مورد استفاده قرار می گیرد و نتایج آن با رادیاتورهای ساده مقایسه می شود. برای اعمال فرآیند کنترل گرمایی نیز از روش تناسبی_انتگرالی غیرخطی استفاده شده است. در این روش دمای هربخش به عنوان متغیر حالت و گرم کننده ها به عنوان عملگر در نظر گرفته شده اند. نتایج نشان می دهند که استفاده از کنترلگر تناسبی-انتگرالی غیر خطی نسبت به مدل کلاسیک آن نتایج بهتری می دهد. همچنین نتایج نشان می دهد که استفاده از رادیاتور هوشمند بطور چشم گیری باعث کاهش مصرف توان توسط گرمکن ها می شود. به نحوی که برای باتری در حدود 7% و برای صفحه بالایی حدود 27% توان مصرفی گرمکن کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: ماهواره، زیرسیستم کنترل گرما، رادیاتور هوشمند، کنترلگر تناسبی-انتگرالی غیرخطی، ضریب صدور
  • شاهین حیدری، یونس بخشان*، جمشید خورشیدی مال احمدی، احمد افسری صفحات 89-98
    برای پیش بینی دقیق رفتار آیروالاستیک ایستایی، از روش برهم کنش دو طرفه میان سیال و سازه (FSI) برای محاسبه تغییر شکل های ایستایی و مشخصات آیرودینامیکی موشک تغییر شکل یافته استفاده می شود. با توجه به مطالعات انجام شده تحقیقات کمی درزمینه کاهش وزن سازه های فضایی انجام گرفته است بنابراین به دلیل استراتژیک بودن بالک سازه های فضایی، رفتار مکانیکی ورق ها برای ساخت بالک به صورت تجربی به روش پرس کاری شیاری محدودشده (CGP) موردمطالعه قرار داده شده و با شبیه سازی FSI برای مدل بالک خمیده و بالک تخت با دو جنس آلومینیوم  CGP6T-7075 و فولاد 4130 میزان تغییرشکل به وجود آمده موشک در حال پرواز در ماخ ها و زوایای حمله مختلف مقایسه گردید. نتایج فرآیند CGP نشان می دهد با افزایش مراحل این فرآیند، آلومینیوم 6T-7075 با 38 درصد افزایش در استحکام تسلیم در عبور چهارم، 34 درصد افزایش در مقدار استحکام کششی، کاهش 40 درصد ازدیاد طول و افزایش 62 درصدی سختی نسبت به نمونه اولیه تولید می شود. مجموع تغییرشکل در بالک خمیده بسیار کمتر از بالک تخت می باشد همچنین تغییرشکل بالک با جنس آلومینیوم CGP6T-7075 کمتر از بالک با جنس فولاد 4130 می باشد.
    کلیدواژگان: بالک خمیده، بالک تخت، آلومینیوم 7075، فولاد 4130، خصوصیات آیرودینامیکی، تحلیل ایروالاستیک
  • حمید گرجی*، سید محمد حسین پور، محمد بخشی جویباری صفحات 99-108

    یکی از فرآیند هایی که امروزه در شکل دهی قطعات فلزی کاربرد دارد، فرآیند هیدروفرمینگ است. یک نوع از قطعات پرکاربرد در صنایع، به ویژه صنایع نظامی، قطعات مخروطی است. شکل دهی این قطعات با روش های سنتی دشوار بوده و عیوبی را به وجود می آورد. به منظور رفع این محدودیت ها، در این پژوهش شکل دهی قطعات مخروطی با فرآیند هیدروفرمینگ به صورت تجربی و شبیه سازی مورد مطالعه قرار گرفت. ابتدا فشار شکل دهی و مسیر فشار اعمالی سیال مورد بررسی قرار گرفت و قوانینی جهت بدست آوردن فشار مناسب در شکل دهی قطعات مخروطی حاصل شد. به کمک این قوانین، فلوچارتی تدوین و با کد نویسی با نرم افزار پایتون، با صرف کمترین وقت و هزینه، فشار مناسب به صورت خودکار بدست آمد. این قوانین برای قطعات با هندسه مخروطی و با ابعاد مختلف کاربرد دارد. جهت بدست آوردن قوانین برای تدوین فلوچارت، تاثیر فشار، قطر ورق اولیه و ابعاد مختلف نیم مخروط بر روی نازک شدگی بررسی شد. نتایج نشان داده است که با وجود تاثیر مستقل هر یک از پارامترها بر روی تغییرات میزان ناز ک شدگی، در همه بررسی ها میزان نازک شدگی بیشینه با افزایش فشار ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت.

    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ، قطعات مخروطی، مسیر فشار، قوانین فرآیند، فلوچارت فشار
  • ابراهیم عبدی اقدم*، مهرداد سرابی صفحات 109-117
    از عوامل مهم برای احتراق کامل، می توان به آوانس جرقه و تناسب پاشش مقدار سوخت با هوای ورودی به محفظه احتراق موتور اشاره نمود. در کار حاضر کالیبراسیون انژکتورهای بنزین و گازطبیعی انجام شده و عملکرد موتور در حالت های تک سوخت و ترکیب سوز با سوخت های مزبور، در نسبت تراکم 10 و سرعت rpm1500 بررسی شد. مقادیر سوخت پاشش شده توسط انژکتورها در شرایط مختلف اندازه گیری شده و برای هر انژکتور یک رابطه کالیبراسیون پاشش سوخت بدست آمد. نتایج کالیبراسیون نشان داد که فشار محل پاشش بر مقدار جرم سوخت پاشیده شده از انژکتور بنزین در طول پاشش معین تاثیر داشته، اما در انژکتور گازطبیعی تغییری را در مقدار جرم گاز پاشیده شده نشان نداد. در بررسی پارامترهای عملکردی موتور در حالت های مختلف، مقادیر گشتاور و imep تک سوخت بنزین بیشتر از حالت ترکیب سوز بوده و حالت تک سوخت گازطبیعی کمترین مقدار را داشت. همچنین مقادیر تولید آلاینده های HC و CO با افزایش آوانس جرقه افزایش یافته و عموما در حالت تک سوخت با بنزین بیشتر از سایر حالت ها مشاهده شد.
    کلیدواژگان: کالیبراسیون انژکتور، موتور اشتعال جرقه ای، ترکیب سوز، بنزین، گازطبیعی، آلایندگی
  • رامین خدادادی، افراسیاب رئیسی*، بهزاد قاسمی صفحات 119-128
    در این تحقیق انتقال گرمای جابجایی طبیعی در یک محفظه مثلثی پرشده از سیال غیرنیوتنی قانون توانی که یک گرم کن مثلث شکل با دمای ثابت   درون آن قرار دارد بررسی می شود. محفظه یک مثلث متساوی الضلاع به ضلع l و گرم کن نیز یک مثلث متساوی الضلاع به ضلع b است. دیوارهای جانبی محفظه دردمای سرد  قرار دارند و دیوار پایینی محفظه از نظر گرمایی عایق شده است. معادلات مربوطه برای سیال غیرنیوتنی قانون توانی به روش المان محدود جبری شده و با استفاده از روش یکپارچه مستقیم در نرم افزار comsol حل شده اند. تاثیر پارامترهایی مانند عدد رایلی ، شاخص توان  ، طول بی بعد مثلث گرم کن  بر روی عملکرد هیدرودینامیکی و حرارتی محفظه بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که افزایش عدد رایلی، به ویژه برای مقادیر  ، باعث افزایش آهنگ انتقال گرما می شود و استفاده از سیالات غیرنیوتنی رقیق برشی، مخصوصا در اعداد رایلی بالا نیز عملکرد گرمایی محفظه را بهبود می بخشد. نتایج همچنین نشان می دهند که اندازه محفظه گرم کن، بسته به مقادیر عدد رایلی و شاخص توان تاثیرات قابل توجهی بر روی میدان جریان و عملکرد گرمایی محفظه دارند.
    کلیدواژگان: جابجایی آزاد، محفظه مثلثی، سیال غیرنیوتنی، منبع گرمایی، قانون توانی
  • امین شهسوار* صفحات 129-138
    هدف از این مطالعه، بررسی عددی جنبه های مختلف موثر بر تولید انواع آنتروپی در یک مبدل گرمایی دولوله ای پیچ خورده است. در لوله داخلی، ترکیبی از نانوذرات اکسید مس (CuO) درون سیال پایه (ترکیب 5/0 درصد وزنی کربوکسی متیل سلولز و آب) به عنوان نانوسیال غیرنیوتنی مورد استفاده قرار گرفت. در فضای بین دو لوله، آب در جهت مخالف و با عدد رینولدز (Re) 1000 جاری شد. تاثیر غلظت نانوذرات (φ)، عدد رینولدز نانوسیال و گام پیچش بر روی نتایج بررسی شد. نتایج نشان داد که افزایش Re از 500 تا 2000 برای نانوسیال، آنتروپی گرمایی و اصطکاکی را افزایش می دهد. همچنین، افزایش غلظت نانوذرات از 0 تا 3% موجب کاهش هردو نوع آنتروپی گردید. در 2000=Re، افزایش φ از 0 تا 3% موجب کاهش 2/9%، 3/15% و 8/11% به ترتیب برای آنتروپی های گرمایی، اصطکاکی و کل شد. علاوه بر این، افزایش گام پیچش موجب افزایش آن ها بخصوص برای آنتروپی گرمایی بود. همچنین، دیده شد که برای تمامی مقادیر φ، عدد بجان هم زمان با افزایش Re افزایش می یابد و در Re ثابت، افزایش φ نیز موجب افزایش اندک آن می شود.
    کلیدواژگان: تولید آنتروپی، مبادله کن گرمایی دو لوله ای، نانوسیال، قانون دوم ترمودینامیک، عدد بجان
  • عسگر مینایی مزرعه خلف*، محمد باقری، مهدی معرفت، هادی غائبی صفحات 139-148
    در مقاله حاضر یک مدل تحلیلی شبه گذرا برای بررسی انتقال گرما در یک مبادله کن زمین به هوا توسعه داده شده است. در مطالعه حاضر، با درنظرگرفتن انتقال گرمای گذرا در خاک اطراف مبادله کن زمین به هوا، تاثیر اشباع گرمایی خاک در نظر گرفته شده است. اشباع گرمایی خاک به کاهش اختلاف دمای هوا و خاک اطراف مبادله کن زمین به هوا بعد از مدت زمانی از کارکرد سیستم گفته می شود که باعث کاهش عملکرد این سیستم می شود. همچنین تاثیر عمق دفن در عملکرد گرمایی مبادله کن در نظر گرفته شده است. نتایج مدل حاضر با نتایج تجربی و شبیه سازی عددی مقایسه شده و تطابق خوبی مشاهده شده است. عملکرد مبادله کن گرمایی زمین به هوا در شهر تهران بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش عمق بکار گیری مبادله کن از یک متر به دو متر می توان آهنگ انتقال گرمای متوسط را تا 37% بهبود داد. هرچقدر ساعات کارکرد سیستم در شبانه روز کمتر باشد، ظرفیت سرمایش بالاتر خواهد بود. به طوری که در حالتی که سیستم هشت ساعت در روز کار می کند نسبت به کارکرد مداوم، متوسط آهنگ انتقال گرما از هوا به خاک 66% افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: مبادله کن، انتقال گرما، زمین به هوا، شبه گذرا، حل تحلیلی، عملکرد گرمایی
  • آرمین اصغرزاده، مهدی اسکندرزاده*، کسری رفیعی راد، علی کلاکی، ابولفضل توتونچی، عارف علیپور، حسنعلی رسولی صفحات 149-158
    در نیروگاه زمین گرمایی مشگین شهر، سیال با دما و فشار بالا از چاه NWS6D خارج شده و به وسیله چگالنده سر چاهی، به دو فاز آب و بخار آب تقسیم و توسط دو خط لوله (لوپ 1 حامل بخار آب و لوپ 2 حامل آب) به نیروگاه منتقل شده و تولید برق صورت می گیرد. تکنیک بازرسی فنی بر مبنای ریسک تجهیز تا به حال در سیستم های لوله کشی نیروگاه های زمین گرمایی به کار گرفته نشده است. در این مقاله، نحوه اجرای متدولوژی بازرسی بر مبنای ریسک در نیروگاه های زمین گرمایی آورده شده است. برای انجام تکنیک بازرسی بر مبنای ریسک در لوپ ها، ابتدا مکانیزم های خوردگی شناسایی شده و با مشخص شدن مکانیزم های خوردگی، به تعیین میزان احتمال و پیامد خرابی هر مکانیزم و در نتیجه ریسک خوردگی در هر لوپ پرداخته می شود. بررسی میزان خوردگی عمومی در شرایط عملیاتی لوپها با استفاده از آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک صورت می پذیرد. با بررسی های صورت گرفته در این مقاله، در لوپ 1 میزان ریسک خوردگی دی اکسید کربن و خوردگی حفره ای، در حد متوسط و میزان ریسک خوردگی آب شور، در حد کم و میزان ریسک در لوپ 2 درخصوص خوردگی حفره ای، مقدار زیاد و درخصوص خوردگی اسید سولفوریک، مقدار کم را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بازرسی بر مبنای ریسک، نیروگاه زمین گرمایی مشگین شهر، خوردگی، لوله کشی، بازرسی فنی، ماتریس ریسک
  • مجتبی بلاج، محمدحسن جوارشکیان* صفحات 159-168

    در این تحقیق طرح عددی با دقت مرتبه بالا بر مبنای خانواده وزنی ذاتا غیرنوسانی برای جلوگیری از نوسانات غیرفیزیکی بر مبنای حل کننده ریمان برای جریان های تراکم پذیر پایا و ناپایا یک بعدی و دو بعدی در یک الگوریتم فشار مبنا توسعه داده شده است. روش حل بر مبنای حجم محدود است که از حل کننده ضمنی و یک شبکه منظم که متغیرها در یک مکان ذخیره می شوند استفاده شده است. محدودکنندگی به وسیله یک طرح عددی با دقت مرتبه بالای ذاتا بدون نوسان اعمال شده است. برای ارزیابی روش عددی از یک لوله ضربه که حاوی موج ضربه ای، ناپیوستگی تماسی و امواج انبساطی است، استفاده شده است و نتایج بدست آمده با نتایج تحلیلی و نتایج بر مبنای روش چگالی مبنا مقایسه شده است. روش توسعه داده شده برای پیکربندی لاکس در جریان غیر لزج دو بعدی ارزیابی شده است. علاوه برآن از این روش برای شبیه سازی جریان پایای دوبعدی در یک کانال حاوی برآمدگی استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که روش توسعه داده شده قادر است به خوبی ناپیوستگی های فیزیکی و عددی را تسخیر کند.

    کلیدواژگان: تسخیر ناپیوستگی، الگوریتم فشارمبنا، ذاتا غیرنوسانی با ضرایب وزنی، امواج ضربه ای، ناپیوستگی تماسی
  • حمیدرضا صفری، حسین کیادلیری، اسماعیل خان میرزا* صفحات 169-178
    جابجایی و مدل سازی اجسام نرم یک کار چالش برانگیز در حوزه رباتیک می باشد. این اجسام بدلیل درجه آزادی بی نهایتی که دارند دارای محاسبات سنگینی برای مدل سازی می باشند. برای پرداختن به این چالش در این مقاله ابتدا، مدل سازی جسم نرم با استفاده از روش جرم-فنر-میراگر (MSD) انجام می شود که یک روش خوب برای اجرای برنامه های زمان-واقعی می باشد. سپس بررسی و تحلیل گرفتن جسم مطرح می شود و در آن با چالش هایی از قبیل بهترین موقعیت گرفتن، شناسایی برخورد، شناسایی عمق نفوذ برای محاسبه نیروی وارده از پنجه به جسم  مواجه شده و به حل آن پرداخته می شود. سرانجام، برای رسیدن به بهترین عملکرد در شبیه سازی و انتخاب بهترین پارامترها در این کار از الگوریتم PSO استفاده می شود.
    کلیدواژگان: جسم نرم، بررسی و تحلیل گرفتن، عمق نفوذ، شناسایی برخورد، الگوریتم PSO
  • محمدمهدی علی اکبری، محمد آزادی*، ستار محمدی اسفرجانی، حامد بهمن آبادی صفحات 179-186

    در این تحقیق، ضریب انبساط گرمایی دو آلیاژ سبک آلومینیوم A356 و منیزیم AZ91، بصورت تجربی با استفاده از آزمون دیلاتومتری و آزمون نیرو- صفر محاسبه شد. در آزمون نیرو- صفر، دمای نمونه در محدوده تعیین شده، بدون اعمال نیروی مکانیکی، با نرخ گرمایش و سرمایش 2 درجه سلسیوس بر ثانیه، تغییر کرده و منحنی کرنش حرارتی- دما رسم شد. مجددا چرخه فوق، با نرخ حرارتی 10 درجه سلسیوس بر ثانیه تکرار شده و اختلاف کرنش آن با نتایج چرخه قبل، به عنوان یک ضریب تصحیح، برای آزمون اصلی، به کرنش حرارتی اضافه گردید. نتایج نشان داد که در نرخ  2 درجه سلسیوس بر ثانیه، نمودار کرنش حرارتی- دما، بصورت خطی و در نرخ 10 درجه سلسیوس بر ثانیه، رفتار ماده به شکل حلقه هیسترزیس و غیرخطی بود. درصد خطای نتایج آزمون دیلاتومتری برای نمونه آلومینیومی برابر 52/47 درصد و برای نمونه منیزیمی برابر 69/48 درصد و درصد خطای آزمون نیرو- صفر در نرخ 2 درجه سلسیوس بر ثانیه برای نمونه آلومینیومی برابر با 68/1 درصد و برای نمونه منیزیمی برابر با 73/4 درصد محاسبه گردید.

    کلیدواژگان: ضریب انبساط گرمایی، آلیاژهای سبک، آلیاژ آلومینیوم، آلیاژ منیزیم، آزمون نیرو- صفر، دیلاتومتری
  • سید محمدرضا سیدنورانی*، جلیل بیرامزاد صفحات 187-196

    راه رفتن طولانی به ویژه همراه با حمل بار یکی از مواردی است که انسان را دچار خستگی زودرس می کند. از این رو استفاده از اگزواسکلتون ها برای افزایش قدرت در راهپیمایی های طولانی مطرح شده است. روش های مختلفی برای کنترل تعامل حرکتی بین انسان و ربات اگزواسکلتون ارایه شده است، که یک روش تخمین نیروی تعاملی و صفر کردن این نیرو است. در این روش نیروی تعاملی بین انسان و ربات بر اساس اختلاف حرکت مفصل های نظیر بین آنها تخمین زده می شود. در راستای توسعه ی این راه کار، در این مقاله روش کنترل مود لغزشی با تنظیم تطبیقی ضرایب بهره ی لغزش ارایه شده و عملکرد آن با شرایطی که بهره ها ثابت باشند مقایسه می شود. برای هر دو روش کنترلی اثبات پایداری به روش لیاپانوف انجام می-گیرد. ربات بر اساس یک مدل 3 رابطی و برای اجرای حرکت پا در مرحله آونگی که شامل جابجایی های مفصلی بزرگ تر و سریع تر است مدلسازی می شود. در آخر عملکرد کنترل گرها روی این مدل با شبیه سازی عددی ارزیابی می شود. نتایج نشان می دهند روش کنترل مود لغزشی تطبیقی در ردگیری مسیرهای مرجع و صفر کردن نیرو های تعاملی موفق تر عمل می کند.

    کلیدواژگان: ربات اگزواسکلتون، نیروی تعاملی، کنترل مود لغزشی، قانون تطبیقی، ربات پوششی، توانبخشی، توان افزایی
  • محمدعلی رسولی*، مرتضی طاهری صفحات 188-196

    پوسته های استوانه ای تحت فشار خارجی به طور فزاینده ای در بدنه شناورهای زیرسطحی غوص عمیق به‏کار می‏روند و فروپاشی آن ها عمدتا در اثر پدیده کمانش است. بهبود مقاومت سازه ها در برابر کمانش با اصلاح هندسه سازه میسر می گردد. برای تقویت پوسته‏های استوانه‏ای از افزایش ضخامت پوسته و تقویت های رینگی استفاده می شود. افزایش فشار و وجود محدودیت وزنی در سازه ها روش های جدیدتری را مطالبه می‏کند. در این پژوهش با ایجاد کنگره در میان رینگ ها و ترکیب عوامل هندسی موثر در کمانش، چگونگی تاثیر آنها بر افزایش فشار بحرانی کمانش سازه بررسی می گردد. به این منظور ابتدا یک استوانه با قطر و طول مشخص با تقویت‏هایی با ابعاد و فواصل مختلف مورد ارزیابی قرار می گیرد. سپس با ایجاد کنگره با شعاع انحنا های مختلف در شرایط کمانش بین رینگی تاثیر آن بر فشار کمانش و نسبت استحکام به وزن بررسی می شود. نتایج تحلیل ها نشان می دهد، افزایش فشار کمانش بحرانی در پوسته ی کنگره دار شده در حالتی که کمانش بین رینگی رخ داده است بسیار قابل توجه می باشد. به بیان دیگر موثر بودن اصلاح هندسی به این روش وابستگی زیادی به بین رینگی بودن کمانش دارد.

    کلیدواژگان: پوسته‏ های استوانه ‏ای، کمانش، پوسته های کنگره ای، زیرسطحی، فشار بالا، غوص عمیق
  • آرش نوربخش سعداباد، سالار رادمان، سید فرامرز رنجبر*، مهدی نامی خلیله ده صفحات 197-206
    افزایش روزافزون مصرف انرژی، باعث به کارگیری منابع انرژی تجدید پذیر به منظور کاهش آلودگی‎ های زیست محیطی و جلوگیری از گرمایش زمین شده است. کار حاضر باهدف ارایه و بررسی یک چرخه ترکیبی جدید بر اساس توربین گازی با سوخت بیوگاز انجام شده و با توجه به دمای بالای خروجی از توربین گاز، یک چرخه رانکین بخار مجهز به آبگرمکن تغذیه باز و ژنراتور ترموالکتریک به عنوان چرخه زیرین با آن ترکیب شده است. سیستم موردنظر بر اساس متغیرهای نسبت تراکم کمپرسور هوا و بازده دمای پیش گرمکن موردبررسی قرارگرفته و از دیدگاه ترمودینامیکی و ترمواکونومیک تحلیل شده است. همچنین سیستم موردنظر با استفاده از الگوریتم ژنتیک موجود در نرم افزار EES، بهینه ‎سازی تک هدفه و چندهدفه شده است. نتایج نشان داد، راندمان های حرارتی و اگزرژی در حالت پایه به ترتیب برابر 44.58 و 42.38 درصد و در حالت بهینه ترمواکونومیک به ترتیب 49.45 و 47.01 درصد هستند. علاوه بر این هزینه تراز شده الکتریسیته در حالت بهینه چندهدفه 17.5 دلار بر گیگاژول محاسبه شد که نسبت به حالت پایه 5.10 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: توربین گاز، بیوگاز، تحلیل ترمواکونومیک، بهینه‎سازی، الگوریتم ژنتیک، اگزرژی
  • میثم فیض الله زاده، میریوسف هاشمی*، محسن فلاح صفحات 207-216

    در این مطالعه هدف بررسی تاثیر تغییر زاویه ی نازل های بیضوی با چرخش حول محور عمود بر صفحه نازل بوده است. جت های برخوردی چندگانه به دلیل کارآمدی و انتقال گرمای بالا مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته اند. برای شبیه سازی جریان و انتقال گرمای آشفته از مدل آشفتگی SST k-omega استفاده شده است. ابتدا به بررسی توجیه پذیری استفاده از نازل های بیضوی در مقایسه با نازلهای دایروی جهت خنک کاری پرداخته شده است و سپس تغییر چیدمان و زاویه ی نازل ها بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که تغییر زاویه ی نازل ها نسبت به محور عمودی می تواند در برخی از موارد باعث افزایش میزان شار گرمایی گردد. نتایج حاصل از مدل سازی نشان داد که در نسبت قطر 2 و 4 تغییر زاویه در نحوه چیدمان نازل ها اثر منفی داشته است درحالی که در نسبت قطر 3، تغییر زاویه در چیدمان نازل ها توانسته است باعث افزایش انتقال گرما به میزان قابل توجه 71/3 درصدی شود. همچنین مطالعات عددی نشان دادند که تغییر زاویه تاثیر چندانی بر ایجاد یکنواختی انتقال گرما ندارد.

    کلیدواژگان: جت برخوردی، جهت گیری نازل، نازل بیضوی، خنک کاری، مدل سازی عددی
  • مجید عباسعلیزاده، رستم اکبری کنگرلوئی صفحات 217-225

    با توجه به اهمیت استفاده از نانو سیال ها در لوله های گرمایی و عدم ارایه گزارشی درباره استفاده از نانوسیال در لوله گرمایی نوسانی داخل شیاردار (IGOHP)، در این تحقیق به صورت تجربی عملکرد گرماییIGOHP با نانوسیال آب- نانولوله کربنی چند دیواره (MWCNT) مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش ها در نسبت پرشوندگی بهینه (60 درصد) در توان های گرمایی 50 تا 300 وات در چهار کسر حجمی 05/0، 1/0، 2/0، 4/0 درصد با نانوسیال آب-MWCNT انجام گردید. نتایج نشان داد که کمترین مقاومت گرمایی در کسر حجمی 1/0 درصد به دست آمد و پس از آن افزودن غلظت نانوسیال سبب کاهش عملکرد گرمایی IGOHP شد که دلیل اصلی آن افزایش لزجت نانوسیال میتواند باشد. استفاده از نانوسیال آب-MWCNT%0/1 در مقایسه با آب مقطر درIGPHP، به طور متوسط 11 درصد مقاومت گرمایی را کاهش و 12 درصد رسانایی گرمایی موثر را افزایش داد. نتایج نشان داد شروع بکار نوسانات در نانوسیال نسبت به آب مقطر زودتر آغاز شده و بهترین عملکرد در توان های گرمایی بالاتر رخ داد که دلیل آن می توان در نوسانات زیاد و مداوم دانست.

    کلیدواژگان: مقاومت گرمایی، لوله گرمایی نوسانی، نانوسیال، MWCNT، داخل شیاردار
  • بهروز میرزایی ضیاپور*، احسان مختاری زائر، محسن رحیمی صفحات 227-236

    در این پژوهش، سیستم سرمایشی غیر فعالی متشکل از پنل فتوولتایی و سردکن ترمو الکتریک به ترتیب بعنوان منبع تامین الکتریسیته و تجهیز سرمایش، طراحی و ارزیابی شده است. نتایج این پژوهش در طراحی سیستمی متشکل از سردکن ترموالکتریک، پنل فتوولتایی و اتاقی که به لحاظ تامین انرژی سرمایشی خودکفا باشد، استفاده شد. از این قرار، ابتدا نیاز انرژی اتاق محاسبه و سپس به منظور بررسی بیشینه عملکرد سردکن ترموالکتریک دو شیوه: 1) بیشینه توان سرمایش و 2) بیشینه ضریب عملکرد بکار گرفته شد. در محاسبات انجام گرفته برای بیشینه توان سرمایش، توان سرمایش و ضریب عملکرد بترتیب برابر 41/58 وات و 4056/0 و برای بیشینه ضریب عملکرد، توان سرمایش و ضریب عملکرد بترتیب برابر 5/15وات و 64/1 بدست آمدند. به منظور نزدیک شدن به بهترین عملکرد سردکنهای ترموالکتریک به هر دو شیوه بیشینه توان سرمایش و ضریب عملکرد بطور همزمان، با انتخاب آرایش (3 8) به اوج بار سرمایش و هم ضریب عملکرد بالا دست خواهیم یافت.

    کلیدواژگان: سردکن ترموالکتریک، پنل فتوولتایی، توان سرمایشی، ضریب عملکرد، انرژی خورشیدی
  • شقایق ابرازه، محسن شیخ الاسلامی کندلوسی* صفحات 238-246

    انرژی خورشیدی، یکی از انواع انرژی تجدیدپذیر است. برای استفاده از تابش خورشیدی از گردآورنده های خورشیدی سهموی که یکی از متداول ترین گردآورنده هاست، استفاده می شود. در این مقاله عملکرد حرارتی نانوسیال با بکارگیری نوار تابیده درگردآورنده خورشیدی سهموی مورد بررسی قرار می گیرد. نانو سیال سیلترم-800 وآلومینیوم اکسید با کسر حجمی 4 درصد به عنوان سیال کاری استفاده شد. نانوسیال در بازه عدد رینولدز 5000 تا 25000 بررسی گردید. جریان سیال در گردآورنده خورشیدی سهموی آشفته می باشد که برای مدل کردن آن روش k-ε RNG انتخاب گردیده است و به لوله جاذب شار غیر یکنواخت اعمال شده و در سه زاویه لبه مختلف مورد بررسی قرار می گیرد. هدف، بررسی تاثیر دو پارامتر هندسی مختلف تعداد دور (4 =n_r و 8=n_r) و زاویه بال(〖 60〗^= ξ، 〖75〗^= ξ و 〖90〗^= ξ) بر ضریب اصطکاک، عدد ناسلت و ضریب کارایی حرارتی گزارش می شود. نتایج بدست آمده نشان می دهد کاهش زاویه بال موجب افزایش ضریب اصطکاک، عدد ناسلت و ضریب کارایی حرارتی می شود و همچنین افزایش تعداد دور موجب افزایش آشفتگی جریان شده و به تبع انتقال حرارت و عدد ناسلت نیز افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: گردآورنده خورشیدی سهموی، نانوسیال، مغشوش کننده، شارغیریکنواخت، ضریب کارایی حرارتی
  • جبرئیل محمدی فر، فرید وکیلی تهامی، تراب نجاری* صفحات 247-256
    هدف اصلی از پژوهش حاضر بررسی وضعیت محتوای پایان‏ نامه‏ های تحصیلات تکمیلی رشته مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز از ابتدای سال 1390 تا پایان سال 1396 از نظر موضوعات، روش‏های پژوهش، نرم‏ افزارهای مورد استفاده، جنسیت و مقطع تحصیلی نویسندگان می‏باشد. یافته های پژوهش نشان‏ داد که موضوعاتی که بیشترین فراوانی را دارند، عبارتند از: در گرایش تحصیلی تبدیل انرژی "ترمودینامیک و نیروگاه"، در گرایش طراحی کاربردی "دینامیک و ارتعاشات"، در گرایش ساخت و تولید "شکل ‏دهی" و نیز در گرایش سیستم محرکه خودرو "ترمودینامیک و انتقال گرمای فرایند تولید توان موتور" می‏باشد. از نظر نوع روش پژوهش نیز، روش عددی دارای بیشترین و روش تحلیلی کمترین کاربرد را داشته ‏است. از نظر نرم ‏افزارهای مورد استفاده، نرم ‏افزارهای “MATLAB” و “EES” به ترتیب بیشترین کاربرد را داشته‏ اند. از نظر ترکیب جنسیتی نویسندگان پایان‏ نامه‏ ها، 91 درصد را مردان و 9 درصد را زنان تشکیل می‏دهند. از نظر مقطع تحصیلی نیز، 91 درصد پایان‏ نامه ‏ها توسط دانشجویان کارشناسی‏ ارشد و 9 درصد آن توسط دانشجویان دکترا نگاشته شده‏ اند.
    کلیدواژگان: تحلیل محتوا، موضوعات، روش‏های پژوهش، نرم ‏افزارها، پایان‏ نامه ‏ها، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز
  • شعیب خانمحمدی*، سجاد خانجانی صفحات 257-266
    با استفاده از فناوری های نوین نظیر سیستم فراصوتی و برداشت آب از مه با استفاده از توری های فلزی می توان عملکرد آب شیرین کن های استخری خورشیدی را بهبود داد. نتایج تجربی این مطالعه نشان می دهد که استفاده از ماژول تولید بخار سرد فراصوتی با بهره گیری از فناوری برداشت از مه توسط توری فلزی، در افزایش آهنگ تبخیر سطحی آب شور، چگالش قطره ای و تولید آب شیرین در سیستم آب شیرین کن استخری خورشیدی تاثیرگذار است. بر اساس ارزیابی عملکرد سیستم آزمایشگاهی بهبودیافته با فراصوتی و توری فلزی دیده شد که با افزایش دمای محیط و شدت تابش خورشید، قطرات اتمیزه شده توسط امواج فراصوتی به سرعت تبخیر می شوند و عملکرد چشمگیری دارند. نتایج نشان می دهد که میزان ضریب انتقال گرمای تبخیری آب شور 90/22% بهبود و بازده انرژی و اگزرژی داخلی به ترتیب به میزان 21/56%، 14/29% افزایش می یابد. همچنین این تغییرات باعث افزایش میزان تولید آب شیرین در سیستم بهبود یافته با فراصوتی و توری تا 75/18% در مقایسه با سیستم پایه می شود.
    کلیدواژگان: آب شیرین کن استخری خورشیدی، فناوری فراصوتی، برداشت از مه، چگالش، پیزوالکتریک، بخار سرد
  • محمدرضا علیزاده، محرم جعفری*، محسن زینالی صفحات 267-275
    فن ها قلب تپنده سیستم بوده و نقش بسزایی در فرایند تولید در صنایع ایفا می کنند. هدف از این تحقیق تحلیل جریان عبوری از فن فروصوت محوری و بررسی پارامترهای موثر بر عملکرد فن محوری می باشد. طراحی فن با نرم افزار Solidworks و شبیه سازی ها در نرم افزار CFX با مدل های آشفتگی SST k-ω و k-ε انجام شده است. در بررسی توزیع فشار و جدایش جریان مشاهده می شود که جدایش جریان در قسمت پشت لبه ی حمله پره اتفاق می افتد و هرچه به نوک پره نزدیک می شویم گردابه های حاصل از جدایش جریان نزولی می شود. همچنین تاثیر تغییر طول پره ها و زاویه ی آن ها مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد در سرعت های دورانی مختلف زاویه ی بهینه ی پره متفاوت است و با افزایش دور فن بیشینه ی درصد کارایی فن در زاویه ی حمله ی کوچک تری اتفاق می افتد. با افزایش 20 درصدی طول پره دبی خروجی فن به میزان %5/47 و توان مصرفی فن به اندازه ی %53 افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: فن محوری، زاویه حمله، جدایش جریان، سرعت دورانی، هندسه ی پره
  • احسان براتی*، سید حسین طباطبایی فرد صفحات 277-284
    پدیده خستگی و رشد ترک در قطعات هوایی دارای اهمیت بالایی می باشد. یکی از قطعات مهم هواپیما که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته قطعه ریب بوده که متصل کننده ارابه فرود به بال می باشد. برای بومی سازی این قطعه به دلیل مشکلات فناورانه و مواد اولیه، ماده آن از HY-TUF ، به H13 تغییر پیدا کرده و همچنین قطر یکی از دو سوراخ متصل کننده آن به ارابه فرود نیز 7 میلیمتر بزرگ تر شده است. با توجه به این تغییرات، تخمین عمر خستگی قطعه بومی شده از اهمیت زیادی برخودار می باشد. برای این کار با اعمال ترک فرضی، رفتار رشد ترک خستگی به منظور تعیین اندازه طول ترک بحرانی و همچنین محاسبه مسیر رشد ترک بررسی گردیده است. همچنین تخمین عمر خستگی به منظور به دست آوردن عمر قطعه با استفاده از روش مکانیک شکست و با اعمال یک ترک اولیه صورت پذیرفته است. نتایج نشان داده است که طول ترک بحرانی برای قطعه اصلی و بومی شده به ترتیب 4/19 و 2/9 میلیمتر می باشد. همچنین با احتساب ضریب اطمینان مناسب و برای 3000 نشست و برخاست، طول ترک مجاز برای قطعه اصلی و بومی شده به ترتیب 6 و 2 میلیمتر به دست آمده است.
    کلیدواژگان: عمر خستگی، رشد ترک، ضریب شدت تنش، ریب، طول بحرانی ترک، المان محدود
  • کاظم مهربانیان، علی عباس نژاد* صفحات 285-293
    سرطان رشد و گسترش کنترل نشده سلول ها می باشد. یک راه حل شایع در درمان سرطان، در معرض گرما قرار دادن تومور است. در این مقاله جهت این که مشکل پاسخ آنی تغییرات به گسیل شار گرمایی در درمان های زیستی برطرف شود، از مدل غیر فوریه ای استفاده می شود. یک ایراد دیگر که در معادلات گرمایی زیستی وجود دارد عدم تاثیر جهت جریان خون روی توزیع دما است. در این مطالعه از دو مدل انتقال گرمای زیستی، مدل محیط متخلخل و مدل پنس در دو حالت فوریه ای و غیر فوریه ای، جهت پیش بینی دمای یک بافت خاص با هندسه کروی، استفاده می کنیم. معادلات حاکم با روش المان محدود توسط نرم افزار COMSOL حل شده است. این مطالعه در دو اندازه و سرعت جریان خون در ضرایب تخلخل و پراکندگی مختلف، بررسی می شود. تعادل گرمایی در اندازه های کوچک خون، مشاهده می شود. نتیجه جالب توجه در حالت غیر فوریه ای مدل پنس رخ می دهد،که پس از پایان اعمال شار گرمایی، دمای بافت ثابت می ماند. با افزایش ضریب تاخیر زمانی دمای بافت تقریبا مستقل از ضریب پراکندگی شده، به طوری که با ضریب تاخیر زمانی 10 ثانیه دمای بافت در محدوده 38 درجه سلسیوس، ثابت می ماند.
    کلیدواژگان: مدل پنس، مدل متخلخل، بافت زیستی، حالت فوریه ای، حالت غیر فوریه ای
  • مهدی افضلیان، سید علیرضا ذوالفقاری* صفحات 295-304

    مدلسازی تاثیر سیستم گردش خون بدن متشکل از رگ ها و مویرگ های فراوان بر شرایط حرارتی بدن، پیچیدگی های زیادی داشته که باعث شده دربسیاری از مدلهای تنظیم حرار ت بدن با فرضیات بسیار ساده کننده و غیردقیق، درنظرگرفته شود. مدل چندبخشی مبتنی بر حسگرهای حرارتیMSTB، خون را به صورت یک نقطه با ظرفیت حرارتی مشخص فرض کرده که با دمای یکسان و از طریق یک سیستم گردش خون ساده با اندام ها تبادل حرارت دارد. این فرضیه باعث خطای زیاد در ارزیابی دمای برخی از اندام ها می شود. لذا در این مقاله با اصلاح سیستم گردش خون، تشریح نحوه و ترتیب گردش خون در اندام ها و درنظرگرفتن حسگرهای پوستی مدل چندبخشی JOSTB با تقسیم بدن به 17بخش، 3لایه و عروق (سیاهرگ-سرخرگ) معرفی شده است. همچنین معادلات انتقال جرم و حرارت و موضعی سازی شده پنس برای تعیین دمای بافت بخش های مختلف بدن همراه با شرایط مرزی مناسب بیان شده است. نتایج اعتبارسنجی مدل جدید با مدلMSTB و نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که مدل جدید دمای بخش های مختلف را با دقت قابل قبولی پیش بینی می کند. به طوریکه متوسط خطا برای تخمین دمای پوست بخش های مختلف در شرایط دمایی محیطی گسترده (°C10-50) برای مدل هایMSTB و JOSTB به ترتیب برابر °C3/2 و °C1/1 است.

    کلیدواژگان: حسگرهای حرارتی، شرایط غیریکنواخت حرارتی، گردش خون، مدل های زیست-گرمایی
  • احسان الله یاری، مسعود عسگری* صفحات 305-314

    هدف از ارایه این مقاله، بررسی و توسعه روابط ساختاری حاکم بر الاستومرهای دی الکتریک تقویت شده با الیاف با استفاده از نرم افزار المان محدود است زیرا الاستومرهای دی الکتریک دسته ای از مواد هستند که در صورت قرارگیری در میدان الکتریکی، با تغییرشکل همراه می شوند. در نتیجه با توجه به این ویژگی و کاربرد گسترده در عضلات مصنوعی بررسی رفتار آن ها بسیار حایز اهمیت است. در گام اول به توسعه و محاسبات مقادیر تنش با استفاده از ناپایاها پرداخته می شود. در ادامه با توجه به غیرخطی بودن رفتار ماده نیاز است تا مدول مماسی که یکی از اجزای بسیار مهم در تحلیل مدل المان محدود است محاسبه شود. در نهایت با توجه به نتایج مشاهده می شود که تاثیر زاویه جهت گیری الیاف بر روی مقادیر تنش غیرقابل انکار است. اینکه چگونه با افزایش زاویه جهت گیری الیاف، میزان خمش ماده ناهمسانگرد افزایش پیدا خواهد کرد. همچنین افزایش ولتاژ اعمالی بدون توجه به هر نوع جهت گیری الیاف، با افزایش میزان تنش کرشهف در راستای نشان داده شده در شکل همراه است.

    کلیدواژگان: الاستومر دی الکتریک، الیاف، روابط ساختاری، ناهمسانگردی، ولتاژ
  • حسین نامی* صفحات 315-321
    در سال های اخیر، هیدروژن نه تنها به عنوان یک سوخت سبز بلکه به عنوان یک حامل انرژی برای ذخیره ی انرژی مازاد بر مصرف توجه محققان را به خود جلب کرده است. این درحالیست که استفاده از هیدروژن به عنوان زنجیره ی تکمیل کننده در تولید سوخت های جایگزین مانند متانول سبز و آمونیاک سبز اهمیت پرداختن به تولید آن را دوچندان کرده است. در این مطالعه، از تلفات حرارتی توربین گازهای نصب شده در تاسیسات دریایی برای تولید هیدروژن و گرما بوسیله ی الکترولایزر آلکالین استفاده شده است. اغلب توربین گازهای نصب شده در تاسیسات دریایی برای تامین برق مصرفی تاسیسات استفاده می شوند و به ندرت از تلفات حرارتی آن ها استفاده می شود. در این مقاله، از گرمای موجود در گازهای خروجی از توربین گاز برای راه اندازی واحد تولید توان در دو مرحله (واحد توربین بخار و واحد چرخه ی رانکین آلی) استفاده شده و نهایتا توان تولیدی صرف راه اندازی الکترولایزر نصب شده و تولید هیدروژن گردید. نتایج تحقیق حاضر نشان داد در شرایط پایه به ازای دمای گازهای خروجی توربین گاز 450، 525 و 600 درجه سلسیوس، نرخ هیدروژن تولیدی به ترتیب 1308، 1769 و 2191 تن بر سال و آهنگ گرمای تولیدی به ترتیب 2/3، 3/4 و 4/5 مگاوات می باشد.
    کلیدواژگان: توربین گاز، تولید هیدروژن، الکترولایزر آلکالین، بازیاب اتلاف حرارتی، چرخه ی رانکین آلی، تولید همزمان
  • محمد نمازی زاده، رامین حقیقی خوشخو*، فاطمه جدا صفحات 323-332
    در کار حاضر به منظور بهبود عملکرد چگالنده های هوایی نیروگاهی تاثیر تغییر همزمان جنس ماده سازنده پره های دسته لوله و فاصله هوایی بین ردیف پره های مربوط به دسته لوله های متوالی بر عملکرد چگالنده هوایی مورد بررسی قرار گرفته است. تغییر این فاصله هوایی و همچنین جنس ماده سازنده پره می تواند بر روی ضریب انتقال گرما و افت فشار جریان هوا، وزن دسته لوله و فرسایش ناشی از ذرات جامد موثر باشد. در این مقاله ابتدا در فاصله های هوایی مختلف، ماده مناسب برای پره تعیین شده و سپس تاثیر شرایط دمایی محیط در فاصله های هوایی مختلف بر عملکرد ترموهیدرولیکی جریان سمت هوای دسته لوله منتخب، بررسی و مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که در بین 54 دسته لوله مورد بررسی در صورت استفاده از دسته لوله های M5 و انتخاب فاصله هوایی یک میلی متر، جریان در سمت هوای دسته لوله عملکرد ترموهیدرولیکی بهتری خواهد داشت به طوری که عدد ناسلت به میزان 2/57 % افزایش، PEC به میزان 4/64 % افزایش، ضریب اصطکاک به میزان 9/7% کاهش و وزن کلی دسته لوله ها به میزان 8/10% کاهش خواهد یافت.
    کلیدواژگان: چگالنده هوایی، دسته لوله، نانوکامپوزیت، فاصله هوایی، خنک کن نیروگاهی، افت فشار
  • سید رضا سمایی، محدثه فدائی* صفحات 333-337
    در پژوهش حاضر کنترل فعال جریان توسط جت دمش در لبه حمله ایرفویل NACA0015 جهت به تعویق انداختن جدایش لایه مرزی از روی سطح مکشی ایرفویل صورت گرفته است. با 48 اجرای عددی و روش سطح پاسخ، ارتباط بین پارامترهای جت دمش با ضرایب آیرودینامیکی به صورت یک تابع رگرسیونی مشخص ارایه شده است. عرض شکاف دمش در سه سطح، زاویه دمش و سرعت دمش هرکدام در چهار سطح مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی عددی از مدل تلاطم transition sst استفاده شده است و عدد رینولدز جریان 232940 می باشد. با توجه به نتایج، دمش مماسی بیشترین افزایش راندمان آیرودینامیکی را نشان می دهد. این مقدار از2.56 به 42.83 در بازه مورد بررسی برای دمش مماسی افزایش می یابد، در حالی که جت دمش 45 درجه کارآیی خود را به طور کامل از دست می دهد. علاوه بر این، هنگامی که سرعت جت دمش افزایش می یابد راندمان آیرودینامیکی به طور پیوسته زیاد می شود. نتایج مدل استخراج شده به روش سطح پاسخ نشان می دهد که متغیرهای دمش به صورت تداخلی بر راندمان آیرودینامیکی تاثیر دارند.
    کلیدواژگان: کنترل فعال جریان، جدایش لایه مرزی، شبیه سازی عددی، روش سطح پاسخ، دمش
  • احسان وطنجو، احسان امینیان، حمید صفاری* صفحات 335-344
    چگالش به دو صورت لایه ای و قطره ای اتفاق می افتد. در سطح ترکیبی، شعاع بیشینه قطره ی چگالیده بر روی سطح در ناحیه قطره ای به طور قابل توجهی بر میزان انتقال گرما  اثر می گذارد. این مقاله به بررسی اثر بیشینه شعاع قطره در انتقال گرما بر روی سطوح ترکیبی پرداخته است. همچنین اثر جریان جابجایی مارانگونی که به دلیل ایجاد گرادیان دما به وجود می آید، به عنوان مقاومتی در مسیر انتقال گرما در روابط مربوط به این مدلسازی لحاظ شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که مقدار بهینه ای برای بیشینه شعاع قطره بمنظور افزایش انتقال گرما در سطح ترکیبی وجود دارد که این مقدار وابسته به اختلاف دمای سطح، عرض ناحیه لایه ای و زاویه تماس می باشد. با افزایش اختلاف دمای سطح از 1 تا 10  کلوین، مقدار بیشینه شعاع بهینه از 25/. تا 3/. میلیمتر تغییر می کند. همچنین این مقدار بهینه برای عرض ناحیه لایه ای 5/. تا 1 میلیمتر،  از 25/. میلیمتر به 35/0 میلیمتر افزایش پیدا می کند. در نهایت بررسی نتایج اعمال اثر جابجایی مارانگونی نشان دهنده افزایش 30% ضریب انتقال گرما در صورت اعمال جابجایی مارانگونی است.
    کلیدواژگان: چگالش قطره ای، چگالش لایه ای، سطح ترکیبی آبگریز-آبدوست، شعاع بیشینه قطره، جابجایی مارانگونی
  • مهدی مختاری کرچگانی، سید مجتبی واردی کولایی* صفحات 345-349

    مکانیزم های نرم از طبیعت انعطاف پذیر خود برای حرکت استفاده کرده و از نظر عملکردی نسبت به مکانیزم های سنتی دارای مزیت هایی از جمله دقت بالاتر، طراحی یکپارچه و هزینه ساخت کمتر می باشند. این مکانیزم ها دارای کاربردهای فراوانی در زمینه های مختلف از قبیل حسگرها، گریپرها، سیستم های میکروالکترومکانیک، ربات های جراحی و ابزارهای با دقت بالا می باشند. بهینه سازی توپولوژی و یا استخراج ساختار بهینه مکانیزم های نرم صفحه ای با استفاده از روش رقابت استعماری، موضوع اصلی این پژوهش است. همچنین از روش الگوریتم ژنتیک برای ارزیابی و مقایسه نتایج استفاده شده است. برای تحلیل این مکانیزم ها که از المان های تیر تشکیل شده اند، از روش المان محدود استفاده شده است. نتایج نشان می دهند روش های بهینه سازی به خوبی توانسته اند مساله سنتز بهینه مکانیزم را حل و نتایج را بین 20 تا 30 درصد نسبت به مقالات مشابه بهبود بخشد. همچنین مقایسه دو الگوریتم مورد استفاده نشان می دهد که الگوریتم رقابت استعماری توانسته پابه پای الگوریتم ژنتیک و در برخی معیارهای مقایسه ای، بهتر از آن عمل کند.

    کلیدواژگان: مکانیزم نرم، سنتز بهینه، الگوریتم رقابت استعماری، الگوریتم ژنتیک
  • محمدجواد رمضانی، میثم محمدی* صفحات 351-355

    کامپوزیت های الیاف- فلز به کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف گفته می شود که حاوی صفحات فلزی باشند. در این پژوهش، خواص کششی کامپوزیت الیاف-فلز (Carbon Reinforced Aluminum Laminate) CARALL  با کامپوزیت CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer)  تحت تاثیر رطوبت به صورت تجربی و اجزاء محدود مقایسه شده است. برای انجام آزمایش کشش، شش نمونه کامپوزیت CARALL و CFRP با استفاده از لایه چینی دستی و طبق استاندارد ASTM-D3039 با الیاف کربن، رزین 3001 و ورق آلومینیوم T6-7075 ساخته شده است و همچنین نمونه ها در شرایط خشک و مرطوب به مدت 14 و 25 روز در محیط آزمایشگاهی نگهداری شده است. برای شبیه سازی و مقایسه نتایج تجربی از نرم افزار ANSYS استفاده گردید. مقایسه نتایج نشان می دهد که رطوبت باعث کاهش خواص کششی نمونه ها شده و همچنین مقدار مدول الاستیسیته در محیط مرطوب نسبت به محیط خشک کاهش پیدا کرده است. مدول الاستیسیته برای نمونه های CFRP و CARALLدر محیط مرطوب پس از گذشت 25 روز به ترتیب % 3/47 و % 8/56 نسبت به محیط خشک کاهش یافت.

    کلیدواژگان: کامپوزیت الیاف-فلز، رطوبت، آزمون کشش، الیاف کربن، مدول الاستیسیته
  • فائزه رستمیان، نسرین اعتصامی*، مجید حقگو صفحات 357-365

    دستگاه های الکترونیکی با کاربردهای متنوع و وسیعی که این روزها پیدا کرده اند، برای داشتن عمر طولانی تر و عملکرد ایمن تر، باید زیر دمای بحرانی کار کنند. بنابراین لازم است گرمای مازاد تولید شده در آنها به طور مناسبی از این دستگاه ها خارج شود. اخیرا، استفاده از مواد تغییر فاز دهنده (PCM) به عنوان یکی از روش های موثر برای حذف گرما از وسایل الکترونیکی مورد توجه قرارگرفته است. اما علیرغم ظرفیت بالای ذخیره سازی انرژی در PCMها، رسانایی گرمایی پایین آ ن ها به عنوان یک عامل محدود کننده برای استفاده از این مواد می باشد. بنابراین، تحقیقات فعلی بر بهبود عملکرد گرمایی PCM با استفاده از تقویت کننده رسانایی گرمایی (TCE) متمرکز شده است. پره های فلزی، نانوذرات مخلوط شده با PCM و فوم های فلزی، به عنوان تقویت کننده رسانایی گرمایی استفاده می شوند در این مقاله، مطالعات مختلفی در مورد روش های مورد استفاده در بهبود عملکرد PCM برای خنک سازی اجزای الکترونیکی تحت بار گرمایی ثابت مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: مواد تغییر فاز دهنده، برد الکترونیکی، چاه گرمایی، پره، نانوذره، فوم فلزی
|
  • Malihe Pashapour, Samad Jafarmadar *, Shahram Khalilarya Pages 1-10
    The current study reviews the exergo-economic analysis of a new system for producing power, heat, and distilled water. This proposed system includes a gas turbine (GT) which its waste heat first was recovered by a heat recovery steam generator (HRSG) for producing saturated water vapor and then recycled by an organic Rankine cycle (ORC) for generating more power. Also, this system includes a geothermal energy resource for reheating organic fluid because of power and efficiency increase and a reverse osmosis (RO) desalination unit on the production of freshwater. Feed-water temperature is increased in the condenser via decreasing its mass flow rate. As a result, the unit cost of produced freshwater decreases by 32.24%. The exergo-economic factor of the system is 12.14%, suggesting that exergy destruction accounts for a high proportion of costs. GT/HRSG have the highest share in terms of the capital cost (86.10%). Finally, the effects of the pinch temperature difference in the HRSG and re-heating pressure on the unit cost of the power generated in the ORC, produced water vapor, distilled water, and the overall cost rate were investigated.
    Keywords: exergo-economic, Gas turbine, Organic Rankine Cycle, re-heating, geothermal, reverse osmosis desalination
  • Mehdi Safari *, Vahid Tahmasbi, Peyman Hassanpour, Mojtaba Zolfaghari Pages 11-19
    In this study, considering the point angle and helix angle as the most prominent geometrical parameters associated with the tool, using design of experiment based on Response Surface Method, evolution of process temperature and possibility of thermal necrosis were investigated. For this purpose, performing experimental tests on fresh bovine cortical bone, second order linear regression equation reflecting the process temperature was derived and validated. Using the Sobel sensitivity analysis, the exact influence of each point angle and helix angle on temperature was specified. Also, using derringer optimization method, the minimum process temperature, coincided with the optimum point angle and helix angles, was obtained. Results showed that minimal temperature could be obtained with vortex angle of 90 and helix angle of 27. Moreover, with higher point angles and lower helix angles drilling temperature in bone tissue increased. Finally, drilling temperature was more sensitive to the variation of helix angle rather than point angle.
    Keywords: bone drilling, Temperature, thermal necrosis, statistical sensitivity analysis
  • Reza Ramezanpour Jirandeh, Mehrangiz Ghazi *, Amir Farhang Sotoodeh, Mohammad Nikian Pages 21-30
    In this paper, considering the total annual cost as the objective function, the plate finned heat exchanges in a network are optimized. Considering the geometrical parameters of the fins, the geometrical, hydraulic and thermal modeling of the plate-finned heat exchangers are performed which is the basis of the optimization. Using the differential evolution and the area computing algorithms the optimum fin arrangements in the heat exchangers are obtained for counter-flow case. Fifty-seven standard and discrete fin types with ten different geometrical parameters (β, fs, δ, dh, τ, s, a, b, x and y) as optimization variables are substituted in both hot and cold sides of the heat exchangers with the purpose of minimizing the objective function. Replacing the optimal fin arrangements for the heat exchangers network, total heat transfer area of the network, utility, capital, total pumping, and investment costs are computed. According to the results, the total annual cost of the network with optimal fin arrangements by DE algorithm for the heat exchangers of network is smaller than the corresponding value with randomly selected fin in heat exchangers of network.
    Keywords: Plate finned heat exchanger network, optimization, Geometrical parameters, DE algorithm, Total annual cost
  • Hojjat Aminkhani, Maghsood Daliri *, Moharram Shameli, Nader Javani Pages 31-39
    The present study investigates the combined effects of piezo-viscous couple stress fluid with surface roughness on the performance of squeezed film between conical plates. According to Christensen's theory, there are two types of one-dimensional roughness structures; Such as longitudinal roughness patterns and transverse roughness patterns are considered in the desired geometry. For these two types of roughness patterns, a stochastic Reynolds equation is extracted. Using the proportion technique, an approximate analytical solution is obtained for the average lubricant film pressure, load carrying capacity and compressed film response time. According to the results, it turned out that using of piezo-viscose couple stress fluid as a lubricant and considering the transvers roughness effects of squeezed film profile surfaces; the pressure distribution along the lubricant film, load carrying capacity, and access time increase relative to the Newtonian fluid state at constant viscosity. While the effects of longitudinal roughness decrease the properties of the squeeze film compared to Newtonian fluid.
    Keywords: Couple stress lubricant, Viscosity dependence on pressure, squeezed film, surface roughness effects, conical plates
  • Mohsen Rostami, Mojtaba Dehghan Manshadi * Pages 41-50
    Nowadays, fuel cell systems are used in energy systems which caused to saving energy, and a high-efficiency system. Recently, Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) has been considered for aerospace applications especially in Unmanned Aerial Vehicle (UAV). In the present study, this system has been used for power generation in the different phase of flight, such as takeoff, climb, maximum speed, and cruise. Also, a comprehensive parametric study is carried out to show the effects of some key parameters (including current density, surface area of the fuel cell, takeoff distance, and stoichiometric air ratio) on the main performance criteria of the PEMFC system. The results indicate that the current values for the power required for maximum speed, climb, takeoff, and cruise are 8, 6.576, 5.593, and 2.098, respectively. According to the results, increasing the takeoff distance leads to a reduction in the required power and the system input hydrogen. Also, with increasing current density, power and hydrogen consumption increase, while fuel cell and exergy efficiency decrease.
    Keywords: Proton Exchange Membrane (PEM), Unmanned Aerial Vehicle (UAV), Power generation, Thermodynamic analysis
  • Sayyed MohammadReza Sedeh, Mohammad Khosravi *, Yadollah Yaghoubinejad, Hamid Bohloli Pages 51-58

    In this study, a titanium sample was fabricated using a spark plasma sintering method and subjected to a severe plastic deformation process at room temperature by a simple shear extrusion method. The effect of plasma sintering, annealing and severe plastic deformation process on microstructural evolution and mechanical properties was investigated and then the extrusion process was simulated by Deform software using finite element method. The simulation results show a good agreement with the experimental experiments. To transfer brittle fracture to soft fracture for ease of forming, the product sample was annealed for 5 hours at 800 ° C under argon shielding gas. The ultimate tensile strength was measured at about 612 MPa for titanium sample produced through a spark plasma sintering (SPS), 503 MPa after annealing the SPS sample, and around 795 MPa after a one-pass of plastic deformation in simple shearing extrusion (SSE). Results clearly demonstrated the positive effect of severe plastic deformation on the strengthing of titanium specimens.Also, the hardness of the sample in the sintering stage reached 373 Vickers, which decreased by 16/8% after annealing and increased by 10/7% after an extrusion pass.

    Keywords: Titanium, Spark plasma sintering, Annealing, Simple shear extrusion, Simulation
  • Amin Aali *, Nader Pourmahmoud, Vahid Zare Pages 59-68
    Sabalan geothermal wells are the only wells dug-out in Iran. In this paper a combined flash-binary cycle for power production from this wells is analyzed from the viewpoint of advanced exergy with EES software using thermodynamic cycles method. The results of exergy analysis show that the condenser of binary cycle has the highest value of exergy destruction, then the condenser of flash cycle, the turbine of binary cycle and the second separator have the highest value of exergy destruction. The results of advanced exergy show that the endogenous part of the exergy destruction for all components of the cycle are higher than the exogenous part except to preheater and the endogenous part of the exergy destruction for whole cycle is much higher than the exogenous part, which shows that the irreversibility effect of the components is greater than the ineffectiveness of the cycle structure. Also the total avoidable exergy destruction of the cycle is equal to 4491/8 kw and the total avoidable exergy destruction of the cycle is equal to 5964/04 kw.
    Keywords: Sabalan geothermal resources, Geothermal power plant, Power generation cycle, Advanced exergy analysis, Exergy destruction
  • Sajjad Karami, Mostafa Mafi *, Seyed Abbas Sadatsakak Pages 69-78
    Changes in the ambient temperature and feed gas flowrate are among the parameters that should be taken into account when designing peak-shaving single mixed refrigerant liquefaction processes. In this investigation, a liquefying system for storing the required gas energy for a typical 332 MW power plant during a 60-days cold season peak period was designed and its function under varying ambient temperature and also feed gas flowrate was studied. The results indicate that in minimum temperature condition, the minimum temperature difference in the multiflow heat exchanger will decrease with a slight slope, while with in maximum temperature condition, the minimum temperature difference in the multiflow heat exchanger will drop with a steep slope that show the risk of temperature cross during maximum temperature condition. Also, the study of changes in the flowrate of feedgas indicates that in the environmental conditions below the design point (base state), increasing the feed gas flowrate occasion increase the minimum temperature difference in the heat exchanger. But in the environmental conditions above the design point (base state), the increase in feed gas flowrate will result in a sharp decrease in the minimum temperature difference.
    Keywords: Single mixed refrigerant process, Peak shaving, Minimum, maximum temperatures, Feed conditions, Cycle performance
  • Mahdi Fakoor *, Mohammadhossein Ahmadi, Amirreza Kosari, Mehran Shahriary Pages 79-87

    In order to reduce the weight and increase the efficiency of thermal control subsystem of the small satellites, employing efficient equipment is necessary. Smart radiator is one of the useful equipment in this field. Emission coefficient of these radiators change as a function of temperature or voltage. These variations cause heaters consumption power to be decreased in satellites. In this study, smart radiator is simulated and used in a thermal control subsystem of a small satellite. The result is compared to a conventional radiator. Non-linear proportional-integral method is employed to control the temperature. In this method, each part temperature is considered as state variable and heaters are considered as operators. Simulation results show that non-linear proportional-integral control method has better performance in decreasing the overshoot and settling time in comparison with the linear proportional-integral control method. Besides, smart radiators cause heaters consumption power to be declined. In a way that for the battery about 7% and for the top plate about 27% of the heater power consumption has been reduced.

    Keywords: satellite, Thermal control subsystem, Smart radiator, Non-linear proportional-integral controller
  • Shahin Heidari, Younes Bakhshan *, Jamshid Khorshidi, Ahmad Afsari Pages 89-98
    To predict static aeroelastic behavior accurately, two-way fluid and structure interaction (FSI) coupling methods are used to calculate the static deformations and aerodynamic characteristics of the deformed rocket. According to the studies, little research has been done on the weight reduction of space structures. Therefore, due to the stratigicness of the Fin of space structures, the mechanical behavior of the sheets for the construction of the Fin has been experimentally studied using a constrained groove pressing (CGP) method and a comparison has been done between the amounts of deviation caused for a rocket flying in different Mach numbers and different angles of attack, by simulating a two-way FSI Method for WAF and Flat Fins models with two types of material, the CGP 7075-T6 aluminum, and the 4130 steel. Results of constrained groove pressing show that with the increase in the steps of this process, 7075-T6 aluminum with 38% increase of yield strength in fourth transit, 34% increase in tensile strength, 40 percent decrease in elongation, and 62% increase in toughness relative to the prototype, will be produced. The total deviation in WAF Fin is much less than the flat Fin. Also, deviations of Fin made of CGP 7075-T6 aluminum is less than the Fin made of 4130 steel.
    Keywords: WAF, Flat fin, 7075 Aluminum, 4130 Steel, Aerodynamic Properties, Aeroelastic analysis
  • Hamid Gorji *, Seyed Mohammad Hosseinpour, Mohammad Bakhshi Jooybari Pages 99-108

    One of the processes that is recently used in forming of metallic parts is hydroforming. Conical parts are among the most frequently used parts in industries, especially in military industries. Forming of these components by traditional methods is difficult and normally defects appear on the parts. To overcome this limitation, in this research the production of conical parts by hydroforming process has been studied experimentally and performing simulation. At first, the forming pressure and the applied fluid pressure path were investigated and some rules have been extracted to obtain the suitable pressure in the forming of conical parts. Based on the rules, a flowchart has been developed and by programming it using Python software, the suitable pressure is thus obtained with minimal time and cost. In fact, these rules are applicable for conical parts with different dimensions. To obtain the rules for developing the flowchart, the influence of pressure, sheet diameter and different dimensions of half cones on thinning of the part was investigated. The results showed that despite the independent effect of each parameter on changes in thinning, in all the studies the maximum thinning was increased with increasing pressure and then decreased.

    Keywords: Hydroforming, Conical parts, pressure path, Process rules, Pressure flowchart
  • Ebrahim Abdi Aghdam *, Mehrdad Sarabi Pages 109-117
    Spark advance and fuel injection in proportion with inlet air into the engine combustion chamber are important factors in achieving complete combustion. In the current study, gasoline and NG injectors were calibrated and engine performance in dual fuel and single fuel modes were analyzed at the compression ratio of 10 and engine speed of 1500 rpm. The amounts of fuel injected by the injectors were measured in different modes and a calibration relationship for fuel injection was obtained for each of the injectors. The calibration results indicated that the pressure at injection location affected the amount of the fuel injected by the gasoline injector; however, no such changes were observed in the NG injector. The analysis of engine performance parameters demonstrated that engine torque and imep in gasoline single fuel mode were higher than those in gasoline-NG dual fuel mode, while the lowest values in this regard belonged to NG single fuel mode. Results also showed that HC and CO emissions increased with the increase of spark advance, the highest levels of which were observed in gasoline single fuel mode.
    Keywords: Injector Calibration, Spark Ignition Engine, Dual Fuel, gasoline, Natural gas, emission
  • Ramin Khodadadi, Afrasyab Raisi *, Behzad Ghasemi Pages 119-128
    In this study, the natural convective heat transfer in a triangular enclosure filled with a non-Newtonian power-law fluid is investigated. A triangular heat source with a constant temperature of Th is embedded inside the enclosure. The enclosure is an equilateral triangle with side l and the heater is an equilateral triangle with side b. The sidewalls of the enclosure are kept at a cold temperature of Tc and the lower wall is thermally insulated. The governing differential equations are transformed into algebraic equations by the finite element method and are solved using the integrated direct method in the Camsul software. The effects of relevant parameters such as the Rayleigh number, the power-law index, and the size of the heat source are investigated on the flow and temperature fields. The results show that increasing the Rayleigh number, especially for shear thinning fluids (n<1), increases the heat transfer rate The results also show that depending on the Rayleigh number and the power-law index, the size of the heat source has a significant effect on the flow field and thermal performance of the enclosure.
    Keywords: natural convection, triangular chamber, non-Newtonian fluid, Heat Source, Power-law
  • Amin Shahsavar * Pages 129-138
    The aim of this study is to numerically investigate various aspects influencing the entropy production in a twisted double-pipe heat exchanger. In the inner tube, a combination of copper oxide (CuO) nanoparticles in the base fluid (solution of 0.5 wt% Carboxymethyl Cellulose in water) was used as the non-Newtonian nanofluid. In the space between the two pipes, water flowed in the opposite direction with the Reynolds number (Re) of 1000. The effect of nanoparticle concentration (φ), nanofluid Reynolds number and twist pitch on the results were investigated. The results show that increasing Re from 500 to 2000 increases the thermal and frictional entropies. Also, increasing φ from 0 to 3% reduced both types of entropy. At Re=2000, increasing φ from 0 to 3% caused a decrease of 9.2%, 15.3% and 11.8% for thermal, frictional and total entropies, respectively. In addition, increasing the twist pitch increased them especially for thermal entropy. Also, it was observed that for all the considered values of φ, the Bejan number increases with increasing Re, and at a constant Re, increasing φ causes it to increase slightly.
    Keywords: Entropy production, Double-pipe heat exchanger, Nanofluid, Second-law of thermodynamic, Bejan Number
  • Asgar Minaei *, Mohammad Bagheri, Mehdi Maerefat, Hadi Ghaebi Pages 139-148
    At the present work, a new semi-transient model for thermal performance evaluation of earth-to-air heat exchanger (EAHE) is developed. In the current model, considering transient heat transfer in the soil around the pipe, the thermal saturation of the soil is considered. The thermal saturation is referred to a decreased temperature difference between air and soil near the pipe after some hours of operations which deteriorates the thermal performance of the EAHE. The effect of the buried depth of the Earth-to-air heat exchanger is also considered on simulation. Results are validated against the already reported experimental and numerical data, and good agreement is observed. Finally, the thermal performance of the heat exchanger is investigated for Tehran city. The results showed that increasing the buried depth from one meter to two meters increases the average heat transfer rate from air to earth by 37%.  Decreasing the operation hours of the EAHE per day increases the cooling capacity of the system. For instance, working of the system for only 8 hours a day increases the cooling capacity by 66% compared to continuous operation.
    Keywords: Earth-to-air heat exchanger, Semi-transient, Analytical solution, Thermal performance
  • Armin Asgharzadeh Sadegh, Mehdi Eskandarzade *, Kasra Rafiei Rad, Ali Kalaki, Abolfazl Tutunchi, Aref Alipour, Hasanali Rasouli Pages 149-158
    In Meshginshahr geothermal power plant, fluid with high temperature and pressure comes out of the NWS6D well and are divided into two phases of water and steam by the condenser of the wellhead and by two pipelines (loop1 carrying steam and loop2 carrying water) is transferred to the power plant and the electricity is generated. Risk-based technical inspection technique has never been used in the piping systems of geothermal power plants. In this paper, the implementation of risk-based inspection methodology in geothermal power plants is presented. To perform the risk-based inspection technique in the loops, first the corrosion mechanisms are identified and by specifying the corrosion mechanisms, the probability and consequence of failure of each mechanism and consequently the risk of corrosion in each loop are determined. Experiments using Potentiodynamic polarization test are employed to investigate the general corrosion rate of the pipe materials. According to the studies conducted in this article, in loop 1, the risk of corrosion of carbon dioxide and pitting corrosion is moderate and the risk of corrosion of sour water is low and the risk of loop 2 in case of pitting corrosion is high while in the case of sulfuric acid corrosion, it shows a low amount.
    Keywords: Risk based inspection, Meshginshahr geothermal power plant, Corrosion, Piping, Technical inspection, Risk Matrix
  • Mojtaba Balaj, MohammadHassan Javareshkian * Pages 159-168

    In this study, a high-resolution scheme based on the WENO family has been developed in a pressure-based algorithm to prevent non-physical fluctuations based on Riemannian solver for steady and unsteady one dimensional and two dimensional compressible flows. The solution method is based on finite volume which uses an implicit solver with a structured collocated grid. Boundedness is applied by a high resolution essentially non-oscillatory scheme. To evaluate the numerical method, a shock tube containing shock wave, contact discontinuity and expansion waves has been considered, and the results obtained have been compared with the analytical results and the results based on the density based algorithm. The developed method is evaluated for lax configuration in two-dimensional inviscid flow. In addition, this method has been used to simulate two dimensional steady flow in a channel containing bump. The results show that the developed method is able to capture the physical and numerical discontinuities well.

    Keywords: Capturing Discontinuity, Pressure-Based Algorithm, Weighted Essentially Non-Oscillatory (WENO), Shock wave, Contact Discontinuity
  • Hamidreza Safari, Hosein Kiadaliri, Esmaeel Khanmirza * Pages 169-178
    Manipulating and modeling soft objects is a challenging task in the field of robotics. These objects have heavy calculations for modeling due to their infinite degree of freedom. To address this challenge in this paper, we first model soft objects using the mass-spring-damper (MSD) method, which is a good choice to run real-time applications. Then we express the Grasping analysis and introduce challenges such as finding the best position for grasping, contact detection, penetration depth detection to calculate the force applied from the gripper to the object and provide the solution. We also use the Particle swarm optimization (PSO) algorithm to achieve the best performance in the simulation and select the best parameters in this work. Finally, after satisfying the static equilibrium and reducing its error to zero.
    Keywords: Soft Body, Grasping Analysis, Penetration Depth, Contact Detection, PSO Algorithm
  • MohammadMahdi Aliakbari, Mohammad Azadi *, Satar Mohammadi Esfarjani, Hamed Bahmanabadi Pages 179-186

    In this research, the thermal expansion coefficient of two light materials, A356 aluminum and AZ91 magnesium alloys, was calculated experimentally using dilatometric and zero-force tests. In the zero-force test, the temperature of the sample, in the specified range, without applying any mechanical forces, with a heating/cooling rate of 2 °C/s, was changed and the thermal strain-temperature curve was plotted. The mentioned cycle was repeated at the temperature rate of 10 °C/s and the strain difference with the results of the previous cycle was added to the thermal strain as a correction factor during the main test. The results showed that at the rate of 2 °C/s, the thermal strain-temperature curve was linear and the material behavior was nonlinear and as a hysteresis loop at 10 °C/s. The error of dilatometric test results for aluminum samples was 47.52% and for magnesium samples was 48.69% and the error percentage of the zero-force test at 2 °C/s for aluminum samples was 1.68%, where it was 4.73% for magnesium specimens.

    Keywords: Thermal expansion coefficient, Light alloys, Aluminum alloy, Magnesium alloy, Zero-force test, Dilatometry
  • MohammadReza Sayyed Noorani *, Jalil Beyramzad Pages 187-196

    Exoskeleton robots are a motion-assist device having anthropomorphic structure to power the user for movement via motoric actuators. The exoskeletons are developed for two main applications: rehabilitation of disabled patients, and augmentation of human power during working heavy jobs. Long walking especially with load carrying is a case causes early fatigue. Thus, exoskeletons provide a solution to enhance human power during long marches. To this end, coordination of movements between human and robot is necessary. Many strategies have been proposed to control the interaction between human and exoskeleton, which one method is estimation of the interaction force and try for zeroing this force. In this method the interaction force is estimated based on the difference of movement between corresponding joints of human and exoskeleton, so there is no need to load cells to measure the interaction force. In order to extend this strategy, in this paper we exploit the method of sliding mode control with adaptive sliding gains, and its performance is compared with the case in which the gains are constant. For both of methods the stability of controller is proved according to Lyapunov theory. The exoskeleton robot is modeled based on a 3-link articulated structure, and for performing the leg movement during swing phase at which the joint displacements and velocities are larger and faster. Finally, performance of the controllers on this model is evaluated via numerical simulations. The results show the adaptive sliding mode control is more successful in tracking references and zeroing the interaction forces.

    Keywords: Exoskeleton Robot, Interaction Force, sliding mode, Control, Adaptive Law
  • Mohammadali Rasooli *, Morteza Taheri Pages 188-196

    Cylindrical shells under external pressure are increasingly used in underwater vessels and their collapse is mainly due to the buckling phenomenon. Improving the resistance of these structures to buckle can be achieved by modifying the geometry of the structures. For reinforcement of cylindrical shells increasing the shell thickness and using ring stingers have been amongst the most popular methods. However, increased pressure and weight constraints of structures demand for more advanced methods. In this study, by corrugating of surfaces between the rings and combining the geometric factors those affecting the buckling, the effecting parameters on the critical buckling pressure of the structure were investigated. For this purpose, first a cylinder with a specific diameter and length with reinforcements of different dimensions and distances was evaluated. Then by corrugating with different radius of curvatures in inter-stiffener conditions the effect of these modifications on the buckling pressure and strength to weight ratio were investigated. The results of the analysis indicated that in the case of inter-stiffener buckling the increase of critical buckling pressure of corrugated shells is very significant. In other words, in this method the effectiveness of geometric modification is highly dependent on the inter-stiffener buckling.

    Keywords: Cylindrical shells, Buckling, Corrugated shells, under water, High pressure, Deep dive
  • Arash Nourbakhsh Saadabad, Salar Radman, Faramarz Ranjbar *, Mahdi Nami Khaliledeh Pages 197-206
    Increasing energy consumption has led to the use of renewable energy sources to reduce environmental pollution and prevent global warming. The present work has been carried out with the aim of presenting and investigating a new combined cycle based on the gas turbine with biogas fuel and due to the high outlet temperature of the gas turbine, a steam Rankine cycle equipped with open feed water heater and the thermoelectric generator has been combined with it as the bottom cycle. The system is studied based on the variables of air compressor pressure ratio and air preheater temperature efficiency and analyzed from the viewpoint of the first and second laws of thermodynamics and thermo-economics. Also, to find the best-operating conditions, the system is optimized using the genetic algorithm in EES software by employing single and multi-objective optimization. The results showed that the thermal and exergy efficiencies in the base condition are 44.58 and 42.38%, respectively, and in the optimum thermo-economic condition are 49.45 and 47.01%, respectively. In addition, the LCOE in the multi-objective optimization condition was calculated at 17.50 $/GJ, which is 5.1% lower than the baseline.
    Keywords: Gas turbine, Biogas, Thermoeconomic Analysis, optimization, genetic algorithm
  • Meysam Feyzolahzadeh, Miryousef Hashemi *, Mohsen Fallah Pages 207-216

    In this study, the effects of nozzle angle variations on vertical axis on nozzles plane has been investigated. Cooling and heating are one of the most important industrial processes that are widely used in industry, for this reason multiple impinging jets have been considered to study by many researchers due to their efficiency and high heat transfer. Simulations has been carried out using SST k-omega turbulence model. First, the cooling by elliptical nozzles are investigated to show increasing their efficiency compare to circular nozzles. Then the arrangement and orientation of the nozzles have been investigated. The obtained results showed that the nozzles angle variation, in some cases can lead to increase in the thermal flux. The modeling results showed that when the diameter ratio are equal to 10 and 4, the change in angle of nozzles had a negative effect on the heat transfer value, While in the diameter ratio of 3, changing the angle of the nozzles increased the heat transfer by about 3.71%. Also, numerical studies showed that changing the angle has little effect on creating heat transfer uniformity.

    Keywords: Impinging jet, nozzle orientation, elliptical nozzle, Cooling, Numerical simulation
  • Majid Abbasalizadeh Ranjbari, Rostam Akbari Kangarluei Pages 217-225

    Due to the importance of using nanofluids in heat pipes and not providing a report on the use of nanofluids in inner groove pulsating heat pipe (IGPHP), In this research, the thermal performance of IGPHP investigated using water- MWCNT (Multi-walled carbon nanotube) nanofluid as a working fluid. Experiments were performed on the optimal filling ratio (60%) and the input heat range of 50-300W in the vertical position in four volume fractions of 0.05, 0.1, 0.2, 0.4% with MWCNT nanofluid. The results showed that the lowest thermal resistance was obtained in the volume fraction of 0.1% and then increasing the concentration of nanofluid increases the thermal resistance of IGOHP, which seems to be the main reason for increasing the viscosity of nanofluid. The results showed that the use of MWCNT 0.1% nanofluid reduced the thermal resistance about 11% and increased the effective thermal conductivity about 12%.The results showed that the fluctuations in nanofluids started earlier than distilled water and the best performance occurred at higher input heat, which can be attributed to the large number of continuous fluctuations.

    Keywords: thermal resistance, pulsating heat pipe, Nanofluid, MWCNT, inner groove
  • Behrooz Mirzaei Ziapour *, Ehsan Mokhtari Zaer, Mohsen Rahimi Pages 227-236

    In this study, the passive cooling system consisting of photovoltaic panel and thermoelectric cooler as a source of electricity and cooling equipment has been designed and evaluated. The result of this study was used in system design consist of thermoelectric cooler, photovoltaic panel and the room which is self-sufficient in terms of cooling energy supply. Thus, first, the energy demand for the room is calculated, and then in order to evaluate the maximum performance of the thermoelectric cooler, two methods were obtained: 1) maximum cooling power and 2) maximum coefficient of performance (COP). In the calculations done for maximum cooling power method, the cooling power and coefficient of performance, were 58.41W and 0.44056, respectively; and for maximum coefficient of performance method, the cooling power and coefficient of performance were 15.5W and 1.64, respectively. To access the best performance of thermoelectric coolers in both maximum cooling power and coefficient of performance simultaneously, by selecting the arrangement (3´8), both the cooling peak load and the high performance coefficient we will achieve.

    Keywords: Thermoelectric cooler, Photovoltaic panel, Cooling power, Coefficient of performance, Solar energy
  • Shagayeg Ebrazeh, Mohsen Sheikholeslami * Pages 238-246

    Solar energy is one of the types of renewable energy. To use solar radiation, parabolic solar collectors, which are one of the most common collectors, are used. In this paper, the thermal performance of nanofluid is investigated by using a banded strip in a parabolic solar collector. Syltherm -800 nanofluid and aluminum oxide with a volume fraction of 4% were used as working fluid. Nanofluids were studied in the Reynolds number range from 5000 to 25000. The fluid flow in the parabolic solar collector is turbulent, for which the k-ε RNG method has been selected, and non-uniform heat flux is applied to the absorber tube and examined at three different Rim angles. Objective; To investigate the effect of two different geometric parameters of number of revolutions (,) and wing angle (، ,). on the friction coefficient, Nusselt number and thermal efficiency coefficient. The results show that decreasing the wing angle increase the friction coefficient, Nusselt number and thermal efficiency coefficient. Also, increasing the number of revolutions, increases the current turbulence and consequently increases the heat transfer and the Nusselt number.

    Keywords: Parabolic solar collector, Nanofluid, Turbulator, Non-uniform heat flux, Thermal efficiency coefficient
  • Jabraeel Mohammadifar, Farid Vakili Tahami, Torab Najjari * Pages 247-256
    The main objective of this research is to investigate the status of content the theses of graduate studies in mechanical engineering at the University of Tabriz from the beginning of 1390 to the end of 1396 in terms of subject matters, research methods, applied softwares, gender and the academic degree of the authors. The findings of the research showed that the most frequent topics are: "thermodynamics and power plant" in the field of energy conversion, "Dynamics and Vibrations" in the field of applied design, "forming" in the field of manufacturing and produce and also "thermodynamics and heat transfer of the engine power generation process " in the field of vehicle powertrain system. In terms of the research methods, the numerical method has the highest application and the analytical method has the lowest application. In terms of used software's, "MATLAB" and "EES" software's were the most used respectively. In terms of the gender composition of the authors of the theses, 91 percent are men and 9 percent are women. In terms of the academic degree, 91 percent of the theses are written by master of science students and 9 percent by doctoral students.
    Keywords: Content Analysis, Subjects, Research Methods, Software', Theses, Mechanical Engineering
  • Shoaib Khanmohammadi *, Sajjad Khanjani Pages 257-266
    New technologies such as ultrasonic systems and water extraction from fog using metal nets can improve the performance of solar still desalination systems. Experimental results of the current study show that the use of ultrasonic cold vapor generator module and using fog-harvesting technology by metal mesh are effective in increasing the rate of surface evaporation of saline water, dropwise condensation, and freshwater production in the solar still desalination system. Based on the performance evaluation of the improved system by ultrasonic unit and metal mesh, it was found that with increasing ambient temperature and solar radiation intensity, the atomized droplets evaporate quickly with ultrasonic waves and have a remarkable performance. The results show that the evaporative heat transfer coefficient of saline water increases by 22.90% and the energy efficiency and internal exergy increase by 56.21% and 29.14%, respectively. The modifications also increase the production of fresh water in the improved system with ultrasonic and metal net up to 18.75% compared to the base system.
    Keywords: Single slope solar still, Ultrasonic technology. Fog harvesting, Condensation, Piezoelectric, Cold vapor
  • Mohammadreza Alizadeh, Moharram Jafari *, Mohsen Zeinali Pages 267-275
    The Fans are the beating heart of the system and play an important role in the production process in industry. The objective of this paper is the numerical study of flow through an axial fan and examining the effects of fan design parameters on the performance of the fan. Fan design is done with SolidWorks software and the SST-k-ω and k-ε turbulence models are applied in the simulation which are done using CFX software. In the study of pressure distribution and current separation, occurs at the back of the blade attack edge, and as we get closer to the tip of the blade, the vortices resulting from the separation of the flow become decreasing. The effect of changing the length of the blades and their angle has also been studied. The results show that at different rotational speeds, the optimal blade is different and with increasing fan speed, the maximum fan efficiency percentage occurs at a smaller attack angle. By increasing the blade length by 20% the fan output increases 47.5% and the fan power consumption increases by 53%.
    Keywords: Axial Fan, Attack Angle, Flow Separation, Rotational Speed, Pressure Distribution
  • Ehsan Barati *, Seyyed Hosein Tabatabaei Fard Pages 277-284
    Crack growth and fatigue life assessment of aviation parts are very important. One of the special and important parts in airplane is the Rib trunnion landing gear, which has been investigated in this research. Due to technological and material problems in I.R. Iran, H13 have been selected instead of HY-TUF material, and diameter of one holes for jointing to landing gear is increased 7 mm greater than the original one. According to these changes, life estimation of manufactured part becomes significant. For this reason, the behavior of fatigue crack growth to obtain the critical crack length, and the trajectory of the crack growth has been analysed. Finally, the fatigue life of the part has been assessed using fracture mechanics-based method considering an arbitrary initial crack. The results showed that the critical crack length for original and manufactured parts is 19.4 and 9.2 mm, respectively. The allowable initial crack length is 6 and 2 mm for the original and the manufactured parts, respectively.
    Keywords: Fatigue life, Crack growth, Stress intensity factor, Rib, critical crack length. Finite Element
  • Kazem Mehrabanian, Ali Abbas Nejad * Pages 285-293
    Cancer is defined as uncontrolled growth and spead of cells. Thermal therapy is a prevalent tumor treatment in which body tissue is exposed to high temperatures. In this study, a non-Fourier model is applied to circumvent the problem of quick response of changes to the thermal gradient in the biological therapies. Another drawback in the biological thermal equations is that blood direction does not affect the thermal distribution. In the current study, two bio-heat transfer models, porous medium model and Pennes’ model in both Fourier and non-Fourier conditions are used to predict the temperature response of a spherical tissue. This study considers two pairs of blood vessel sizes and velocities for several values of porosity and perfusion coefficients. Thermal equilibrium is observed in the smaller blood diameter sizes. Another interesting result obtained in the non-Fourier condition of Pennes model is that the temperature of the tissue remains constant after finishing the implementation of thermal dose. By increasing the relaxation time, the temperature of the tissue becomes independent of perfusion coefficient, in such a way that the tissue temperature becomes constant in 38 °C in relaxation time of 10 sec.
    Keywords: Pennes model, Porous model, Biological tissue, Fourier heat transfer, Non-Fourier heat transfer
  • Mahdi Afzalian, Seyed Alireza Zolfaghari * Pages 295-304

    Modeling body’s circulatory system with many vessels and capillaries and its effects on the body thermal conditions is complex. many thermoregulatory models have tried to model the effect of the circulatory system with simplistic and inaccurate assumptions. The MSTB model considers the blood as a node with specific heat capacity and constant temperature depends on the overall body thermal conditions. This assumption can lead to significant errors in estimating the some organs temperature. Therefore, a JOSTB model has been introduced by the approach of modifying the blood circulatory system. In this model, the body is divided into 17 segments and 3 layers and blood flow in the organs with arteries in the core of each segment is considered. The heat and mass transfer and the localized Pennes equations in different segments have been used to determine tissue temperature. Comparing JOSTB results with MSTB and experimental results show that JOSTB accurately predicts the body temperature. The average errors for the local skin temperature in the wide range of operative temperatures (10-50 ) are equal to 2.3  and 1.1   for MSTB and JOSTB.

    Keywords: Blood circulation, Non-uniform thermal conditions, Thermoreceptors, Thermoregulatory Bioheat models
  • Ehsan Allahyari, Masuod Asgari * Pages 305-314

    The purpose of this paper is to investigate and develop the constitutive equation governing fiber-reinforced dielectric elastomers using finite element software because dielectric elastomers are a class of materials that undergo deformation when subjected to an electric field. As a result, due to this feature and widespread use in artificial muscles, it is very important to study their behavior. In the first step, the stress values are developed and calculated using invariants. Next, due to the nonlinearity of the material behavior, it is necessary to calculate the tangential modulus, which is one of the most important components in the analysis of the finite element model. Finally, according to the results, it is observed that the effect of fiber orientation angle on stress values is inevitable. How the anisotropic material bending rate will increase as the fiber orientation angle increases. Also, increasing the applied voltage, regardless of any orientation of the fibers, is associated with increasing the Kirchhoff stress in the direction shown in the figure.

    Keywords: Dielectric elastomer, Fibers, Constitutive equations, anisotropy, Voltage
  • Hossein Nami * Pages 315-321
    In the last years, hydrogen production not only as a green fuel but also as an energy career has gained much attention. This is while, hydrogen can be considered as one of the main chains of alternative fuel production like green methanol and green ammonia. In this study, the waste heat of the offshore installed gas turbines is utilized to produce hydrogen via employing Alkaline electrolyzers. In most cases, gas turbines are installed to cover the electricity consumption of the offshore facilities and waste heat recovery from these turbines is not a matter of concern. In this paper, the energy content of the exhaust gasses of the gas turbines is utilized to run steam and organic Rankine cycle and then generated surplus power is fed to electrolyzers to produce hydrogen. Results revealed that under the base condition exhaust temperatures of 450, 525 and 600 ˚C lead to hydrogen production of 1308, 1769 and 2191 ton per year, respectively.
    Keywords: Gas turbine, hydrogen production, Waste heat recovery, Organic Rankine Cycle (ORC), Co-generation
  • Mohammad Namazizadeh, Ramin Haghighi Khoshkhoo *, Fatemeh Joda Pages 323-332
    The present study evaluated the effect of simultaneous change of the material of tube bundle fins and air gap between rows of fins in consecutive tube bundles on the performance of A.C.C in order to improve their performance. Changing this air gap as well as the fin material can affect the heat transfer coefficient, air pressure drop, and weight of the tube bundle. In this paper, the suitable material for fin was first determined in different air gap, and then the effect of the velocity of inlet air on tube bundle as well as ambient temperature conditions on the thermo-hydraulic performance of airflow on the selected tube bundle side was studied. According to the results, among the 54 simulated tube bundles, the use of the selected fin material and 1-mm air gap on the tube bundle airside exhibited improved thermohydraulic performance. Using the selected tube bundle, the Nusselt number and the performance evaluation criteria increased by 57.2% and 64.4%, and the friction factor and the overall weight of the tube bundle decreased by 7.9% and 10.8%, respectively, compared to the current bundle.
    Keywords: Air-cooled condenser, Tube bundle, Nano-composite, Air gap, Power plant cooling, Pressure drop
  • Seyed Reza Samaei, Mohaddeseh Fadaei * Pages 333-337
    In the present study, active flow control was performed by blowing jet at the leading edge of NACA 0015 airfoil to delay the separation of the boundary layer from the airfoil suction side. By employing 48 numerical simulations and the Response Surface Method, the relationship between the blowing jet parameters and the aerodynamic coefficients is presented as a specific regression function. The blowing width has been studied in three levels, the blowing angle and speed each in four levels. Transition SST turbulence model is used for numerical simulation and flow Reynolds number is 232940. According to the results, tangential blowing shows the most aerodynamic performance increase. This value increases from 2.56 to 42.83 inside the range under investigation for tangential blowing whereas 45° blowing jet loses its efficiency completely. Furthermore, when the blowing jet velocity rises, aerodynamic performance continuously increases. The response surface model indicates that blowing variables interactively influence the aerodynamic performance.
    Keywords: Active Flow Control, Boundary layer separation, Numerical simulation, Response surface method, Blowing
  • Ehsan Vatanjoo, Ehsan Aminian, Hamid Saffari * Pages 335-344
    Condensation occurs in two modes, including filmwise and dropwise condensation. On a hybrid surface, the maximum radius of the condensed droplet on the surface in the dropwise region significantly affects the rate of heat transfer. In this paper, the effect of maximum droplet radius on heat transfer on hybrid surfaces is investigated. In this paper, the effect of Marangoni convection-current due to the temperature gradient- is considered as a resistance in the heat transfer process. The results indicate that an optimum value of the maximum droplet radius exists to enhance the condensation heat transfer of steam in the hybrid surface that is dependent on the surface subcooling degree, filmwise region width and the contact angle. As the surface subcooling degree increases from 1.0 K to 10 K, the optimum maximum radius of the droplet in the dropwise region increases from about 0.25 mm to 0.3 mm. Also, the optimum maximum radius of the droplet increases from about 0.25 mm to 0.35 mm when the filmwise region width is increased from 0.5 mm to 1.0 mm. Finally, the results of applying the effect of Marangoni convection indicate a 30% increase in the heat transfer coefficient in the case of applying Marangoni convection.
    Keywords: Dropwise condensation, Filmwise condensation, Hydrophobic-hydrophilic hybrid surface, Maximum droplet radius, Marangoni convection
  • Mehdi Mokhtari Karchegani, Seyyed Mojtaba Varedi Koulaei * Pages 345-349

    Due to the flexibility of the compliant mechanisms (CMs), they are utilized to perform mechanical. From the viewpoint of performance, CMs have some advantages over traditional ones, such as higher precision, integrated design, and lower manufacturing costs. These flexible mechanisms have wide applications such as sensor, gripper, parallel mechanisms, MEMS, high-precision devices and biomedical and surgery robots. Topology optimization or extracting the optimal design of the planar parallel compliant mechanisms using the imperialist competition algorithm is the main novelty of the current study. Furthermore, the genetic algorithm method was used for validation. The optimized CMs that consist of beam elements are analyzed with the finite element method. The goal of this design is to maximize the mechanical advantage and the geometrical advantage. The results show that use of the imperialist competition algorithm for this problem has led to a significant improvement (20 to 30 percent) over the results from similar articles. In addition, the comparison of the two algorithms used shows that ICA performs better than the GA, which is one of the most powerful methods in optimization.

    Keywords: Compliant mechanism, Optimal synthesis, Imperialist competition algorithm, genetic algorithm
  • MohammadJavad Ramezani, Meisam Mohammadi * Pages 351-355

    Fiber-metal composites are polymer composites reinfored with fibers and metal sheets.  In this study, the tensile properties of CARALL (CarbonReinforced Aluminum Laminate with CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) under the influence of moisture are compared and studied experimentally and numerically by finite element (FE) method. According to ASTM-D3039 standard, six samples of CARALL and CFRP composite are made using manual lay-up and carbon fibers, 3001 resin, and T6-7075 aluminum sheet and also, the samples were stored in dry and moisture conditions for 14 and 25 days. ANSYS software is used to simulate and compare the results with experimental tests. Comparison of the results shows that the moisture reduced the tensile properties of the samples. Also, the elasticity modulus for the CFRP and CARALL samples in humid environment during 25 days reduces respectively as 47.3% and 56.8% in comparison with the dry environment.

    Keywords: FML Composite, Moisture, Tensile Test, Carbon Fiber, Modulus of elasticity
  • Faezeh Rostamian, Nasrin Etesami *, Majid Haghgoo Pages 357-365

    Electronic devices with different and wide applications must operate under critical temperature for long life and safe operation. Therefore, excess heat must be properly removed from these devices. Recently, the use of phase change materials (PCM) has been considered as one of the effective methods for removing heat from electronic devices. Despite the high energy storage capacity of PCM, the low thermal conductivity of them is a limiting factor for the use of these materials. Therefore, current research has focused on improving the thermal performance of PCM using thermal conductivity enhancer (TCE). Metallic fins, nanoparticles mixed with PCM, and metallic foams are used as thermal conductivity enhancer. In the three methods mentioned as thermal conductivity enhancers, it is observed that the presence of metal fins leads to more uniformity of the base temperature of the heat sink and decreasing the base temperature. The use of nanoparticles provides appropriate and acceptable performance for temperature management of heat sink. Also, metal foams offer good performance due to their higher surface to volume ratio, better heat conductivity and lower weight. In this paper, various studies about enhance PCM performance for cooling electronic components under constant heat load are investigated and compared.

    Keywords: Phase Changer Materials, Electronic Board, Heat sink, Fin, Nanoparticle, Metal Foam