فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - سال پنجاه و دوم شماره 2 (پیاپی 99، تابستان 1401)

مجله مهندسی مکانیک
سال پنجاه و دوم شماره 2 (پیاپی 99، تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/29
  • تعداد عناوین: 40
|
  • هادی شاکر، مجید عباسعلیزاده*، شهرام خلیل آریا، صابر یکانی مطلق صفحات 1-10
    در این مقاله، انتقال گرمای جابجایی ترکیبی نانوسیال مغناطیسی آب-اکسید آهن درون یک کانال دارای حفره روباز با دیواره گرم، مورد مطالعه قرار گرفته است. برای مدل سازی نفوذ نانوذرات در سیال پایه از مدل غیر همگن بونگیورنو با فرض تاثیر ترموفورسس و براونی استفاده شده است. تقریب بوزینسک برای مدل سازی انتقال گرمای جابجایی آزاد بکار گرفته شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود و الگوریتم SIMPLE، بصورت عددی حل شده اند. در ابتدا مقایسه ای مابین نتایج روش تکفازی و مدل غیر همگن حاضر انجام و سپس، تاثیر تغییرات پارامترهای مختلف مانند عدد رینولدز (10، 100 300 و 600)، کسر حجمی نانوذرات (02/0، 04/0 و 06/0) و عدد ریچاردسون (01/0، 1 و 10) به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج حاصل، با افزودن نانوذرات، بیشترین مقدار افزایش انتقال گرما در رینولدز های پایین (62/10 %) اتفاق می افتد. به واسطه غالب بودن مکانیزم نفوذ ناشی از اثرات ترموفروسس، کسر حجمی نانوذرات در نزدیکی دیواره گرم، کمتر از سایر نقاط می باشد. در عدد رینولدز 10، پدیده ترموفورسس تاثیر بیشتری بر روی نانوذرات نسبت به رینولدزهای بالا دارد.
    کلیدواژگان: جابجایی ترکیبی، نانوسیال، مدل غیر همگن بونگیورنو، بوزینسک، حفره روباز
  • فرزانه بهنام گرمی، هادی غائبی*، محمد وجدی، هادی رستم زاده صفحات 11-20

    در این تحقیق، چرخه ترکیبی تولید گرما، سرما و توان شبیه سازی شده و عملکرد چرخه ترکیبی از لحاظ انرژی و اگزرژی مورد بررسی قرار گرفته است و تاثیر تغییر پارامترهای مختلف ازجمله تغییر دمای ژنراتور، اختلاف دمای پینچ، اختلاف دمای فراگرم بر روی بازدهی انرژی، اگزرژی، کار خروجی، برگشت ناپذیری های چرخه و ضریب عملکرد چرخه تبرید اجکتوری مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم ترکیبی پیشنهادشده در این پژوهش شامل چرخه های رانکین آلی شامل پمپ، مولد بخار، کمپرسور، توربین، مبادله کن گرمایی، جداکننده، مخلوط کننده و چرخه تبرید اجکتوری می باشد که به منظور تولید توان و تامین نیاز گرمایی و سرمایی اعم از گرمایش، سرمایش و همچنین آبگرم مصرفی طراحی شده است.  نتایج نشان می دهد که با افزایش مقدار گرمای ورودی به ژنراتور بازده گرمایی چرخه، به صورت عمده ای افزایش می یابد همچنین در شرایط کاری یکسان با افزایش مقدار دمای چگالنده و تبخیرکننده بازده گرمایی برای کل چرخه موردمطالعه دارای روند صعودی است. بیشترین میزان تخریب اگزرژی در گرمکن و ژنراتور صورت می گیرد .تحلیل اگزرژی سیستم جهت تعیین تجهیزاتی که بیشترین تاثیر را در سیستم دارند، انجام گرفته است به طوری که گرمکن، ژنراتور و توربین موثرترین تجهیزات در عملکرد کل سیستم می باشند.

    کلیدواژگان: چرخه تولید هم زمان، چرخه رانکین آلی، تبرید اجکتوری، بازده اگزرژی، تخریب اگزرژی
  • امیرفرشاد کلوانی، مصطفی مافی*، منصور خانکی صفحات 21-30

    واحدهای مایع سازی قله سایی با توجه به کاهش 600 برابری حجم گاز طبیعی، مطلوب ترین شیوه برای ذخیره سازی گاز طبیعی مازاد در فصول گرم سال و استفاده از آن در ایام سرد سال در مجاورت صنایع انرژی بر است. در این پژوهش ضمن انتخاب نیروگاه چرخه ترکیبی شهید رجایی، چرخه مبرد چندجزیی یک طبقه ای با هدف تامین سوخت موردنیاز کل واحدهای این نیروگاه برای 60 روز کارکرد، شبیه سازی شد و مورد تحلیل فنی قرار گرفت. در ادامه میزان سرمایه گذاری اولیه و هزینه های جاری واحد مایع سازی گاز طبیعی محاسبه شد. ارزیابی اقتصادی طرح بر اساس روش ارزش خالص فعلی با فرض نرخ تنزیل 12 درصد بیانگر دوره بازگشت سرمایه ای معادل 3/4 سال است. تحلیل حساسیت نسبت به تغییرات نرخ تنزیل و هزینه سرمایه گذاری اولیه از دیگر مواردی است که در این پژوهش مدنظر قرار گرفت. نتایج نشان می دهد حتی با افزایش نرخ تنزیل تا 40 درصد و یا افزایش 50 درصدی هزینه سرمایه گذاری اولیه نیز احداث واحد مایع سازی توجیه اقتصادی دارد اما با توجه به عمر 20 ساله طرح، چنین دوره بازگشت سرمایه ای چندان مطلوب نیست.

    کلیدواژگان: مایع سازی گاز طبیعی، قله سایی، مبرد چندجزئی، نیروگاه شهید رجائی، ارزیابی اقتصادی، تحلیل حساسیت
  • محمد هدایتی خدایاری، ناصر پریز*، سعید بلوچیان صفحات 31-41

    در این مقاله، مساله پایدارسازی مقاوم یک ربات خودگردان زیرآبی که سامانه ای با تاخیر متغیر با زمان، نایقینی متغیر با زمان در مدل و دارای محدودیت در دامنه سیگنال ورودی عملگر است را مورد بررسی قرار می دهیم. با توجه به مساله تکین بودن سیستم، هدف اصلی صرفا پایداری نبوده بلکه منظم بودن و عاری بودن پاسخ حلقه بسته سیستم از توابع ضربه نیز است. نحوه برخورد با نایقینی، قید اشباع و تاخیر زمانی، به ترتیب استفاده از روش نرم محدود، پلی تاپیک و پایداری وابسته به تاخیر است. بنابراین، قضیه ای جهت تضمین پایداری سیستم حلقه بسته بر اساس نامساوی های ماتریسی شبه خطی تبیین و اثبات می شود. در ادامه جهت نمایش کارایی، با ارایه نتایج شبیه سازی، برتری این تکنیک با مراجع معتبر از منظر محافظه کاری مقایسه می گردد. دامنه و حوزه این روش دربرگیرنده سیستمهای معمولی تاخیردار و سیستمهای خنثی تاخیری با تاخیر چندگانه در حالت است. ما در ادامه بر خلاف رویه معمول مدلهای فضای حالت، برای نخستین بار مدلی تکین از یک ربات خودگردان زیرآبی استخراج کرده و پایداری مقاوم آن را در وضعیتهای مختلف با این قضیه بررسی می کنیم.

    کلیدواژگان: ربات خودگردان زیرآبی، مدل غیرخطی، سیستم تکین (توصیفی)، نایقینی، نامساوی های دو خطی، نامساوی های ماتریسی
  • علی الماسی، عباس کیان وش*، ابولفضل توتونچی صفحات 43-49
    عملیات حرارتی تریپ (TRIP) و کوینچ- بخش بندی (Q-P) از مهمترین روش های تولیدی فولادهای پیشرفته با استحکام بالا (AHSS) است. اصول عملیات حرارتی مذکور مبتنی بر نفوذ کربن از مارتنزیت به آستنیت باقیمانده (γ_R) و پایدارسازی γ_R است. در پژوهش حاضر، یک فولاد استحکام بالا حاوی میکروآلیاژ Ti تحت عملیات حرارتی Q-P، TRIP و کوینچ - برگشت (Q-T) قرار گرفته و از لحاظ ریزساختار و خواص مکانیکی مورد مقایسه قرار گرفته است. مقایسه تاثیر عملیات های مذکور بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) ، آنالیز اشعه ایکس (XRD)، ریزسختی سنجی و متالوگرافی انجام شد. نتایج بدست آمده نشان داد که نمونه ای که تحت عملیات Q-P قرار گرفته است، شکل پذیری و استحکام بهتری نسبت به TRIP دارد. استحکام و شکل پذیری نمونه حاصل از Q-P به ترتیب MPa 1070 و 24 درصد گزارش شد. استحکام و شکل پذیری نمونه حاصل از TRIP نیز به ترتیب MPa1160 و 19 درصد گزارش شد.
    کلیدواژگان: عملیات حرارتی کوئنچ - بخش بندی(Q-P)، آستنیت باقی مانده، استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی، سختی، میکروآلیاژ
  • اسماعیل خان میرزا*، فریدون جعفری بابوکانی صفحات 51-58
    مساله ی مکان یابی و نقشه کشی همزمان در محیط های پویا موضوع مهمی در مبحث ناوبری ربات های خودمختار می باشد که هنوز تحقیقات زیادی در این زمینه انجام نشده است. در این مقاله، با ارایه ی روشی جدید، اشیاء پویا در محیط را همزمان با وجود اشیاء ساکن ردیابی می نماییم. برای این منظور الگوریتم EKFSLAM برای محیط های پویا توسعه داده شده است به طوری که مکان یابی و نقشه کشی همزمان و ردیابی اشیاء پویا در محیط در قالب یک مساله حل می شود، که قبلا به صورت مجزا این کار انجام می شد. همچنین با توجه به اینکه کارایی و عملکرد الگوریتم فیلتر کالمن توسعه یافته وابستگی زیادی به دانش صحیح در مورد ماتریس کواریانس نویز مشاهدات دارد از یک سیستم تطبیقی نرو-فازی (ANFIS) به منظور تنظیم ماتربس کواریانس نویز مشاهدات استفاده شده تا دقت و پایداری الگوریتم را نسبت به سایر روش های قدیمی (SLAM and DATMO, FastSLAM, EKF) تضمین نماید. نتایج آزمایشات حاکی از آن است که عملکرد الگوریتم پیشنهادی موجب ردیابی دقیق اشیاء در زمان اجرای SLAM در محیط پویا می شود و از دقت و پایداری خوبی برخوردار است.
    کلیدواژگان: SLAM، EKF، محیط پویا، ANFIS، ردیابی چند هدفه
  • علی احمدی، معصومه رحیمی*، یونس پهم لی صفحات 59-68
    یکی از راه کارهای افزایش انتقال گرما در کانال هواگرمکن های خورشیدی افزودن بافل در مسیر عبور جریان سیال می باشد. در این مطالعه به بررسی ویژگی های انتقال گرما  و جریان سیال در کانالی با مقطع مستطیل شکل دارای بافل های V شکل که بر روی دو صفحه گرمکن خورشیدی در بالا و پایین کانال قرار دارد پرداخته شده است. پارامترهای بررسی شده شامل تعداد ردیف بافل ها، گام بافل ها و ارتفاع بافل ها در اعداد رینولدز مختلف می باشند. عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و ضریب عملکرد حرارتی به عنوان پارامترهای خروجی مورد بررسی قرار گرفته اند. معادلات حاکم بر مساله شامل پیوستگی، مومنتوم و انرژی می باشد. از مدل توربولانسی standard k-ԑ برای حل جریان آشفته در کانال استفاده شده است. نتایج نشان دهنده این است که با افزایش تعداد ردیف بافل، سرعت جریان هوا افزایش یافته و به تبع آن انتقال گرما نیز افزایش می یابد. در بررسی گام های مختلف مشخص شد کانال با بافل هایی با گام 50 میلی متر بیشترین ضریب عملکرد حرارتی را دارد. هم چنین با افزایش ارتفاع بافل ها در سطح انتقال گرما ثابت، به علت افزایش سرعت جریان عبوری از روی بافل، ضریب عملکرد در حدود %28 افزایش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: هواگرمکن خورشیدی، کانال مستطیلی، بافل های V شکل، جریان آشفته، انتقال گرما، افت فشار
  • علی صابری مهر*، وحید فرهنگ مهر صفحات 69-78
    متانول به عنوان یک سوخت جایگزین، به دلیل آلودگی کم و هزینه حمل و نقل پایین بی نظیر است که می تواند با عملکرد کاتالیزورها در دمای °C300-250 به گاز سنتزی تجزیه شود. استفاده از این سوخت پس از سنتز در پیل سوختی اکسید جامد که در سال های اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است، می تواند ویژگی های منحصر به فردی داشته باشد. در کار حاضر، در قالب یک سیستم تولید سه گانه برق، سرمایش و گرمایش با بهره گیری از انرژی خورشیدی، متانول ابتدا سنتز شده و به گازهای مورد استفاده در پیل سوختی اکسید جامد تبدیل می شود. سیستم پیل سوختی که در واقع برای افزایش تولید توان آن با یک سیستم توربین گازی ترکیب شده است، علاوه بر تولید برق، گرمای لازم برای تولید سرمایش در یک چیلر جذبی را فراهم می کند. نتایج تحلیل انرژی و اگزرژی سیستم پیشنهادی نشان داد که با کنترل دبی جریان متانول و دما، راندمان تبدیل به بالای60% می رسد. طبق نتایج تحلیل اگزرژی، تلفات برگشت ناپذیر نور به گرما و تلفات گرما در واکنش تجزیه خورشیدی متانول در حدود 13% از کل اگزرژی ورودی را تشکیل می دهد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، متانول، اگزرژی، سیستم خورشیدی، انرژی تجدیدپذیر، تحلیل ترمودینامیکی
  • حسین نصیری، علیرضا جلالی*، سید محمد فاطمی صفحات 79-88
    هرساله تعداد مخازن نفت بیشتری به افت فشار و کاهش نرخ تولید دچار می شوند. فرایند سیلاب زنی یکی از این روش های مرسوم برای افزایش میزان تولید نفت است. سرعت سیال تزریقی به داخل محیط متخلخل در شرایط مختلف فیزیکی می تواند مقدار نفت متفاوتی را از حفرات خارج کند. با توجه به هندسه فضایی و ترکیب قرارگیری حفرات، سرعت سیال وارده به هر حفره محدوده گسترده ای دارد. در این پژوهش به بررسی اثر سرعت سیال در سه حالت حفره با سطوح آب دوست، آب گریز و ترشوندگی خنثی پرداخته شده است. این کار با استفاده از شبیه سازی عددی با نرم افزار Ansys-Fluent و در مقیاس یک حفره 1 میلی متری حاوی نفت با لزجت متوسط انجام شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که برای حفره با یک خروجی در حالت آب دوست و ترشوندگی خنثی، همه نفت در تمام سرعت ها از حفره خارج می شود. اما برای حفره با دو خروجی، تنها در حالتی که سطح حفره آب دوست باشد تمام نفت از آن خارج می شود و برای حفره با ترشوندگی خنثی 78 درصد از حجم نفت خارج می شود. برای حفره با سطح آب گریز نیز با افزایش سرعت سیال ورودی نفت کمتری از حفره خارج شد و ضریب بازیابی بین 7/63% و 5/98% حاصل شد.
    کلیدواژگان: سیلاب زنی، نانوذرات، سورفاکتنت، مقیاس حفره، شبیه سازی عددی، سرعت سیال
  • مسعود سبزی*، محسن سبزی، احمد منشی صفحات 89-98
    در این پژوهش، رفتار خوردگی فولاد هادفیلد آستنیته شده در دماهای 1000، 1075، 1150و °C1225 در زمان های نیم و یک ساعت مورد بررسی قرار گرفت. برای این کار، ابتدا 4 عدد بلوک به شکل Y از فولاد هادفیلد تهیه شده و سپس عملیات حرارتی آستنیته شدن بر روی آنها انجام شد. میکروسکوپ نوری برای بررسی ریزساختار به کار گرفته شد. برای بررسی مورفولوژی خوردگی از میکروسکوپ الکترونی روبشی و برای آنالیز فازهای تشکیل شده در ریزساختار از پراش پرتو ایکس استفاده شد. برای بررسی رفتار خوردگی از روش های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در محلول NaCl5/3% استفاده شد. نتایج هردو روش نشان داد نمونه ای که در دمای °C1225 به مدت یک ساعت عملیات شده، مقاومت به خوردگی بالاتر، شدت جریان خوردگی کمتر و پتانسیل خوردگی نجیب تری نسبت به نمونه ی آستنیه شده در دمای °C1225 به مدت نیم ساعت دارد. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از مورفولوژی خوردگی نشان داد که کاهش دمای آستنیته شدن در فرآیند عملیات حرارتی فولاد هادفیلد منجر به فرآهم شدن شرایط برای وقوع خوردگی موضعی میکروگالوانیکی شده است.
    کلیدواژگان: فولاد منگنزدار هادفیلد، رفتار خوردگی، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک، عملیات حرارتی آستنیته شدن. ‏
  • پیران فتحی نژاد، اسمعیل قوانلو*، سید احمد فاضل زاده حقیقی صفحات 99-103
    در سال های اخیر، متامواد به دلیل کاربرد های آن ها در مهار ارتعاش با فرکانس پایین و کاهش نویز، توجهات تحقیقاتی بسیاری را به خود جلب کرده اند. در این مقاله، اثر اندرکنش غیرمستقیم بر انتشار موج در متامواد دو اتمی بررسی می شود. معادلات حاکم یک سلول واحد بدست آورده شده و با استفاده از قضیه بلاک، روابط پراکنش موج این مواد بدست آورده شده و منحنی های پراکنش رسم می شوند. شکاف های باند مدل شبکه بی نهایت محاسبه می شود. بعلاوه، تاثیر پارامترهای مختلف از جمله نسبت های مختلف سفتی مورد بررسی قرار می گیرند. نتایج عددی نشان می دهد که اندرکنش غیر مستقیم بر شکل منحنی های پراکنش تاثیر می گذارد، در حالی که دامنه شکاف باند کمی تغییر می کند. علاوه بر این، نتایج نشان می دهد که شکاف باند اضافی در متاماده ی پیشنهادی وجود دارد. مطالعه پارامتریک نشان می دهد که می توان با کنترل سفتی فونداسیون الاستیک، فاصله باند اضافی را تنظیم کرد. این نتایج مسیر را برای نسل جدیدی از متامواد هموار می کند.
    کلیدواژگان: متامواد دو اتمی، اندرکنش غیر مستقیم، انتشار موج، نمودار پراکنش موج، شکاف باند
  • زهرا لعل قربانی، مهدی دیمی دشت بیاض*، مجید عباس زاده باجگیران صفحات 105-112
    امروزه به دلیل ضرورت وجود مراکز داده، بحث تامین انرژی مورد نیاز آنها از اهمیت بسزایی برخوردار است. بخش اعظمی از انرژی مصرفی در مراکز داده مربوط به نیاز به سرمایش پیوسته انها می باشد. بر این مبنا بررسی توزیع هوا به عنوان یکی از مهم ترین عوامل موثر در صرفه جویی مصرف انرژی و تولید گاز گلخانه ای و افزایش خنک کنندگی امری ضروری است. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار Design Builder (DB) مرکز داده ای شبیه سازی شده است و یک بار توزیع هوا از کف و بار دیگر از سقف صورت گرفته است. این پژوهش در شهر مشهد و در بازه زمانی یک ساله بررسی شده است و نتایجی از جمله میزان انتشار کربن دی اکسید که یکی از مخرب ترین گازهای گلخانه ای هست، میزان انرژی مصرفی، دمای اتاق سرور و هزینه های ایجاد شده در دو طرح با هم مقایسه شده اند. نتایج بدست آمده از شبیه سازی نشان داد که در شرایط کاملا یکسان با توزیع مناسب هوا در مراکز داده می توان دمای هوای اتاق را به منظور افزایش خنک کنندگی اتاق و تجهیزات، مصرف انرژی، هزینه انرژی و همچنین تولید گازهای گلخانه ای و هزینه های ناشی از تولید این گازها کاهش داد. با بکارگیری طرح توزیع هوا از کف به طور میانگین 5/4 درجه سلسیوس کاهش دما، 5/91 کیلووات ساعت کاهش انرژی، 5/55 کیلوگرم کاهش انتشار کربن دی اکسید و درنتیجه 78/90 دلار کاهش هزینه به نسبت طرح توزیع هوا از سقف در سال وجود دارد.
    کلیدواژگان: مراکز داده، توزیع هوا از سقف، توزیع هوا از کف، شبیه سازی انرژی، انتشار کربن دی اکسید، مصرف انرژی
  • امیرحمزه فرج الهی*، محسن رستمی، بهراد عسگری صفحات 113-122
    یکی از کارآمدترین سامانه های تهویه مطبوع، پمپ های گرمایی زمینی می باشند. از مشکلات اساسی این نوع پمپ ها می توان به هزینه ی بالای نصب آن ها اشاره کرد. با انتخاب آرایش مناسب مبادله کن گرمایی زمینی مورد استفاده در این پمپ ها می توان با افزایش آهنگ انتقال گرما با زمین اطراف و کاهش تعداد چاه های حفر شده در هزینه ها صرفه جویی کرد. در این مطالعه، عملکرد گرمایی مبادله کن زمینی با آرایش مارپیچ سه گانه مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، به شبیه سازی سه بعدی و گذرای دینامیک سیالات محاسباتی مبادله کن گرمایی زمینی و زمین اطراف آن پرداخته شده است. ضمن مقایسه آرایش مارپیچ سه گانه با مبادله کن آرایش تک مارپیچ به مطالعه تاثیر پارامتر های گام و قطر حلقه های مارپیج بر عملکرد این نوع مبادله کن پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد آرایش مارپیچ سه گانه تبادل گرما با زمین اطراف را حدود 28% نسبت به آرایش تک مارپیچ افزایش می دهد. بررسی پارامتر های مورد مطالعه نشان داد گام حلقه های مارپیج بیشترین تاثیر بر عملکرد سیستم را دارد و با کاهش آن، عملکرد سیستم بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: مبادله کن گرمایی زمینی، پمپ گرمایی منبع زمینی، انرژی زمین گرمایی، مارپیچ سه گانه، عملکرد سیستم
  • مهرداد خدامرادی چالش تری، بهزاد قاسمی*، افراسیاب رئیسی صفحات 123-132
    در این تحقیق، انتقال گرمای همرفتی طبیعی درون یک محفظه مربعی پر شده با سیال غیرنیوتنی مدل تابع نمایی، همراه با دو مانع دما ثابت مربعی درون آن، به روش عددی بررسی شده است.  موانع در دمای ثابت  و دیواره های جانبی محفظه در دمای ثابت  قرار دارند. دیواره های افقی محفظه عایق شده اند. جریان داخل محفظه، دو بعدی، لایه ای، پایا و تراکم ناپذیر فرض شده است. معادلات حاکم بر سیال غیرنیوتنی مدل تابع نمایی به روش تفاضل محدود بر مبنای حجم کنترل جبری شده و با استفاده از یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن، بر مبنای الگوریتم SIMPLE، به طور همزمان حل شده اند. برای اطمینان از صحت نتایج، نتایج بدست آمده از کد کامپیوتری با نتایج مقالات دیگر در زمینه سیالات غیرنیوتنی مقایسه شده است. اثر تغییر اندازه موانع ، فاصله آن ها از یکدیگر  و فاصله موانع از دیواره پایینی محفظه ، بر میدان های جریان و دما و آهنگ انتقال گرما، در شاخص های تابع نمایی مختلف () و اعداد رایلی مختلف () مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش اندازه موانع، عدد ناسلت متوسط در شاخص های تابع نمایی مختلف افزایش می یابد. با کاهش فاصله موانع و  قرار دادن آن ها در کنار یکدیگر، آهنگ انتقال گرما از محفظه در شاخص های تابع نمایی مختلف کاهش می یابد. این در حالی است که، با افزایش فاصله موانع و قرار دادن آن ها برروی دیواره های عمودی محفظه، آهنگ انتقال گرما در n=1 و n=0.8 کاهش و در n=1.4  افزایش می یابد. افزایش عدد رایلی سبب افزایش عدد ناسلت متوسط به ویژه در شاخص های تابع نمایی کوچکتر از یک می شود.
    کلیدواژگان: انتقال گرمای همرفتی طبیعی، سیال غیرنیوتنی مدل تابع نمایی، محفظه، مانع، شبیه سازی عددی
  • محمد مهاجر، محسن فلاح*، مرتضی رحمانپور صفحات 133-142
    در این مطالعه، یک چرخه ی جدید تولید همزمان توان، گرما و سرما یکپارچه شده با آب شیرین کن آب دریا به روش تقطیر چند مرحله ای و اسمز معکوس و سامانه خورشیدی با استفاده از تحلیل های انرژی و اگزرژی مورد ارزیابی قرار گرفته است. به منظور تولید توان از چرخه ی گازی به عنوان محرک اصلی و چرخه ی رانکین آلی به عنوان چرخه ی پایین دستی بهره برده شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد در اثر افزودن سامانه خورشیدی در مجاورت چرخه ی رانکین آلی، افزایش راندمان چرخه ی رانکین آلی از 38.778 درصد به 44.592 درصد به میزان 5.813 درصد بهبود می گردد. به علاوه، در میزان خنک کاری ثابت، ضریب عملکرد بخش سرمایش یک افزایش 1.275 درصدی از مقدار 1.596 به 1.617 را تجربه می کند. همچنین، با توجه به بالابودن توان تولیدی چرخه ی توربین گازی نسبت به توان تولیدی چرخه ی رانکین، افزودن سیستم خورشیدی به چرخه ی پایه (بدون سیستم خورشیدی) باعث افزایش راندمان گرمایشی و اگزرژی به ترتیب به میزان 638/0 و 085/0 درصد می گردد. همچنین ظرفیت شیرین سازی سیستم پیشنهادی با استفاده از سیستم اسمز معکوس، Ton/h  8/726 افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تولید همزمان، تقطیر چند مرحله ای، اسمز معکوس، سامانه خورشیدی، توربین گازی، چرخه ی رانکین آلی
  • سهیلا سجودی، علی باستی*، سید رضا فلاحتگر، سیده مریم میرفلاح نصیری صفحات 143-151

    نمودار حد شکل دهی در واقع معیاری برای تعیین شکل پذیری ورق های فلزی، طی فرایندهای مختلف شکل دهی است. نظریه ناپایداری مارسینیاک-کوزینسکی، یکی از پرکاربردترین روش های تحلیلی برای ترسیم نمودارهای حدشکل دهی است. ساختار معادلات در مدل مارسینیاک-کوزینسکی به گونه ای است که، روابط پلاستیک ماده، بر دقت منحنی های پیش بینی شده اثر می گذارد. در این تحقیق، بکارگیری الگوهای ساختاری جدید که ترکیبی از روابط سخت شوندگی سوییفت و وس هستند، برای تعیین نمودار حد شکل دهی پیشنهاد شده است. پارامترهای ثابت هر یک از روابط کارسختی نیز با در دسترس بودن نمودار تنش-کرنش حاصل از آزمون کشش تک محوره آلیاژ O-5754AA، محاسبه و ارایه می شوند. در نهایت، منحنی های حدشکل دهی برای ورق آلومینیومی با بکارگیری معیار تسلیم d2-2000Yld و استفاده از الگوهای کارسختی مختلف ترسیم می شوند. مقایسه نمودارهای نظری رسم شده با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که اگرچه قوانین سخت شوندگی کیم-توآن، سوییفت و قوش حدشکل دهی را در حد قابل قبولی پیش بینی می کنند، ولی کرنش های حدی حاصل از رابطه اصلاح شده کیم-توآن، مطابقت بهتری با نتایج تجربی دارند. بنابراین می توان مدل اصلاح شده کیم-توآن را به عنوان یک مدل کارسختی ایده آل در تعیین حد شکل دهی آلیاژ O-5754AA پیشنهاد داد.

    کلیدواژگان: نمودار حد شکل دهی، نظریه ناپایداری مارسینیاک-کوزینسکی، معیار تسلیم d2-2000Yld، الگوهای کارسختی مختلف، رابطه اصلاح شده کیم-توآن
  • نرگس مسلمینی، رضا دهقانی*، محمدرضا کارآموز راوری صفحات 153-162

    در این مقاله، مدل سازی دینامیکی یک میکروربات نرم مجهز به محرک های آلیاژ حافظه دار ارایه شده است. با توجه به ساختار و انطباق پذیری بالای ربات های نرم، این ربات ها کاربردهای متنوعی دارند. از آنجایی که محرک های از جنس آلیاژ حافظه دار دارای ویژگی هایی از جمله سازگاری زیستی، قدرت بالا، ابعاد کوچک، بدون صدا هستند گزینه مناسبی برای میکروروبات ها بشمار می روند. با توجه به عدم وجود مدل دینامیکی یکپارچه برای ربات های نرم مجهز به محرک آلیاژ حافظه دار، مدل سازی دینامیکی این ربات ها اهمیت ویژه ای دارد. برای این منظور، معادلات حاکم بر حرکت ربات نرم و معادلات ساختاری محرک استخراج شده است. برای مدل سازی دینامیکی میکروربات نرم از نظریه کسرت و از مدل لیانگ و راجرز برای مدل سازی رفتار محرک آلیاژ حافظه دار استفاده شده است. همچنین مدل سازی انتقال گرمای همرفت آزاد و اجباری در فرایندهای گرمایش و سرمایش انجام شده است. پس از استخراج معادلات، شبیه سازی رفتار دینامیکی میکروربات انجام شده است و اثر جریان الکتریکی و سرعت سیال بر رفتار دینامیکی ربات بررسی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد مدل ارایه شده رفتار میکروربات را به خوبی شبیه سازی می کند.

    کلیدواژگان: میکروربات نرم، محرک آلیاژ حافظه دار، نظریه کسرت، مدل لیانگ و راجرز، انتقال گرمای همرفتی
  • افشین نادری فر، محمد نیکیان*، کورش جواهرده، مهدی برجی بداغی صفحات 163-171
    در مقاله حاضر، تاثیر چیدمان پره درون یک کانال چین دار بر الگوی جریان و انتقال گرما جابجایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی در محدوده رژیم لایه ای به صورت عددی ارزیابی شده است. برای حل معادلات جریان و انرژی از روش حجم محدود به صورت دوبعدی، دایم و تک فاز استفاده شده است. در این مطالعه، تاثیر پارامترهایی از قبیل چیدمان های مختلف پره ها، و همچنین عدد رینولدز (200 الی 1000) و کسر حجمی نانوذرات (5/0 الی 5/1 درصد) بر الگوی جریان و انتقال گرما بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که استفاده از سیال غیرنیوتنی آب+CMC5/0% بجای سیال نیوتنی آب، موجب افزایش عدد ناسلت متوسط می گردد. نتایج نشان می دهد که شاخص ارزیابی عملکرد در حضور پره برای چیدمان های A و D در تمامی شرایط مقداری بزرگتر از 1 دارد که نشان دهنده موثر بودن حضور پره ها بر راندمان حرارتی جریان نانوسیال غیرنیوتنی درون یک کانال چین دار می باشد. همچنین چیدمان D نسبت به سایر چیدمان ها، دارای بیشترین مقدار افزایش انتقال گرما می باشد. علاوه بر این نتایج حاکی از آن است که با افزایش عدد رینولدز از 200 به 1000 و کسرحجمی نانوذرات از 5/0 به 5/1 درصد برای چیدمان D، عدد ناسلت متوسط حدود 85/9 درصد و شاخص ارزیابی عملکرد 09/9 درصد افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تحلیل عددی، نانوسیال غیرنیوتنی، کانال چین دار، چیدمان پره، کسر حجمی نانوذرات، افزایش انتقال گرما
  • آرش نوربخش سعدآباد، مهدی نامی خلیله ده، سید فرامرز رنجبر*، سامان فرامرزی، فرهاد فیروزی صفحات 173-182
    استفاده از انرژی خورشیدی و الکترولیز آب برای تولید توان و گاز هیدروژن در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است، زیرا در این روش گاز هیدروژن و اکسیژن بدون هیچ گونه آلایندگی از آب جدا می شوند، تولید هیدروژن در فرآیندهایی با خروجی کربن صفر، به نام هیدروژن سبز شناخته می-شود که در این پژوهش از این روش استفاده شده است. آرایه های خورشیدی برای تامین توان الکترولایزر غشاء پروتونی و بخش مایع سازی استفاده شده اند، شهر بندر عباس برای اجرای سیستم پیشنهادی در نظر گرفته شده است. نوآوری این پژوهش پیشنهاد فرآیند ترکیبی تولید توان، جداسازی و مایع سازی گاز هیدروژن بدون آلایندگی و با کارایی بالاتر در مقایسه با دیگر چرخه های مشابه است. ظرفیت تولید برق آرایه های خورشیدی 6000 کیلو وات است در حالی که ظرفیت جداسازی الکترولایزر 438 کیلوگرم بر ساعت گاز اکسیژن و 55 کیلوگرم بر ساعت گاز هیدروژن است. مصرف ویژه انرژی چرخه مایع سازی 07/5 کیلو وات ساعت به ازای هر کیلوگرم هیدروژن مایع بوده و بیشترین تخریب اگزرژی مربوط به الکترولایزر و سپس مبادله کن های گرمایی است.
    کلیدواژگان: انرژی پایدار، الکترولایزر غشاء پروتونی، جداسازی هیدروژن، فرآیند دما پایین، فرآیند سبز
  • پویا پویایی، محمدحسن کیهانی، محمود نوروزی* صفحات 183-192
    این مطالعه با هدف انجام شبیه سازی سه بعدی سیستم خنک کاری داخلی توربین گاز برای حالت ثابت و چرخان در ناحیه میانی کانال های صاف چهارگذره جهت ارزیابی جریان سیال و انتقال گرمای آشفته انجام شده است. هندسه خم به حالت U-شکل تغییر کرده و پره راهنما در ناحیه خم به منظور افزایش عملکرد کلی کانال خنک کننده نصب شده است. نتایج معادلات حاکم با استفاده از مدل آشفتگی تنش رینولدز به دست آمده است. کانال های خنک کننده در سه عدد رینولدز مختلف از 20000 تا 60000 و عدد چرخش 13/0 شبیه سازی شده است. تاثیر پره ی راهنما در ناحیه ی خم U-شکل، علاوه بر کاهش ناحیه ی حباب جدایش و چرخش سیال در جریان بالا دست خم، باعث ساختار جریان یکنواخت تر در ناحیه خم و گذرگاه بعدی می شود. بطوری که اصلاح خم و استفاده از پره هدایتگر جریان نسبت به هندسه مبنا در حالت ثابت افت فشار و ضریب عملکرد حرارتی را به ترتیب در حدود4/13% کاهش و 5/22% افزایش می دهد. اثرگذاری پره راهنما بر میزان انتقال گرما در حالت چرخان محسوس نمی باشد، اما به دلیل کاهش افت فشار سبب افزایش میزان ضریب عملکرد حرارتی تا 4/9% خواهد شد.
    کلیدواژگان: توربین گاز، خنک کاری داخلی، کانال های چهار گذره، مدل توربولانسی تنش رینولدزی، پره ی راهنما، عملکرد حرارتی
  • مرتضی سعادت طرقی*، امین نباتی صفحات 193-201
    امروزه استفاده از ترموالکتریک به عنوان یکی از روش های بازیافت انرژی گرمایی اتلافی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق ضمن ارایه یک سیستم جدید بازیافت انرژی گرمایی موجود در سرباره مذاب صنعت فولاد، آنالیز ترمودینامیکی سیستم پیشنهادی از دیدگاه انرژی و اگزرژی نیز ارایه گردیده است. سپس تاثیر پارامتر های مختلف از جمله ضریب سیبک بر عملکرد سیستم پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مدل سازی در دو حوزه چرخه توان و ترموالکتریک، با تحقیقات پیشین اعتبار سنجی گردیده اند. نتایج تحلیل ترمودینامیکی نشان می دهد که بیشترین سهم در نابودی اگزرژی سیستم پیشنهادی، مربوط به سیستم بازیافت گرما می باشد. مطابق نتایج، سهم توان تولیدی سیستم بازیافت گرما از توان تولیدی کل حدود 49% می باشد و راندمان قانون اول ترمودینامیک برای سیستم پیشنهادی 7/24% و راندمان قانون دوم ترمودینامیک برابر با 88/32% می باشند. ارزیابی اقتصادی نشان می دهد که به ازای قیمت ترموالکتریک $/W 1 زمان بازگشت سرمایه کمتر از 2 سال می باشد.
    کلیدواژگان: سرباره، سیستم بازیافت گرما، ترموالکتریک، نابودی اگزرژی، راندمان، ضریب سیبک
  • سجاد آذرخش*، علی قمریان، محمدجواد رضوانی صفحات 203-212
    سازه های جدارنازک به عنوان اجزایی با قابلیت جذب انرژی فوق العاده و استحکام به وزن بالا همواره مورد توجه طراحان بوده اند. این سازه ها در اشکال و هندسه های مختلف ساخته می شوند. لوله های مخروطی یکی از انواع سازه های جدارنازک بوده که تحت بارگذاری به شیوه های مختلف، تغییرشکل پلاستیک داده و انرژی جذب می کنند. انرژی جذب شده از طریق تغییرشکل پلاستیک به عوامل مختلفی از جمله هندسه لوله، حجم، زاویه اعمال نیرو و جنس مواد وابسته است. در این مقاله مطالعه‎ای جامع بر روی لوله های مخروط جدارنازک به عنوان جاذب انرژی با استفاده از شبیه‎سازی عددی انجام شده است. برای این منظور، اثر پارامترهای مختلف شامل وجود درپوش در انتهای لوله، شیارهای حلقوی و طولی، ایجاد حفره در دیواره لوله و زاویه بارگذاری بر نحوه لهیدگی و میزان جذب انرژی بررسی شده است. نتایج نشان می‎دهد اگر چه وجود شیارهای حلقوی، طولی و ایجاد حفره بر روی بدنه لوله منجر به کاهش جذب انرژی می‎شود، اما باعث فروریزشی پایدار و کاهش نیروی بیشینه لهیدگی شده و از شدت نیروهای وارده به سرنشینان و سازه اصلی جلوگیری می‎کند. همچنین، نتایج نشان داد که تعداد حفره‎ها اثر محسوسی بر شیوه فروریزش و رفتار نمودار نیرو-جابجایی ندارند؛ در حالی که شکل هندسه حفره بر نحوه فروریزش و نیروی متوسط لهیدگی تاثیرگذار است. بنابراین، دستاورد این مطالعه می‎تواند کمک بزرگی به طراحان در استفاده از این نوع جاذب انرژی در صنایع مختلف از جمله خودروسازی نماید.
    کلیدواژگان: لوله های مخروطی، شیار، حفره، شبیه سازی اجزاء محدود، جذب انرژی، نیروی بیشینه لهیدگی
  • محمدعلی رنجبر*، علیرضا پور موید صفحات 213-222

    یک راهکار موجود جهت استفاده از موشک های سوخت جامد تاکتیکی برای منظورهای فضایی افزودن لوله بلست به نازل می باشد. مجهز کردن نازل به لوله بلست علاوه بر ایجاد فضا برای افزودن زیرسیستم های مورد نیاز، امکان پایداری و کنترل ساده تر سامانه را نیز به وجود می آورد. در مطالعه حاضر ابتدا با استفاده از حل عددی، یک نازل سوخت جامد موجود از نقطه نظر هندسی و آیرودینامیکی به منظور دستیابی به عملکرد و راندمان مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. حل عددی انجام شده با استفاده از نرم افزار Fluent بوده و مدل آشفتگی به کار رفته از نوع تنش های رینولدز پنج معادله ای است. به منظور افزودن لوله بلست دو هندسه جدید از نازل مذکور طراحی شده و با توجه به شرایط حاکم بر مسیله، تغییرات سرعت، فشار و درجه حرارت جریان عبوری از نازل مورد بحث قرار گرفته است. با توجه به مشخص بودن دما و فشار محفظه احتراق، خواص گازهای ورودی به نازل با استفاده از نرم افزار تحلیل تعادل شیمیایی محاسبه شده است. نتایج نشان می دهند که افزودن لوله بلست باعث افت فشار کل کمتر از 2 درصد و مقدار ضربه ویژه حدود 3 درصد شده است که با توجه به مزایای به دست آمده قابل قبول است.

    کلیدواژگان: نازل موشک، طراحی هندسی، طراحی آیرودینامیکی، لوله بلست، بهبود عملکرد، شبیه سازی عددی
  • مسعود صادقی، مرتضی خلیلیان، ایرج میرزایی، سجاد رضازاده* صفحات 223-232
    مطالعه عددی اختلاط اکسیژن و نیتروژن در میکرومیکسر غیرفعال با روش المان محدود انجام و تاثیر عدد رینولدز، تعداد و عرض واحدهای اختلاط و گذاردن مانع در مسیر جریان بر کیفیت اختلاط و افت فشار بررسی گردیده است. اکثرمطالعات قبلی در خصوص اختلاط مایعات بوده، در این تحقیق اختلاط گازها بررسی شده است. بدین منظور دو میکرومیکسر نوین به نام های A و B با واحدهای اختلاط جدید و متعدد معرفی شده اند. ارزیابی عملکرد جرمی مدل های نوین A و B دارای واحدهای اختلاط مارپیچ، نسبت به مدل پایه بدون واحد اختلاط نشان می دهد که مدل های نوین عملکرد بالاتری نسبت به مدل پایه دارند طوریکه میکرومیکسر A با پنج واحد اختلاط، در رینولدز 110، نسبت به مدل پایه کیفیت اختلاط را 2 برابر و نسبت به مدل B 25/1 برابر بهبود می بخشد. همچنین تاثیر عمق موانع مکعبی در میکرومیکسر B با پنج واحد اختلاط بیانگر بهبود کیفیت اختلاط نسبت به مدل بدون مانع در رینولدزهای بالاتر می باشد. بطوریکه در عدد رینولدز 110 مدل B با پنج واحد اختلاط، کیفیت اختلاطی حدود 95 درصد را ارایه می دهد.
    کلیدواژگان: میکرومیکسر غیرفعال، کیفیت اختلاط، شبیه سازی سه بعدی، واحد اختلاط، عدد رینولدز
  • فردین نعمت زاده*، حسین مستعان، مجید سیدصالحی صفحات 233-239
    ااستنت های آلیاژهای حافظه دار نیکل تیتانیوم میتوانند بدلیل کاهش مشکلاتی نظیر رفتار دینامیکی نامناسب، قابلیت پیچ خوردن کم و استحکام شعاعی ناکافی سایر استنت ها برای استفاده در رگ های محیطی بکار رود. در این مقاله از روش اجزاء محدود برای بررسی رفتار مکانیکی و کلینیکی استنت های از جنس آلیاژ حافظه دار نیکل تیتانیوم برای کاربرد در رگ محیطی استفاده شد. ارزیابی استنت ها با اعمال کرنش شعاعی مطابق استاندارد و با در نظرگرفتن خواص متالورژیکی و مکانیکی انجام گرفت. مدل مادی مورد استفاده جهت توصیف خواص آلیاژ حافظه دار نیکل تیتانیوم بر اساس انرژی آزاد ترمودینامیکی هلمهولتز(مدل آریشیو) و معادلات تغییر فاز استحاله مارتنزیتی مبتنی بر مدل لیانگ و راجرز بود. با تغییر دمای پایان آستنیتی استنت های آلیاژهای آلیاژ حافظه دار نیکل تیتانیوم از 293 تا 303 کلوین، بدلایلی نظیر نیروی مناسب اعمالی به رگ، استحکام مقاومتی شعاعی مطلوب و حلقه هیسترزیس کامل وابسته به رفتار ابرکشسانی بعلاوه تنش کمتر و کرنش بیشتر عملکرد مکانیکی و کلینیکی مناسبی بدست آمد.
    کلیدواژگان: مطالعه عددی، استنت، آلیاژهای حافظه دار نیکل تیتانیوم، بارگذاری شعاعی، عروق محیطی
  • امین صالح، وحید قمری، حسن حاج عبداللهی* صفحات 251-260
    هدف اصلی این پژوهش تحلیل اقتصادی سیستم تولید همزمان برق، حرارت و سرمایش با استفاده از چرخه ارگانیک رانکین(CCHP-ORC) است به گونه ای که تامین نیاز انرژی ساختمان برای اقلیم سرد در مدت یک سال با یک استراتژی جدید که طول سال به 24 بخش پانزده روز تقسیم می شود، بررسی می گردد. محرک اولیه سیستم، توربین گاز در نظر گرفته شده که بخشی از حرارت و برق مورد نیاز ساختمان را تامین می کند. حرارت مازاد محرک اولیه بازیابی شده و جهت تولید برق به چرخه ارگانیک رانکین داده می شود. بهینه سازی سیستم مورد بررسی توسط الگوریتم ژنتیک صورت پذیرفته که مجموعا 29 پارامتر طراحی، شامل ظرفیت توربین گاز، ظرفیت چیلر جذبی و الکتریکی، نسبت سرمایش الکتریکی، ظرفیت جوش آور پشتیبان و 24 بار جزیی برای توربین گاز در کل سال و کمینه هزینه کل سالانه به عنوان تابع هدف انتخاب شده است. نتایج بیان می کند که هزینه سالانه و هزینه انتشار آلاینده در سیستم CCHP-ORC نسبت به سیستم CCHP به ترتیب 2/2 و 7/14درصد کمتر است. راندمان اگزرژی سیستم CCHP-ORC به میزان 93/40 درصد می باشد که نسبت به سیستم CCHP 9/5 درصد بیشتر است.
    کلیدواژگان: سیستم تولید همزمان برق، حرارت و سرمایش، چرخه ارگانیک رانکین، هزینه سالانه، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، اقلیم سرد
  • مهدی احمدی* صفحات 261-269
    این مقاله بر انتخاب مدل های محلی نامی در روش مدل های چندگانه برای سیستم های غیرخطی متمرکز است و از ابزار gap metric برای اندازه گیری فاصله بین مدل های خطی استفاده می شود. همچنین به منظور تجزیه سیستم غیرخطی به تعداد کمتری از مدل های محلی نامی، دو مرحله تجزیه و طراحی کنترل کننده های محلی با یکدیگر یکپارچه می شوند. کنترل کننده های محلی طراحی شده در زیرناحیه های ابتدایی می توانند برای زیرناحیه های آتی موثر باشند در حالیکه در روش های مبتنی بر جستجوی متوالی این موضوع نادیده گرفته می شود و لذا این روش ها از افزونگی کنترل کننده های محلی و متناظرا پیچیدگی کنترل کننده نهایی رنج می برند. بدین ترتیب با در نظر گرفتن تاثیر کنترل کننده های محلی طراحی شده در زیرناحیه های قبل، روند انتخاب مدل های محلی نامی در روش مبتنی بر جستجوی متوالی بهبود یافته و تعداد کنترل کننده های محلی به صورتی چشم گیر کاهش می یابد. برای بررسی عملکرد روش ارایه شده، سیستم pH که یک سیستم شدیدا غیرخطی است مورد مطالعه واقع می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که عملکرد کنترل کننده نهایی در ردیابی ورودی مرجع و دفع اثر اغتشاش مناسب است در حالیکه تعداد کنترل کننده های محلی در مقایسه با روش جستجوی متوالی به نصف کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: بانک مدل های محلی نامی، سیستم غیرخطی، کنترل کننده چندگانه، معیار فاصله، یکپارچه سازی پایداری و عملکرد حلقه بسته
  • مهدی آهنگر*، سروگل احمدیان صفحات 271-280
    در این پژوهش، جریان کانال ناشی از پلاسمای تخلیه مانع دی الکتریک برای استفاده به عنوان رانشگر در کاربردهای پیشرانشی پیشنهاد شده و به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. اندازه گیری های مقادیر نیروی پیشران و توان مصرفی به ازای مقادیر مختلف ضخامت مانع دی الکتریک و طول الکترودها انجام شده است. داده های مربوط به پارامترهای مذکور که برای کمی سازی اثر ولتاژ اعمالی بر روی پارامتر کارآیی رانشگر مورد استفاده قرار گرفته، نشان دهنده شکل قله ای برای منحنی های کارآیی با مقدار بیشینه 19/0 میلی نیوتن بر وات در نقطه ی پیک منحنی می باشد. همچنین، یک تحلیل مبتنی بر قانون توانی برای استخراج روابط بین پارامتر کارایی، نیروی پیشران و توان مصرفی برحسب ولتاژ اعمالی رانشگر ارایه شده است. بر اساس این تحلیل مشخص شد که توان مصرفی رانشگر با ولتاژ اعمالی به توان 4 متناسب بوده و نیروی پیشران نیز در رژیم های برافروختگی و رگه ای به ترتیب تابعی از کمیت مذکور با مرتبه 8/5 و 2/2 می باشد. در نهایت نشان داده شد که پارامتر کارآیی در رژیم های برافروختگی و رگه ای تابعیت توان مصرفی از مرتبه 5/0 و 5/0- را دارد.
    کلیدواژگان: رانشگر پلاسمایی، تخلیه مانع دی الکتریک، اندازه گیری های تجربی، قانون توانی، منحنی لیساژو، روش خازن ناظر
  • محمد حسین زاده، سید مهدی میرزابابائی*، حسین زمانی صفحات 281-288
    در این مطالعه، اثر ردیابی خورشید بر عملکرد یک اجاق خورشیدی با لوله تحت خلا به صورت تجربی بررسی شده است. برای این منظور، ردیابی خورشید در طول آزمایش در گام های زمانی 5 دقیقه ای و به صورت دستی صورت گرفته است. همچنین در آزمایشی دیگر، اجاق خورشیدی تحت زاویه 30 درجه نسبت به افق و رو به جنوب قرار داده شده است. در این پژوهش، اجاق خورشیدی با لوله تحت خلا برای به جوش آوردن آب استفاده شده است. همچنین، مقایسه عملکرد اجاق خورشیدی در دو وضعیت ثابت و متحرک از دو دیدگاه انرژی و اگزرژی صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد که مدت زمان لازم برای به جوش آوردن 800 گرم آب در آزمایش مربوط به وضعیت ثابت برای اجاق خورشیدی 2 ساعت و 25 دقیقه است؛ این در حالی است که ردیابی خورشید توسط اجاق خورشیدی این زمان را به مدت 1 ساعت و 5 دقیقه (44/83 درصد) کاهش می دهد. همچنین، بازده انرژی و اگزرژی اجاق خورشیدی با ردیابی خورشید به ترتیب حدود 4/92 درصد و 0/57 درصد زیاد می شود.
    کلیدواژگان: اجاق خورشیدی، لوله تحت خلا، ردیابی خورشید، تحلیل انرژی، تحلیل اگزرژی
  • امین جلالیان، کیومرث مظاهری* صفحات 289-298
    در کار حاضر احتراق MILD ذرات پودرشده زغال سنگ توسط مجموعه کد ‏متن باز OpenFOAM، به طور سه بعدی شبیه سازی شد. هدف از این کار، بررسی توانایی مدل احتراقی ‏واکنش گاه آمیخته ی جزیی برای مدل سازی احتراق MILD ذرات زغال سنگ است. این مدل دارای قابلیت احتراق آهنگ محدود است. مطابق مطالعات انجام شده، این امر تاکنون گزارش نشده است. ‏این مطالعه عددی با معیار نتایج آزمایشگاهی محفظه احتراق ‏‎ IFRFانجام می شود و معادلات بقا به طور همزمان حل می گردند؛ اثرات ‏تقابل‎ ‎فازها با رویکرد اویلر-لاگرانژ، برهم کنش آشفتگی و احتراق در فاز گازی با روش واکنش گاه آمیخته ی جزیی، ‏تولید و مصرف گونه ها توسط سینتیک کلی 4 مرحله ای ‏جونز و لیندستد محاسبه می شوند. نتایج نشان ‏داد که ترکیب مدل های فوق، خصوصا مدل واکنش گاه آمیخته ی جزیی‏، توانایی خوبی در تخمین سرعت، دما و گونه ها در شرایط احتراق MILD ذرات زغال سنگ دارد. دقت دما بیشتر از گونه هاست، ‏سینتیک کلی می تواند یکی از علل آن باشد.‏
    کلیدواژگان: شبیه سازی احتراق، ذرات زغال سنگ، OpenFOAM، IFRF، واکنش گاه آمیخته ی جزئی، MILD
  • میلاد اقبال، سجاد قاسملوی*، سید حسین ساداتی صفحات 299-307
    جهت دستیابی به مداومت پروازی طولانی بازده آیرودینامیکی بالایی مورد نیاز می باشد. می توان با بهینه سازی ایرفویل بازده آیرودینامیکی آن را افزایش داد. پس از تحقیق در مورد روش های بهینه سازی از الگوریتم گردیانی جهت انجام بهینه سازی استفاده شده است. در این مقاله ایرفویل GOE 493 جهت استفاده در پهپاد ارتفاع متوسط با مداومت پروازی طولانی بهینه سازی شده است. برای شبکه بندی میدان حل حول ایرفویل، از شبکه باسازمان و نرم افزار آی سی ام سی اف دی استفاده شده است. برای شبیه سازی عددی جریان مغشوش بعد از بررسی مدل های آشفتگی مختلف و مقایسه نتایج حاصل از آن ها با نتایج تجربی، از مدل k-kl-omega و روش حجم محدود به همراه الگوریتم کوپل شده استفاده شده است. پس از تحقیق، الگوریتم الحاقی جهت این بهینه سازی استفاده شده است. تابع هدف در این بهینه سازی بازده آیرودینامیکی بوده است. نتایج حاصل برای ایرفویل بهینه شده نشان می دهد که بازده آیرودینامیکی در حالت کروز، 2 برابر نسبت به حالت اولیه افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: ایرفویل، برآ، پسا، بازده آیرودینامیکی، بهینه سازی، الگوریتم الحاقی
  • سعید کریمیان علی ابادی*، صابر رضایی صفحات 309-318
    تا به امروز تلاش های بسیاری برای استخراج انرژی از باد و افزایش ظرفیت توربین های بادی انجام شده است. از جمله این سیستم ها می توان به اینولاکس، روتورهای دارای شرود و داکت اشاره کرد. در بررسی های صورت گرفته در خصوص سیستم توربین بادی اینولاکس، اغلب اثرات کارکرد روتور توربین باد تعبیه شده در بخش ونتوری، در مشخصه های جریان، دخالت داده نشده است. مضافا طراحی و مدلسازی یک توربین باد بهینه متناسب با هندسه و شرایط ایرودینامیکی بخش ونتوری صورت نگرفته است. لذا در این مقاله با استفاده از نظریه BEM و با در نظر گرفتن ضرایب اصلاح نوک پره و توپی پرانتل و نیز تصحیح دنباله آشفته، یک کد نیمه تحلیلی توسعه داده شده و ابتدا یک توربین باد بهینه و اختصاصی بر مبنای داده های هندسی و عملکردی اینولاکس فرض شده، طراحی گردیده است. در ادامه مدلسازی و مطالعه عملکرد بصورت پارامتری حول مشخصه های هندسی توربین، نیز انجام شده است. نتایج اعتبارسنجی نشان می دهد کد توسعه یافته توافق بسیار خوبی با نتایج تجربی، عددی و تحلیلی پیشین داشته و از این رو هندسه طراحی شده برای پره ها قابل اتکا خواهد بود. بعلاوه بکارگیری تصحیحات گلوارت و برتون در همین بستر ارزیابی شده است. بر اساس دستاوردهای این پژوهش، در صورتی که توربین باد طراحی شده در بخش ونتوری سیستم اینولاکس استفاده شود، توان استحصال شده از آن 4425/2 برابر می شود. همچنین در شرایط یکسان، تصحیح برتون مقادیر کمتری را نسبت به تصحیح گلوآرت پیش بینی می کند. با فرض روتور 3 پره و سرعت باد 6/10 متر بر ثانیه و با در نظر گرفتن ضریب اصلاح نوک پره و توپی پرانتل، حداکثر ضریب توان و سرعت نوک پره متناظر با احتساب تصحیح برتون به ترتیب برابر 335/0 و 095/7 و با احتساب تصحیح گلوارت به ترتیب برابر 385/0 و 825/7 بوده است. از بستر فراهم شده به منظور بهینه سازی شکل پره و ساختار توربین باد اینولاکس می توان بهره گیری نمود.
    کلیدواژگان: انرژی باد، آیرودینامیک، سیستم توربین باد اینولاکس، نظریه BEM، مطالعه پارامتری
  • رضا رزاقی*، فرهود شیرین زاده صفحات 319-327
    انتقال ذرات جامد توسط فاز مایع در میکروکانال ها مهمترین مساله در سیستم های میکروسیالی و نانوسیالی می باشد. میکروکانال های همگرا-واگرا در ساخت تجهیزاتی چون میکروشیرها، میکروسنسورها و میکروفیلترها بکار می روند. در این تحقیق شبیه سازی عددی سه بعدی بر مبنای رهیافت اویلری-اویلری بر روی جریان دو فازی مایع-جامد در یک میکروکانال همگرا-واگرا با ارتفاع 200 میکرومتر انجام شده است. اندازه ذرات مورد استفاده 20میکرومتر با چگالی 05/1 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد. نتایج حاصل از مدلسازی نشان می دهد بیشترین تجمع ذرات در نواحی نزدیک به دیواره ها قبل و بعد از نازل اتفاق افتاده است. در قسمت همگرای نازل با توجه به افزایش سرعت جریان، مقدار تراکم ذرات حتی نزدیک به دیواره ها نیز کاهش یافته است. همچنین، با افزایش عدد رینولدز میزان تجمع ذرات در محل ورودی گلوگاه افزایش و به حداکثر مقدار خود می رسد. در مقایسه با پژوهش های دیگران، در این تحقیق اثر همگرا-واگرا بودن کانال بر روی ته نشینی توده ذرات مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که استفاده از کانال همگرا-واگرا می تواند از پدیده مخرب ته نشینی کانال جلوگیری کند.
    کلیدواژگان: جریان دوفازی مایع-جامد، میکروکانال همگرا-واگرا، شبیه سازی عددی، رهیافت اویلری-اویلری، میدان سرعت ذرات، ته نشینی
  • مهدی افضلیان، سید علیرضا ذوالفقاری* صفحات 329-338

    مدل های گرما تنظیم مبتنی بر عملکرد حسگرهای حرارتی پوستی به دلیل نزدیکی به فیزیک حاکم بر درک حرارتی بدن در سال های اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. بر همین اساس، مدل های زیادی از جمله مدل های STB، ITB، MSTB و JOSTB برای ارزیابی شرایط حرارتی بدن ارایه شده است. در تحقیق حاضر و در راستای تکمیل پژوهش های پیشین، یک مدل فردی-بخشی (IMTB) معرفی شده است. مدلی که علاوه بر پیش بینی دمای بخش های مختلف، تاثیر عوامل فردی مانند قد، وزن، سن، جنسیت و شاخص توده بدنی بر دمای موضعی و کلی بدن را ارزیابی می کند. در این تحقیق بدن از 17 بخش، 3 لایه و سیستم گردش خون متشکل از سرخرگ، سیاهرگ و سیاهرگ های سطحی تشکیل و تاثیر عوامل فردی بر پارامترهای فیزیولوژیکی و سازوکارهای انتقال و گرما تنظیم بدن بررسی شده است. همچنین، در نهایت صحت عملکرد مدل جدید برای پیش بینی دمای موضعی و میانگین پوست با نتایج آزمایشگاهی مختلف مورد اعتبارسنجی قرارگرفته است. نتایج نشان می دهد مدل توسعه یافته جدید ضمن درنظر گرفتن شرایط فردی، توانایی قابل قبولی در تخمین دمای بدن دارد و می تواند دمای بخش های مختلف بدن را با متوسط خطای 4/0 درجه سلسیوس پیش بینی نماید.

    کلیدواژگان: آسایش حرارتی، خصوصیات فردی، شرایط غیریکنواخت حرارتی، گرما تنظیم چند بخشی فردی، حسگرهای پوست
  • آزاده میهن دوست، مسعود زارع*، محمد بهشاد شفیعی، مرتضی خیاط صفحات 339-344
    در این پژوهش آزمایشگاهی، عملکرد یک لوله ی گرمایی نوسانی تک لوپ با ساختاری بسته در حضور سیال پایه (آب مقطر) و سیال حاوی میکروذرات مس مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور ارزیابی تاثیر پارامترهای مختلف بر کارایی لوله، مشخصه هایی نظیر توان گرمایی اعمالی بر تبخیرکن، نسبت پرشدگی و غلظت میکروذرات مس مطالعه شدند. یافته ها نشان می دهند که رژیم جریان درون لوله برای توان های گرمایی پایین به صورت اسلاگ پلاگ بوده و در توان های گرمایی بالا به سمت جریان حلقوی پیش رفته است. لازم به ذکر است که مقاومت گرمایی لوله با افزایش توان گرمایی و غلظت میکروذرات مس کاهش یافته و حداقل مقدار آن در توان گرمایی 60 وات و نسبت پرشدگی 60% برابر با 0/61°C/W شده است. در نهایت با توجه به میزان خطاهای موجود برای هر پارامتر و به کمک رابطه ی هلمن، حداکثر مقدار عدم قطعیت برای آزمایش ها حدود 8% محاسبه شد.
    کلیدواژگان: لوله ی گرمایی نوسانی بسته، نسبت پرشدگی، توان گرمایی، میکروذرات مس، آنالیز عدم قطعیت
  • زهره ایمانی نژاد، ویلیام تیلور، کالین اسمیت، خلیل خلیلی* صفحات 345-352
    عدم قطعیت درباره ی نتایج مدل های اسکلتی-عضلانی، یکی از اصلی ترین مسایلی است که کم تر مورد توجه کاربران قرار گرفته است. گرچه نتایج این مدل ها برای گیت دارای دقت کافی است، اما در حرکاتی با خمش شدید مفصل زانو مانند اسکات خطاهای بالا گزارش شده است. اخیرا با بروزرسانی سطوح پیچش در مدل قدرتمند راجاگوپال، نسخه ی بروزشده ای از آن جهت شبیه سازی اسکات عمیق (مدل کتلی) ارایه شده است. اما نتایج شبیه سازی توسط این مدل، میانگین خطای بالای نیروی تماسی مفصل زانو (%60<) را در افراد موجود در مجموعه داده ی آزمایشگاهی CAMS نشان می دهد. برای این منظور از نرم افزار Opensim و رابط برنامه نویسی Opensim-MATLAB استفاده شده است. در تحقیق حاضر با استفاده از روش احتمالاتی مونت کارلو، اثر عدم قطعیت در مسیر ماهیچه های مدل اسکلتی-عضلانی کتلی بر نیروی تماسی مفصل زانو مورد بررسی قرار گرفته است. میانگین کران اطمینان %95-5 برای خطای نسبی نیروی تماسی زانو در سیکل کامل اسکات %02/19 ± 73/43 و در اسکات عمیق %77 ± 159 محاسبه شده است. بنابراین، اصلاح پارامترهای مربوط به مسیر عضلات در مدل مختص شبیه سازی حرکت اسکات می تواند سبب بهبود نتایج گردد.
    کلیدواژگان: سیستم اسکلتی-عضلانی، مدل سازی احتمالاتی، مونت کارلو، نیروی تماسی مفصل زانو، مجموعه داده ی CAMS، Opensim
  • سید سهند سلامی، مهدی زارع مهرجردی*، اصغر دشتی رحمت آبادی صفحات 352-362
    در پژوهش حاضر تحلیل ترموهیدرودینامیکی یاتاقان های ژورنال غیرمدور سه لب با مدل سیال قانون توانی و ارزیابی تاثیر پارامترهای طراحی و روانکاری نظیر شاخص قانون توانی، سرعت محور و پیش بار بر توزیع فشار هم دما و حرارتی، تغییرات دمایی روغن روانکار، بار قابل حمل، زاویه وضعی و تغییرات دمای سطح داخلی پوسته یاتاقان ارایه شده است. در ابتدا معادلات رینولدز و انرژی حاکم بر عملکرد سیال روانکار تراکم ناپذیر بر پایه نظریه سیال قانون توانی بازنویسی گردیده و توام با معادله انتقال گرمای سه بعدی در جداره یاتاقان تحلیل شده اند. با توجه به فرض طول محدود برای یاتاقان های مورد بررسی و عدم دسترسی به حل دقیق، روش عددی درونیابی مشتق تعمیم یافته در تحلیل معادلات بکار گرفته شده است. نتایج گویای آنست که افزایش شاخص قانون توانی، سرعت محور و کاهش میزان غیرمدوری با افزایش پیش بار، تشدید دما و کاهش لزجت روغن روانکار را در پی داشته و زمینه افزایش اختلاف فشار و بار قابل حمل هم دما و حرارتی را فراهم می آورد. بعلاوه با افزایش دمای روانکار ناشی از تقویت شاخص قانون توانی، دمای سطح داخلی پوسته و نرخ انتقال حرارت به محیط اطراف از جداره ی یاتاقان های ژورنال سه لب افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تحلیل ترموهیدرودینامیکی، یاتاقان ژورنال غیرمدور سه لب، روانکار قانون توانی، عملکرد پایدار، روش درونیابی مشتق تعمیم یافته
  • امین هادی، سید محمد حسینی* صفحات 363-371
    در این مقاله اثرات اندازه به وسیله نظریه گرادیان کرنش بر غشا سلولی کروی تحت فشار هیدرواستاتیک و میدان گرما بررسی می شود. دو پارامتر مهم و موثر بر کنام سلولی، نیروهای مکانیکی و میدان های گرما هستند. میدان های گرما و مکانیکی وارد بر سلول در صنایع غذایی برای غیرفعال کردن میکروارگانیسم ها استفاده می شوند. معادلات حاکم با استفاده از اصل کمینه انرژی پتانسیل به دست می آیند و در نهایت معادلات حاکم به روش عددی حل می شوند. تاثیر پارامترهای اندازه، میدان گرما و فشار هیدرواستاتیک مورد بررسی قرار می گیرند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که اثرات اندازه، قابل صرف نظر کردن نیستند و خواص سخت ترشوندگی نسبت به نظریه کلاسیک پیش بینی می شود. در ضمن میدان گرما و فشار هیدرواستاتیک باعث افزایش جابجایی ها می شود. نتایج این تحقیق می تواند برای صنایع غذایی و مهندسی بافت استفاده گردد.
    کلیدواژگان: مدل سازی سلول کروی، غشا سلولی، گرادیان کرنش، فشار هیدرواستاتیک، میدان گرما
  • سعید نظامیوند چگینی، احمد باقری*، میلاد رمضانی دشتمیان، بهمن احمدی صفحات 373-382
    عیب یابی چرخ دنده ها به کمک روش های هوشمند یکی از موضوعات رایج در تحقیقات اخیر می باشد. در این مقاله، روش ترکیبی جدیدی بر پایه ی تبدیل موجک گسسته، استخراج ویژگی در حوزه زمان و ماشین بردار پشتیبان چند کلاسه (Multi-SVM) ارایه شده است. سیگنال های ارتعاشی در سه حالت سالم، لب پریدگی و ساییدگی دندانه جمع آوری شده اند. این سیگنال ها به کمک روش تبدیل موجک گسسته با توابع موجک مختلف تجزیه شده و مناسب-ترین سطح تجزیه به کمک مفهوم همبستگی متقابل انتخاب شده اند. با به کارگیری توابع آماری مختلف در حوزه ی زمان، بردار ویژگی متناظر با هر نمونه سیگنال استخراج شده است. برای تعیین وضعیت جعبه دنده از روش SVM از نوع «یک در برابر یک» استفاده شده است. شناسایی وضعیت یک جعبه دنده وابسته به نوع ویژگی های استخراج شده و چگونگی تنظیم پارامترهای SVM می باشد. از این رو، در این مطالعه برای شناسایی حساس ترین ویژگی ها به حضور عیب و نوع آن و تعیین پارامترهای بهینه روش SVM از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که با بهبود ماتریس ویژگی و روش طبقه بندی SVM، دقت شناسایی شرایط جعبه دنده به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: عیب یابی، تبدیل موجک، استخراج ویژگی، ماشین بردار پشتیبان چند کلاسه، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات
  • روزبه علی پور*، رامین علی پور صفحات 383-392
    در این مقاله پدیده دنباله، در توربین های جریان جزر و مدی دو پره و سه پره مورد بررسی قرار گرفته است. جهت تحلیل، از روش دینامیک سیالات محاسباتی در قالب نرم افزار ANSYS-FLUENT استفاده شده است. در ابتدا، توربین ها در مقادیر مختلف سرعت نسبی نوک پره مورد ارزیابی قرار گرفتند و بیشینه توان تولیدی آن ها محاسبه گردید. سپس، ناحیه دنباله برای شرایط بیشینه توان تولیدی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در سرعت نسبی نوک پره برابر با 5، بیشینه ضریب توان برای هر دو توربین قابل استحصال است که مقدار آن برای توربین سه پره معادل با 35/0 و برای توربین دو پره برابر با 28/0 می باشد. همچنین، پدیده دنباله در توربین های دو پره نسبت به توربین سه پره زودتر به پایان می رسد به گونه ای که؛ در فاصله ای معادل با سیزده برابر قطر توربین نسبت به محل قرارگیری آن، مقدار سرعت برای توربین دو پره به 87% سرعت اولیه و برای توربین سه پره به 81% سرعت اولیه خود بازگشته است. بنابراین، با در نظر گرفتن توان تولیدی بالاتری که از توربین های سه پره قابل استحصال است، زمانی که مساحت به کار گرفته شده به منظور ایجاد مزرعه اهمیت کمتری داشته باشد، می توان با چیدمان سه پره توان بیشتری را از مزرعه برداشت کرد. بالعکس، زمانی که مساحت مزرعه از اهمیت خاصی برخوردار باشد، توربین های دو پره برای استفاده مناسب تر به نظر می رسند.
    کلیدواژگان: توربین، جریان جزر و مدی، پدیده دنباله، دینامیک سیالات محاسباتی، سرعت نسبی نوک پره، ضریب توان
|
  • Hadi Shaker, Majid Abbasalizadeh *, Shahram Khalilarya, Saber Yekani Motlagh Pages 1-10
    In this paper, mixed convection of water-Fe3O4 magnetic nanofluid in a channel containing open cavity is studied. Buongiorno’s non-homogenous model, assuming the effect of the Brownian and thermophoresis of nanoparticles is applied for modeling of nanoparticle migration in base fluid. The Boussinesq approximation is used for free convection modeling. The governing equations are solved using finite volume method and SIMPLE algorithm, numerically. First, a comparison is made between the results of the single-phase method and the present Buongiorno’s model. Furthermore, the effect of changes in various parameters such as Reynolds number (10, 100, 300 and 600), volume fraction of nanoparticles (0.02, 0.04 and 0.06) and Richardson number (0.01, 1 and 10) on heat and nanofluid flow, have been studied in detail. The results showed that with the addition of nanoparticles, the highest increase in heat transfer occurred in the low Reynolds numbers (10.62%). Due to the dominance of thermophoresis effect, nanoparticle volume fraction is low near the hot wall. In Reynolds 10, the thermophoresis has a greater impact on the local volume fraction of nanoparticles than in high Reynolds.
    Keywords: Mixed convection, Nanofluid, Buongiorno’s non-homogeneous model, Boussinesq, Open cavity
  • Farzaneh Behnam Germi, Hadi Ghaebi *, Mohammad Vajdi, Hadi Rostamzadeh Pages 11-20

    In this research, combined cycle of heat, cold and power production has been simulated and function of the combined cycle has been evaluated in terms of energy and exergy. Moreover, the effect of different parameters including the generator temperature, Pinch point temperature difference and superheated temperature difference on the efficiency of energy, exergy, output work, irreversilbilities and the coefficient of performance of ejector refrigeration cycle has been studied. The combined system proposed in this study includes organic Rankine cycles including pump, steam generator, compressor, turbine, heat exchanger, separator, mixer and ejector refrigeration cycle, which in order to generate power and meet the thermal and refrigeration needs, including heating, Cooling as well as spa is designed for consumption. The results imply that by increasing the input heat to the generator, thermal efficiency of the cycle mainly increases. Also, under the same experimental conditions, with an increase in the temperature of the condenser and the evaporator, thermal efficiency of the whole cycle, studied in this research, has an increasing trend. Highest exergy dissipation is in the heater and the generator. The results show that the generator and the turbine are the most effective equipment in the function of the whole system.

    Keywords: Combined heat cold, power cycle, Organic Rankine Cycle, Ejector refrigeration, Exergy efficiency, Exergy destruction
  • Amir Farshad Kalvani, Mostafa Mafi *, Mansour Khanki Pages 21-30

    Constructing peak-shaving liquefaction units with 600 times reduction in volume of natural gas, is the most desirable way to store surplus natural gas in the warm seasons and using it in cold seasons of the year. In this research, along with selecting Shahid Rajaee power plant in Qazvin as case study, the natural gas liquefaction cycle with mixed refrigerant with the purpose of supplying the fuel of total unit of this power plant for 60 days was established; and subjected to technical analysis. Then the amount of initial investment and current costs of the natural gas liquefaction unit is calculated. The economic evaluation of the project based on the net present value method and 12 percent discount rate assumption indicates the payback period is 4.3 years. Sensitivity analysis about variation in discount rate and initial investment cost is another consideration in this study. The results show that even with an increase in the discount rate up to 40% or 50% increase in the initial investment cost, the construction of liquefaction unit is economically justified, but by considering that the life cycle of project is 20 years, such a payback period is not much desirable.

    Keywords: Natural Gas Liquefaction, Peak shaving, Mixed Refrigerant, Shahid Rajaee Power Plant, Economic evaluation, Sensitivity analysis
  • Mohammad Hedayati Khodayari, Naser Pariz *, Saeed Balochian Pages 31-41

    In this assay, we investigate the problem of Autonomous Underwater Vehicle (AUV) robust stabilisation including time-varying delay, time-variable uncertainty in modeling, and input amplitude constraint of actuators. Due to system singularity, the main aim is not only stabilisation but also include regularity, and impulse free response for the closed loop system. Encountering methods to model uncertainty, saturation constraint and time-delay are norm bounded method, polytopic method, and delay-dependent criteria respectively. Here a new theorem is introduced and then is proved for the close loop stabilisation through Bilinear Matrix Inequality (BMI). We compare the superiority of this technique by some significant literature via simulation examples from conservativism aspect. Method scope includes both retarded and neutral time-delay systems with multiple delays in states. In continue, for the first time against of conventional state space model methods, we obtain a new descriptor model of an AUV and investigate its robust stability in different conditions based on presented theorem.

    Keywords: Autonomous Underwater Vehicle, descriptor systems, linear matrix inequality, actuator saturation
  • Ali Almasi, Abbas Kian Vash *, Abolfazl Tutunchi Pages 43-49
    TRIP and Q-P are the main methods to produce advanced high-strength steels (AHSS). These heat treatment methods are based on the penetration of carbon from martensite to retained austenite (γR) and therefore stabilization of γR. In the present study, a high strength steel containing Ti micro-alloy element heat treated by Q-P, TRIP and direct quenching (Q-T) followed by comparison of their microstructure and mechanical properties. The effect of these treatments on the microstructure and mechanical properties of the steel was studied and compared by by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), micro-hardness and metallography. The results showed that the sample performed by Q-P treatment has a good combination of ductility and strength compared to the sample treated by TRIP. The strength and ductility of the Q-P sample were reported to be 1070 MPa and 24%, respectively. The strength and ductility of the sample obtained from TRIP were reported 1160 MPa and 19%, respectively.
    Keywords: Quenching-partitioning heat treatments (Q-P), Retained austenite, yield strength, ultimate tensile strength, Hardness, micro-alloy
  • Esmaeel Khanmirza *, Fereydoon Jafari Babookani Pages 51-58
    The issue of Simultaneous localization and mapping (SLAM) in dynamic environments is an important object in the navigation of autonomous robots, which has not yet been investigated much. In this paper, by presenting a new method, we track dynamic objects in the environment simultaneously with living static object. For this purpose, the EKFSLAM algorithm has been developed for dynamic environments in the way that simultaneous mapping and mapping of dynamic objects in the environment are solved in the form of a problem, which was previously done individually. Also, considering that the efficiency and performance of the developed Kalman filter algorithm depend heavily on the correct knowledge of the covariance matrix of observations, an adaptive Neuro-Fuzzy inference system (ANFIS) is used to adjust the measurement noise covariance matrices to ensure that the accuracy and consistency of the algorithm Than other older methods (SLAM and DATMO, FastSLAM, EKF) is guaranteed. The results of the experiments indicate that the proposed algorithm performs precise tracking
    Keywords: SLAM, EKF, Dynamic environment, ANFIS, objective Tracking
  • Ali Ahmadi, Masoume Rahimi *, Unes Pahamly Pages 59-68
    One solution to increase the heat transfer in a channel of solar air heaters is adding baffles along the air path. In this study, investigation on the characteristics of heat transfer and fluid flow in a rectangular channel with V-shaped baffles located at the top and bottom walls of the heater is studied. The parameters such as baffle arrangement, baffle pitch and baffle height at different Reynolds numbers are examined. Nusselt number, friction factor and thermal performance coefficient have been investigated as output parameters. The governing equations include continuity, momentum and energy. The standard k-ԑ model is used to simulate the turbulence model in the channel. The results indicate that by increasing the number of baffle rows, the airflow velocity increases, flow becomes more turbulent and consequently the heat transfer increases. In the study of different baffle pitches, it was found that the channel with baffles with a step of 50 mm has the highest thermal performance coefficient. Also, by increasing the baffle height at a constant heat transfer surface, due to the increase in the velocity of the flow passing through the baffles, the coefficient of performance increases by about 28%.
    Keywords: Solar air heater, Rectangular Channel, V-shaped baffles, Turbulent flow, Heat transfer, Pressure drop
  • Ali Saberi-Mehr *, Vahid Farhangmehr Pages 69-78
    Methanol is unique as an alternative fuel due to its low pollution and transportation costs, which can be decomposed into synthetic gas by operating catalysts at 250-300 °C. The use of this fuel after synthesis in solid oxide fuel cell, which has been considered by researchers in recent years, can have unique properties. In the present work, in the form of a triple system of power generation, cooling, and heating using solar energy, methanol is first synthesized and converted into gases used in solid oxide fuel cell. The fuel cell system, which is actually combined with a gas turbine system to increase power generation, in addition to generating power, provides the heat needed to generate cooling in an absorption chiller. The results of energy and exergy analysis of the proposed system showed that by controlling the methanol flow rate and temperature, the conversion efficiency reaches over 60%. According to the results of exergy analysis, the irreversible losses of light to heat and heat losses in the solar decomposition reaction of methanol make up about 13% of the total input exergy.
    Keywords: Solid-oxide fuel cell, Methanol, Exergy, Solar system, Renewable energy, Thermodynamic analysis
  • Hossein Nasiri, Alireza Jalali *, Seyed Mohammad Fatemi Pages 79-88
    Every year, more oil reservoirs experience pressure drop and production rate decreases. The water flooding process is one of these conventional methods to increase oil production. The velocity of the injected fluid into the porous medium under different physical conditions can extract different amounts of oil from the pores. Due to the spatial geometry and composition of the pores, the velocity of the fluid entering each pore has a wide range. In this study, the effect of fluid velocity in three pores with hydrophilic, hydrophobic and neutral wettability surfaces has been investigated. This was done using numerical simulation with ANSYS-Fluent software at the scale of a 1 mm pore containing medium viscosity oil. The results of this study show that for a pore with single output in the state of hydrophilic cavity and neutral wettability, all oil is removed from the pore at all speeds. But for a pore with two outlets, only if the surface of the hole is hydrophilic, all the oil is removed, and for the pore with neutral wettability, 78% of the oil volume is removed. For the pore with hydrophobic surface, less oil was removed from the pore by increasing the velocity of the inlet fluid and the recovery coefficient was achieved between 63.7% and 98.5%.
    Keywords: water-flooding, nano particles, Numerical simulation, fluid velocity
  • Piran Fathinejad, Esmaeal Ghavanloo *, S.Ahmad Fazelzadeh Pages 99-103
    In recent years, metamaterials have attracted numerous research attentions due to their applications in low-frequency vibration suppression and noise reduction. In this paper, the effect of indirect interactions on the wave propagation in one-dimensional diatomic metamaterials is investigated. The governing equations of a cell are obtained and using Bloch’s theorem, wave dispersion relations of these materials are obtained and then dispersion curves are plotted. The band gaps of the infinite lattice model are calculated. Furthermore, the influences of various parameters including various stiffness ratios are examined. The numerical results show that the indirect interactions affect the shape of the dispersion curves, while the range of the band-gap slightly changes. In addition, the results reveal the appearance of extra band gap in the proposed metamaterial. Parametric study shows that the extra band gap can be tuned by controlling the stiffness of elastic foundation. These results pave the path to a new generation of metamaterials.
    Keywords: Diatomic metamaterials, Indirect interaction, Wave propagation, Wave dispersion curve, Band gap
  • Zahra Lal-Ghorbani, Mahdi Deymi-Dashtebayaz *, Majid Abbaszadeh Pages 105-112
    Today, due to the need for data centers, the issue of energy supply required by these centers is very important. Much of the energy consumed in data centers is related to the need for continuous cooling. Therefore, it is necessary to study air distribution, as one of the most important factors in energy saving, greenhouse gas production and increasing cooling. In this research, the data center has been simulated using Design Builder software (DB), and once the air has been distributed from the floor and once from the ceiling. This study was conducted in Mashhad over a period of one year and the results such as energy consumption, server room temperature, initial costs for each system and carbon dioxide emissions, which is one of the most destructive greenhouse gases, were compared. The simulation results showed that under exactly the same conditions with proper distribution of air in data centers can reduce room air temperature to increase room cooling and equipment, energy consumption, energy costs as well as greenhouse gas emissions and production costs. By using the floor air distribution plan, there is an average temperature reduction of 4.5 celsius degrees, 91.5 kWh of energy reduction, 55.5 kg of carbon dioxide emissions, and as a result, there is a $ 90.78 cost reduction compared to the roof air distribution plan per year.
    Keywords: data centers, Ceiling, Air Distribution, Energy Simulation, Carbon Dioxide Emission, energy consumption
  • Amirhamzeh Farajollahi *, Mohsen Rostami, Behrad Asgari Pages 113-122
    One of the efficient air conditioning systems is ground source heat pumps. The main problem of this type of pumps is the high cost of their installation. By choosing the suitable arrangement of ground heat exchangers, the number of piles and cost can be reduced by increasing the rate of heat transfer to the surrounding. In this research, the thermal performance of the ground heat exchanger with triple helix arrangement is investigated. To this aim, a three-dimensional transient CFD model of the ground heat exchanger and the surrounding soil is developed. In order to evaluate the performance, the results of the triple helix arrangement with the single helix arrangement were compared. In addition, the effect of two involving parameters, including helix pitch and diameter on the performance of the system is examined. The results show, by using the triple helix arrangement, the heat exchange rate is increased about 28% more compared to the single helical arrangement. It was found that the helix pitch has the greatest impact on the system performance and by reducing it, the system performance is improved.
    Keywords: Ground heat exchanger, Ground source heat pumps, geothermal energy, triple helix, System performance
  • Mehrdad M. Khodamoradi Chaleshtori, Behzad Ghasemi *, Afrasiyab Reisi Pages 123-132
    This article presents the results of a numerical study on natural convection heat transfer in a square enclosure filled with a non-Newtonian power-law fluid. Two square obstacles with a constant temperature are placed inside the enclosure. The horizontal walls of the enclosure are thermally insulated, and the vertical walls are at a constant temperature . The flow inside the enclosure is assumed to be two-dimensional, laminar, steady-state, and incompressible. The governing equations for the power-law fluid flow are solved numerically with a finite volume approach using a computer program in FORTRAN using the SIMPLE algorithm. To ensure the accuracy of the simulation, the computer code results are compared with the results of other researchers. The influence of pertinent parameters such as the Rayleigh number , the power-law index , the size of obstacles , the distance between obstacles and the obstacles distance from bottom wall of enclosure on the flow and temperature fields and the heat transfer rate of the enclosure is studied. For different power-law indexes, the results show that the average Nusselt number increases as the size of obstacles increases, and that the average Nusselt number decreases as the distance between obstacles decreases. When the obstacles are placed on the vertical walls, as the distance between the obstacles increases, the heat transfer rate decreases for n=1 and n=0.8 and increases for n=1.4. For power-law indexes below unity, a significant increase in the average Nusselt number is observed as the Rayleigh number increases.
    Keywords: Free convection heat transfer, non-Newtonian power-low fluid, enclosure, Obstacle, Numerical simulation
  • Mohammad Mohajer, Mohsen Fallah *, Morteza Rahmanpour Pages 133-142
    In this study, a new cycle of cogeneration power, heating and cooling integrated with fresh water production system by multi-effect desalination method and solar system has been evaluated. Energy and exergy analyzes have been used to evaluate system performance. In order to generate power, the gas cycle has been used as the main stimulus and the organic Rankin cycle has been used as the downstream cycle. The results of this study show that due to the addition of the solar system in the vicinity of the organic Rankin cycle, the increase of the organic Rankin cycle efficiency improves from 38.778% to 44.592% to 5.813%. In addition, at constant cooling rates, the cooling performance increased by 1.275 percent from 1,596 to 1,617. Also, due to the high production capacity of the gas turbine cycle compared to the production capacity of the Rankin cycle, the addition of the solar system to the base cycle (without the solar system) increases the thermal efficiency and exergy by 0.638 and 0.085%, respectively. Also, distillate flow rate increases 726.8 Ton/h by using reverse osmosis system.
    Keywords: Co-generation, multi-effect desalination, Gas turbine, Organic Rankine Cycle
  • Soheila Sojodi, Ali Basti *, Seyed Reza Falahatgar, Seyedeh Maryam Mirfalah Nasiri Pages 143-151

    Forming limit diagram (FLD) is a criterion to determine the formability of metal sheet during various forming processes. The Marciniak-Kuczynski instability theory is one of the most widely used methods to determine the FLD. The plastic behavior of the materials has great influences on the accuracy of the predicted diagrams by the Marciniak-Kuczynski model. In this study, the novel constitutive models which are a combination of the Swift and Voce models are proposed to predict the forming limit diagrams. The constant parameters of each hardening models are calculated by using the stress-strain diagram obtained from uniaxial tension tests. Finally, the forming limit diagrams of the aluminum sheet by employing the Yld2000-2d yield function and different hardening models were plotted. The comparison between the calculated diagrams and the experimental results shows that although the Kim-Tuan, Ghosh and Swift models compute the FLD to an acceptable level, the forming limit diagram predicted by modified Kim-Tuan is in better agreement with experimental results. Therefore, the modified Kim-Tuan relationship and its coefficients are proposed as an ideal hardening model to determine the forming limit diagram of the AA5754-O.

    Keywords: Forming limit diagram (FLD), Yld2000-2d yield function, Marciniak-Kuczynski instability theory, Different hardening models, Modified Kim-Tuan relationship
  • Narges Moslemini, Reza Dehghani *, Mohammad Reza Karamooz Ravari Pages 153-162

    In this paper, dynamic modeling of a soft micro robot equipped with shape memory alloy (SMA) actuator is presented. Due to the structure of the soft micro robots, these robots have various applications. Since the shape memory alloys have features such that biocompatibility, high power, small dimensions and working silently, they are suitable for the micro robots. Because there is not a dynamic model for the soft robots equipped with shape memory alloy, here a dynamic model of a micro robot equipped with SMA is introduced. To this end, the motion equations of the robot and actuator’s structural equations are extracted. In dynamic modeling of the soft robot, Cosserat theory is used and Liang and Roger’s model is used for the SMA modeling. Also, modeling of free and forced convection heat transfer in the heating and cooling processes has been done. Then, the dynamic behavior of the micro robot is simulated and its electrical current effect and fluid velocity on the robot's dynamic behavior have been investigated. The simulation results show that the proposed model simulates correctly the behavior of the micro robot.

    Keywords: Soft micro robot, Shape memory alloy actuator, Cosserat theory, Liang, Roger&rsquo, s model, Convection heat transfer
  • Afshin Naderifar, Mohammad Nikian *, Kourosh Javaherdeh, Mehdi Borji Pages 163-171
    In the present study, heat transfer enhancement of a non-Newtonian nanofluid by different arrangements of double fins in a corrugated channel was numerically investigated. Finite volume method is used to solve governing equations of flow and energy with assumptions of 2D, steady-state, and single phase. The fluid flow is in the hydraulically laminar regime and the channel is under a constant heat flux. A set of case studies are conducted for a corrugated channel model to analyze the influence of the main contributing factors; Reynolds number, nanofluid volume fraction, the different fin configurations, on the flow field and the heat transfer characteristics as well. . Results indicate that using non-Newtonian fluid of water+0.5%CMC instead of water fluid leads to enhance heat transfer. The numerical results showed that implementing configuration D in a corrugated channel leads to heat transfer rate compared to other configurations. Besides, for configuration D, raising the Reynolds number from 200 to 1000 and the nanofluid volume fraction from 0.5% to 1.5% cause the mean Nusselt number and performance evaluation index to increase about 9.85% and 9.09%, respectively.
    Keywords: Numerical analysis, Non-Newtonian nanofluid, Corrugated channel, Arrangement of fin, Nanofluid volume fraction, Heat transfer enhancement
  • Arash Nourbakhsh Saadabad, Mahdi Nami Khaliledeh, Seyyed Faramarz Ranjbar *, Saman Faramarzi, Farhad Firouzy Pages 173-182
    Method of power and hydrogen gas production by solar energy and water electrolysis has received attention in recent years, because hydrogen and oxygen gases are separated from water without any pollution, the mentioned method has net-zero carbon emissions, known as green hydrogen. In this study, solar cells are used to supply power for the proton exchange membrane (PEM) electrolysis and the liquefaction sections. Bandar Abbas city is selected for the proposed process. The novelties of this study are based on two points, first proposing an integrated process of solar power generation and separation and liquefaction of hydrogen gas without pollution and with higher efficiency compared to other similar cycles. The capacity of solar arrays is 6,000 kW, while the production capacity of the electrolysis section is 438 kg/h of oxygen gas and 55 kg/h of hydrogen gas. The specific energy consumption (SEC) of the liquefaction cycle is 5.07 kWh/kg. The highest rate of exergy destruction goes to the electrolysis section, followed by heat exchangers as the second rank.
    Keywords: Sustainable energy, Proton exchange membrane, Hydrogen separation, Cryogenic process, Green process
  • Pouya Pouyaei, Mohammad Hassan Kayhani, Mahmood Norouzi * Pages 183-192
    This study is aims to perform three-dimensional simulation gas turbine internal cooling system for stationary and rotating mode at the middle region of four-pass smooth channels to assess fluid flow and turbulent heat transfer. The geometry of bend has been changed to U-shape turn and the guide vane in the bending region is Installed in order to enhance higher overall performance the cooling channel. The results of the governing equations are obtained using the Reynolds stress turbulence model. cooling channels are simulated in three different Reynolds numbers ranges from 20,000 to 60,000 and the rotation number of 0/13. The effect of the guide vanes on the U-shaped bend region, in addition to reducing the separation bubble area and circulation fluid in the upstream bend flow, it causes more uniform flow structure in the bend region and subsequent passage. So that the correction of bend and the use of flow guide vane to the base geometry in the case stationary of pressure drop and the coefficient of thermal performance decreases by about 13.4% and increases by 22.5%, respectively. The effect of the guide van on the amount of heat transfer in the rotating state is not noticeable, but due to the reduction of pressure drop, it increases the coefficient of thermal performance up to 9.4%.
    Keywords: Gas turbine, Internal cooling, four-pass channels, RSM model, Turning vane
  • Morteza Saadat-Targhi *, Amin Nabati Pages 193-201
    Nowadays, the use of thermoelectric as one of the methods of recovering waste heat energy has received much attention. In this research, while presenting a new thermal energy recovery system in the molten slag of steel Industry, thermodynamic analysis of the proposed system from the perspective of energy and exergy is also presented. Then the effect of various parameters including Seebeck coefficient on the performance of the proposed system is investigated. The results of modeling in both power cycle and thermoelectric cycles have been validated by previous research. The results of thermodynamic analysis show that the largest contribution to the exergy destruction of the proposed system is related to the heat recovery system. According to the results, the production capacity of the heat recovery system from the total production capacity is about 49% and the efficiency of the first law of thermodynamics for the proposed system is 24.7% and the efficiency of the second law of thermodynamics is 32.88%. Economic analysis indicates that with thermoelectric generator cost of 1 $/W the payback rate of investment is less than 2 years.
    Keywords: slag, Heat recovery system, Thermoelectric, Exergy destruction, Efficiency, Seebeck coefficient
  • Sajad Azarakhsh *, Ali Ghamarian, Mohammad Javad Rezvani Pages 203-212
    Thin-walled structures have always been considered by designers as components with excellent energy absorption and high strength to weight. These structures are made in different shapes and geometries. Conical tubes are one of the types of thin-walled structures that deform the plastic and absorb energy under loading in different ways. The energy absorbed through plastic deformation depends on various factors such as the geometry of the tube, the volume, the angle of applied load and the materials. In this paper, a comprehensive study has been performed on thin-walled conical tubes as energy absorbers using numerical simulations. For this purpose, the effect of various parameters including the presence of the cap at the end of the tube, annular and longitudinal grooves, the creation of holes on the tube wall and loading angle has been investigated on the crushing mode and energy absorption. The results show that although the presence of annular, longitudinal grooves and creating holes on the tube wall leads to reduced energy absorption, but it causes a stable collapse and reduces the maximum crushing load and prevents the suddenly applied load to occupants and the main part of structures Also, the results showed that the number of holes did not have a significant effect on the collapse and the behavior of the load-displacement curve; while the shape of the hole geometry affects the collapse mode and the mean crushing load.
    Keywords: Conical tubes, Groove, Hole, FEM, Energy absorption. maximum crushing load
  • Mohammad Ali Ranjbar *, Alireza Pourmoayed Pages 213-222

    An existing solution for using tactical solid fuel rockets for space purposes is to add a blast tube to the nozzle. Equipping the nozzle with a blast tube, in addition to creating space to add the required subsystems, also makes it easier to stabilize and control the system. To get the best performance from a nozzle, various changes must be made to the nozzle structure.In the present study, the existing nozzle is first analyzed from a geometric and aerodynamic point of view using numerical solution in order to achieve performance and efficiency. Then in order to add the blast tube, two new geometries of the mentioned nozzle are designed and according to the prevailing conditions, the changes in velocity, pressure and temperature of the flow through the nozzle have been studied. The results show that the addition of blast tube causes a decrease in total pressure of less than 2%, which is acceptable considering the benefits obtained.

    Keywords: Rocket Nozzle, Geometric Design, Aerodynamic Design, Blast Tube, Performance Improvements, Numerical simulation
  • Masoud Sadeghi, Morteza Khalilian, Iraj Mirzaee, Sajadollah Rezazadeh * Pages 223-232
    Mixing different or identical fluids together plays an important role in many microstructures, so it is important to study the quality of mixing in microchannels. Numerical study of oxygen and nitrogen mixing in passive three-dimensional micromixer was performed by finite element method and the effect of Reynolds number, type, number and width of mixing units and obstruction in the flow path on mixing quality and pressure drop was investigated. While most previous studies have been on the mixing of liquids, in this study the mixing of gases in simple micromixers, as well as micromixers with mixing units, has been investigated. For this purpose, two new types of micromixers named A and B with new and multiple mixing units have been introduced. Mass performance evaluation of the new model's A and B with helical mixing units, compared to the base model without the mixing unit shows that the new models have a higher performance than the base model as micromixer A with five mixing units, in Reynolds 110, compared to the base model. Improves mixing quality 2 times and 1.25 times better than Model B. Also, the effect of the depth of cubic barriers in micromixer B with five mixing units indicates the improvement of mixing quality compared to the unobstructed model in higher Reynolds. As in Reynolds 110 model B with five mixing units, the mixing quality is about 95%.
    Keywords: Passive micromixer, Mixing quality, Three-dimensional simulation, Mixing unit, Reynolds number
  • Fardin Nematzadeh *, Hossein Mostaan, Majid Seyedsalehi Pages 233-239
    NiTi shape memory alloy stents can be used for peripheral artery due to the reduction of problems such as improper dynamic behavior, low torsional capability and insufficient radial strength. In this paper, the finite element method used to study the metallurgical, mechanical and clinical behavior of NiTi shape memory alloy stents for application in peripheral artery by applying radial strain according to the standard .Material properties model of NiTi shape memory alloy was based on Helmholtz free thermodynamic energy (Auricchio model) and phase change equation of martensite transformation based on Liang and Rogers model. With changing the Af temperature from 293 to 303 K, NiTi shape memory alloy stents have better mechanical and clinical performance due to the applied force to the artery, optimal radial strength, and complete hysteresis loop depending on superelastic behavior, less stress and more strain. This numerical study can provide a good way to study the mechanical behavior of stents used in the peripheral artery with respect to the effects of metallurgical and mechanical properties.
    Keywords: A numerical study, stent, NiTi shape memory alloy, radial loading, peripheral artery
  • Amin Saleh, Vahid Ghamari, Hassan Hajabdollahi * Pages 251-260
    The main purpose of this study is the economic analysis of the system of combined cooling, heating and power- organic rankine cycle CCHP-ORC so that the supply of building energy needs for cold climates in one year with a new strategy that the year is divided into 24 parts of fifteen days. The prime mover is a gas turbine system that provides part of the heat and electricity needed by the building. Excess heat from the prime mover is recovered and given to organic rankine cycle to generate electricity. The study system was optimized by genetic algorithm with a total of 29 design parameters, including gas turbine capacity, absorption and electric chiller capacity, electric cooling ratio, auxiliary boiler capacity and 24 partial loads for gas turbines throughout the year and minimum total annual cost (TAC) Selected as the objective function. The results show that the annual cost and emission costs in the CCHP-ORC system are 2.2% and 14.7% lower than the CCHP system, respectively. The exergy efficiency of CCHP-ORC system is 40.93% which is 5.9% higher than CCHP system.
    Keywords: Combined cooling heating, power generation system, Organic Rankine Cycle, Annual cost, optimization, genetic algorithm, cold climate
  • Mahdi Ahmadi * Pages 261-269
    This paper is focused on selecting of nominal local models (NLMs) to design the multi-model based controller for nonlinear systems. Also gap metric is used as a powerful tool to measure the distance between local linear models. In order to decompose the nonlinear system into smaller number of NLMs, selecting of NLMs and designing the local controllers are integrated. The designed local controllers for the primary sub-regions may be able to stabilize other local models of the next sub-regions while the traditional successive search methods disregard the efficacy of the former NLMs and corresponding local controllers. Therefore, these methods suffer from the redundancy problem and complexity of the multi-model controller. It is shown that improving of NLMs selection procedure by considering the efficacy of local controllers in the entire operating range can intensely reduce the number of NLMs and local controllers. Therefore, improving the decomposition procedure, screening the efficacy of the local controllers in the entire operating range, and reducing the number of local controllers are the main advantages of the proposed decomposition procedure in this paper. To evaluate the effectiveness of the proposed method, a highly nonlinear process, pH neutralization, is simulated. The results prove the effectiveness of the proposed method in set-point tracking and disturbance rejection while the number of NLMs is half in comparison to other traditional successive search methods.
    Keywords: Gap metric, integrating closed-loop stability, performance, multi-model controller, nominal local models bank, nonlinear system
  • Mahdy Ahangar *, Sarvgol Ahmadian Pages 271-280
    In this research, the dielectric barrier discharge plasma driven channel flow has been proposed for use as a thruster in the propulsion’s applictions and has been experimentally studied. Measurments of the thrust and consumed power with different values of barrier thicknesses and electrodes’ lenghths have been performed. The data of the mentioned parameters have been taken in order to quantify the effects of operating voltage on the effectiveness parameter of thruster, showing a peak-shaped profile for the effectiveness with maximum value of 0.19 mN/W at the profile summit. Also, a power law analysis has been used to derive relationships for the effectiveness, thrust and consumed power in terms of the applied voltage. It has been found that the thruster’s power is proportional to the voltage with exponent of 4, and the thrust is function of voltage with exponent of 2.2 and 5.8 for the glow and filamentary regimes, respectively. Finally, it has been shown that the effectiveness can be correlated to applied voltage with exponent of 1/8 and -1.8 for the glow and filamentary regimes, respectively.
    Keywords: Plasma thruster, Dielectric barrier discharge, Experimental Measurements, Power law, Lissajous Curve, Monitor Capacitor Method
  • Mohammad Hosseinzadeh, Seyyed Mahdi Mirzababaee *, Hosein Zamani Pages 281-288
    In this study, the effect of sun tracking on the performance of an evacuated tube solar cooker is experimentally investigated. For this purpose, sun tracking is manually performed in time intervals of 5 min. Moreover, in another experiment, the solar cooker is placed towards the south with a tilt angle of 30º. In this research, the evacuated tube solar cooker is utilized to boil water. In addition, the comparison of the performance of the solar cooker in the fixed and movable situations is conducted from the energy and exergy viewpoints. The results indicate that the time required to boil 800 gr of water in the experiment in which the solar cooker is in the fixed situation is 2 h and 25 min. However, the sun tracking by the solar cooker reduces the mentioned time by about 1 h and 5 min (44.83%). Using sun tracking, the energy and exergy efficiencies of the solar cooker also increase about 4.92% and 0.57% in order.
    Keywords: Solar cooker, Evacuated tube, Sun tracking, Energy Analysis, Exergy Analysis
  • Amin Jalalian, Kiumars Mazaheri * Pages 289-298
    At this work, 3D combustion of coal pulverised particles in the MILD state has been simulated by OpenFOAM open ‎source code. The target of this work is the study of partially stirred reactor combustion model in simulating of coal particles MILD combustion. This model can consider the finite rate chemistry. According to studies, there have been no reports on this subject so far.This numerical study is done with criterion of IFRF experimental results and the conservative equations are solved simultaneously. Interaction between phases by Euler-Lagrange approach, interaction between turbulence and combustion in continous phase by Partially stirred reactor, production/consumption of species by 4 step Jones and Lindstedt global mechanism has been modeled. Results show that forenamed models specially partially stirred reactor can estimate the velocity, temperature, and species in MILD combustion of coal particles truely. Accuracy of temperature is better than species. Global kinetic could be one reason of this case.
    Keywords: Combustion simulation, Coal particles, OpenFOAM, IFRF, Partially stirred reactor
  • Milad Eghbal, Sadjad Ghasemlooy *, Hosein Sadati Pages 299-307
    Aerodynamic efficiency should be desirable to achieve long endurance. It is possible to increase its aerodynamic efficiency by optimizing the airfoil. After researching the optimization methods, a gradient algorithm has been used to perform the optimization. In this paper, GOE 493 airfoil is optimized for use in medium altitude UAVs with long endurance. The flow around the airfoil is made of structure mesh and ICMCFD software have been used. For computational fluid dynamics of turbulent flow, after examining different turbulence models and comparing their results with experimental results, the k-kl-omega model and finite volume method with coupled algorithm have been used. After research, the adjoint algorithm has been used for this optimization. The objective function in this optimization has been aerodynamic efficiency. The results for the optimized airfoil show that the aerodynamic efficiency in the cruise mode is doubled compared to the initial state.KEYWORD: Airfoil, Aerodynamic Efficiency, Optimization, Adjoint Algorithm
    Keywords: Airfoil, Aerodynamic Efficiency, optimization, Adjoint Algorithm, UAV
  • Saeed Karimian Aliabadi *, Saber Rezaei Pages 309-318
    In previous studies on the INVELOX system, the effect of turbine blades embedded in the venturi section has not accounted. In addition, the design and modeling of an optimal wind turbine in accordance with the geometry and aerodynamic conditions of the venturi section has not been done. Therefore, in this paper, using the BEM (blade element momentum) theory and considering Prandtl's tip and hub loss factors, and also turbulent wake correction, a semi-analytical code has been developed. First of all, an optimal wind turbine according to geometrical and operational assumed INVELOX system is designed. In the continuation, modeling and performance study of geometric parameters of the designed wind turbine has been done. The validation results show that the developed code agrees accurately with the previous experimental, numerical, and analytical results, and therefore the geometry designed for the blades will be reliable. In addition, the application of Glauert and Burton's corrections has been evaluated in this manuscript. Based on the research findings, it is concluded that under the same conditions, Burton's correction yields more conservative results than Glauert's correction. So that assuming 3 blades and a wind speed of 11 meters per second m/s and taking into account Prandtl's tip and hub loss factor, the maximum power coefficient and blade tip speed corresponding to Burton's correction are 0.335 and 7.178, respectively, and corresponding to Glauert's correction, are 0.385 and 7.825, respectively. The provided substrate can be used to optimize the blade shape and structure of the INVELOX wind turbine system.
    Keywords: Wind energy, Aerodynamics, INVELOX system, Horizontal axis wind turbine, BEM theory, Parametric study
  • Reza Razaghi *, Farhud Shirinzadeh Pages 319-327
    Solid particles migration in liquid phase through microchannels is considered to be the most important issue in microfluidic systems. Converging-Diverging microchannels are being used in manufacturing the microfluidics tools such as micro-switches, micro-sensors and micro-filters. In this research, 3-D numerical simulation based on Eulerian-Eulerian approach was performed on solid-liquid two-phase flow in a converging-diverging microchannel with 200 μm height. The size of particles used in this research is 20μm with density of 1.05 gr/cm3. The results showed that the most particle accumulations occured in the regions close to the walls before and after the nozzle, but in the converging part of the nozzle, the amount of particles even near the walls decreased due to the increase in flow velocity. Furthermore, increasing the Reynolds number leaded to increase in the amount of particles accumulated at the throat and reached its maximum value. Compared with similar studies, this study investigates the effect of converging-diverging geometry of the channel on particle sedimentation. The results show that using converging-diverging channel provides the possibility to prevent the destructive phenomenon of channel blockage.
    Keywords: Solid-Liquid Two Phase Flow, Converging-Diverging Microchannel, Numerical simulation, Eulerian-Eulerian Approach, Particle Velocity Domain, Sedimentation
  • Mahdi Afzalian, Seyed Alireza Zolfaghari * Pages 329-338

    Thermoregulatory models based on thermoreceptors have attracted the attention of researchers in recent years due to their conformity with the basis of human thermal perception. For this reason, various models have been presented such as STB, ITB, MSTB and JOSTB. In the present study and in continuation of previous studies, an individual multi-segment thermoregulatory bioheat (IMTB) model has been introduced which can evaluate the temperature of various segments of the body by considering the effects of individual parameters such as height, weight, age and gender. In this study, the body is subdivided into 17 segments, 3 layers and the blood circulatory system consists of arteries, veins and superficial veins. Also, the effects of individual parameters on physiological parameters, thermoregulatory mechanisms and heat transfer of the body have been investigated. Finally, the performance of the new model in predicting local and mean skin temperature was validated against different experimental data. The results indicate that by considering the individual parameters, the new model can precisely predict the local skin temperature with mean absolute error of 0.4℃.

    Keywords: thermal comfort, Individual parameters, Non-uniform thermal conditions, Individual multi-segment thermoregulatory bioheat model, Cutaneous thermoreceptors
  • Azadeh Mihandoust, Masoud Zareh *, Mohammad Behshad Shafii, Morteza Khayat Pages 339-344
    In this experimental research, the performance of the close single turn pulsating heat pipe (CPHP) with distilled water as base fluid and distilled water including microparticles (micro-coppers) have been investigated. To evaluate the effect of different parameters on the CPHP performance, several characters like input powers, filling ratio and concentrations of micro-coppers were studied. Findings from experiments indicate that the multiphase flow regime inside the pipe was slug-plug in low powers but it approached to an annular flow in higher value of heat inputs. Furthermore, it is required to mention that the thermal resistance of the device with micro-coppers has decreased with enhancing in the concentration of micro-coppers and input powers and it has the minimum value (0.61degC/W) at filling ratio of 60%, at input power of 60W. Finally, according to any errors of each parameters and by using Holman methods, the maximum uncertainty of experiments was calculated about 8%.
    Keywords: Close Pulsating Heat Pipe, Filling Ratio, Heat Input, Micro-Coppers, Uncertainty analysis
  • Zohreh Imani Nejad, William Taylor, Colin Smith, Khalili Khalili * Pages 345-352
    Uncertainty about the musculoskeletal modeling results is one of the main issues that are less investigated by users. Although the results of these models are accurate enough for gait activities, high errors were reported for activities with deep knee bending like squatting tasks. Recently, by updating the wrapping surfaces in a powerful musculoskeletal model (Rajagopal), an updated version for deep squatting (Catelli) has been released. But high average errors are reported in simulations using this model for CAMS subjects. Opensim software and Opensim-Matlab API were used. In this study, the effect of uncertainty in the muscle pathways of a scaled version of the Catelli model on the knee contact force was studied using the probabilistic Monte Carlo approach. 43.7±19.02% confidence bounds of KCF error during a squat cycle and 159±77% in deep squat were computed. Therefore, more corrections in muscle pathways parameters in the model specified for simulating squat motion could improve the results.
    Keywords: Musculoskeletal System, Probabilistic Modeling, Monte Carlo, Knee Joint Contact Force, CAMS Knee Datasets, Opensim
  • Seyed Sahand Salami, Mahdi Zare Mehrjardi *, Asghar Dashti Rahmatabadi Pages 352-362
    In this study, thermohydrodynamic analysis of three lobe noncircular journal bearings with power law fluid model and the evaluation of the design and lubrication parameters such as power law index, rotor velocity and preload effects on the pressure and temperature of the oil, load carrying capacity, attitude angle and heat transfer in the bearing shell is provided. For this purpose, the governing Reynolds and energy equations of incompressible lubrication are modified based on power law theory and analyzed simultaneously with 3D heat transfer equation in the bearing shell. According to the limited length of investigated bearings and lack of exact answer, the equations are solved numerically using the generalized differential quadrature (GDQ) method. Results show that increasing the power law index and the rotor speed or decreasing the bearings noncircularity, intensify the temperature and reduce the oil viscosity and increase the difference between the obtained value of thermal and isothermal pressure and load. In addition, increasing the lubricant temperature by upgrading power law properties enhances the temperature of the inner bush surface and the rate of heat transfer to environment.
    Keywords: Thermo-hydrodynamic Analysis, 3-Lobe Journal Bearing, Power Law Lubricant, Steady-state Performance, GDQ method
  • Amin Hadi, Mohammad Hosseini * Pages 363-371
    In this paper, the effects of size on spherical cell membrane under hydrostatic pressure and heat field are investigated using strain gradient theory. Two most important parameters related to the cellular niche are mechanical forces and thermal fields. Thermal and mechanical fields affecting the cell are used in the food industry to inactivate microorganisms. The governing equations are obtained using the minimum potential energy principle and finally the governing equations are solved numerically. The effect of size parameters, heat field and hydrostatic pressure were investigated. The results indicate that the effects of small-sale cannot be ignored and predict the hardening properties compared to classical theory. In addition, increasing the heat field and hydrostatic pressure increases the displacement. The results of this research can be used for food industry and tissue engineering.In addition, increasing the heat field and hydrostatic pressure increases the displacement. The results of this research can be used for food industry and tissue engineering.
    Keywords: Spherical cell, Modeling, Cell membrane, strain gradient, Hydrostatic pressure, Thermal field
  • Saeed Nezamivand Chegini, Ahmad Bagheri *, Milad Ramezani Dashtemian, Bahman Ahmadi Pages 373-382
    Intelligent fault detection diagnosis methods are one of the common topics in recently investigations. In this paper, a new hybrid technique is presented based on discrete wavelet transform (DWT) and multi – class support vector machine (Multi-SVM). The considered vibrational signals are collected in three conditions: normal, chipped tooth and worn teeth. These signals are decomposed using DWT methods with different wavelet base functions and the most appropriate level of decomposition are selected by the cross - correlation concept. The feature vector for each sample is extracted using different time domain statistical functions. «One – against - one» support vector machine (SVM-OAO) is utilized for detecting the gearbox conditions. The condition recognition of a gearbox is depended on the extracted features type and setting the SVM parameters. Therefore, in this study, particle swarm optimization (PSO) is used for identifying the most sensitive features to the defect and its type and determining the optimal parameters of SVM method. The obtained results show that the identification accuracy of the gearbox conditions is significantly increased with improving the feature matrix and the SVM classifier method.
    Keywords: Fault Detection, wavelet transform, feature extraction, Multi Class Support Vector Machine, Particle swarm optimization algorithm
  • Roozbeh Alipour *, Ramin Alipour Pages 383-392
    In this paper, the effect of wake phenomenon on the performance of 2 and 3 bladed tidal current turbines have been investigated. Computational fluid dynamics analysis using ANSYS-FLUENT has been conducted. Initially, turbines were evaluated at the different values of the tip speed ratio and the maximum power coefficient was estimated. Then, the wake distance was evaluated for this maximum power coefficient. Results showed that at the tip speed ratio of 5, the maximum power coefficient for both turbines was achievable which were 0.35 and 0.28 for a 3 and 2-bladed turbines, respectively. Also, the wake phenomenon in 2-bladed turbine terminated earlier than 3-balded, so that; at a distance after the turbine which was equal to the thirteen times more than the turbine diameter, the flow velocity returned to 87% and 81% of initial flow velocity for 2 and 3-bladed turbines, sequentially. Considering the results, 3-bladed turbines are justified to use when there is no restriction for the area of the tidal farm while the maximum power extraction is the main objective. Conversely, 2-bladed turbines seem to be more appropriate where the tidal farm area is the particular of importance.
    Keywords: Turbine, Tidal current, Wake phenomenon, CFD, Tip speed ratio, Power coefficient