فهرست مطالب

مدل سازی در مهندسی - پیاپی 69 (تابستان 1401)

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 69 (تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/04/01
  • تعداد عناوین: 14
|
  • سمانه امامی*، معصومه نجم، مهدی صدیقی صفحات 1-15

    افزایش قابلیتهای مدارهای مجتمع و پیچیدگی برنامه های کاربردی، روش ها و ابزارهای طراحی سختافزار را به سمت سطوح بالاتری از انتزاع سوق داده است. سنتز سطح بالا یکی از کلیدیترین گامها در افزایش سطح انتزاع است و هر چه توصیف اولیه در کاربرد مورد نظر چکیدهتر باشد، سنتز سطح بالا کارایی بیشتری خواهد داشت. کاربردهای حسابی از جمله کاربردهایی هستند که ورودی اولیه در آنها بسیار چکیده است. در سال های اخیر، تحقیقات گسترده ای در زمینه طراحی ساختارهای قابل بازپیکربندی حسابی صورت گرفته است. از آنجا که از یک سو استفاده موثر از این ساختارها وابسته به وجود الگوریتم ها و ابزارهای مناسب جهت پیادهسازی طراحی بر روی سختافزار بوده و از سوی دیگر، پژوهش در زمینه توسعه این دسته از الگوریتم ها بسیار اندک و محدود بوده است، در این مقاله روش هایی برای بهینه سازی سنتز خودکار مدارهای حسابی بر روی یک معماری قابل بازپیکربندی درشتدانه شامل بهینه سازی نگاشت، تاخیر و مساحت ارایه خواهد شد. بستر انتخاب شده برای اجرای الگوریتم پیشنهادی، معماری قابل بازپیکربندی درشت دانه DARA می باشد که برای حساب دهدهی بهینهسازی شده است. نتایج نشان می دهد که پیاده سازی برنامه محک TELCO بر روی این معماری با استفاده از روش های بهینه سازی پیشنهادی منجر به بهبود حدود 30 درصدی در مساحت می گردد.

    کلیدواژگان: سنتز سطح بالا، بهینه سازی تاخیر، بهینه سازی مساحت، معماری قابل بازپیکربندی، مدارهای حسابی
  • احمد صالحی دوبخشری* صفحات 17-28
    حفاظت گسترده شبکه انتقال نیروی برق در مقابل خطاها از آغاز اختراع اندازه گیری های همزمان فازوری مطرح بوده است. با این حال، گم شدن سیگنال GPS و خطاهای همزمان کردن اندازه گیری ها از یک سو و متغیر بودن مدل شبکه خارجی از سوی دیگر مانع تحقق حفاظت گسترده شبکه انتقال شده است. در این مقاله یک روش جدید برای حفاظت پشتیبان خطوط انتقال نیرو معرفی می شود تا از دو نقطه ضعف یاد شده اجتناب شود. با استفاده از اندازه گیری های واحدهای اندازه گیری فازوری (PMU) در پست های انتقال واقع در مرزهای ناحیه ی تحت حفاظت داخلی، مدل پیشنهادی مستقل از مقادیر پارامترهای مدل شبکه خارجی خواهد شد. همچنین صورت بندی پیشنهادی در این مقاله به گونه ای خواهد بود که از زاویه فاز اندازه گیری های PMUها استفاده نخواهد کرد، بر خلاف سایر روش های مشابه که با اشتباه یا در غیاب حتی یکی از زاویه فازهای ولتاژ/جریان فاوزری دچار مشکل می شوند. از مزایای دیگر صورت بندی پیشنهادی عدم نیاز به پارامترهای غیر دقیق مولفه صفر شبکه، ملاحظه مدل گسترده خط انتقال برای خطوط بلند و تعیین مکان خطا فارغ از نوع خطا و مقاومت خطا است. شبیه سازی های مختلف در حوزه زمان برای شبکه 9 شینه WSCC حاکی از دقت بالای روش پیشنهادی در شناسایی خط انتقال دچار خطا است.
    کلیدواژگان: تخمین کمترین مربعات، حفاظت گسترده، خطا، خط انتقال نیرو، واحدهای اندازه گیری فازوری (PMU)
  • علیرضا آهنگرانی فراهانی، حامد عارف خانی، سید مجید حسینی*، امیرحسین توکلی صفحات 29-39

    در این مقاله پارامترهای مدل دینامیکی یک شبیه ساز سه درجه آزادی مبتنی بر یاتاقان هوایی شامل ممان اینرسی ها، مرکز جرم میز، با استفاده از داده های ثبت شده در یک مانور وضعیت به دو روش 1- روش بهینه سازی ترکیبی الگوریتم ژنتیک و برنامه ریزی مرتبه دوم متوالی و 2- روش حداقل مربعات خطا، تخمین زده شده است. برای این کار با استفاده از چرخ های عکس العملی یک مانور وضعیت انجام می شود و مقادیر گشتاور و همچنین سرعت زاویه ای حول سه محور ثبت می گردد. سپس با استفاده از داده های ذخیره شده و پیاده سازی دو روش، پارامترهای میز تخمین زده می شوند. نتایج نشان می دهد که با روش حداقل مربعات برخلاف الگوریتم بهینه سازی ترکیبی، با یک تست کنترل وضعیت از نقطه اولیه غیرصفر به مبدا، نمی توان تخمین مناسبی استخراج نمود و نیاز به تست های متفاوت به گونه ای است که تمام مودهای سیستم تحریک گردد. در حالی که در روش بهینه سازی ترکیبی، با انجام همان یک آزمایش می توان پارامترهای مدل دینامیکی را تخمین زد. برای صحه گذاری الگوریتم پیاده سازی شده، عملکرد حلقه بسته میز در محیط آزمایشگاهی و مدل شبیه سازی شده بررسی و مقایسه گردید که نشانگر دقت مناسب کمتر از 5 درصد خطا در میانگین تمام نمونه ها در هر دو روش تخمینی می باشد.

    کلیدواژگان: شبیه ساز تعیین و کنترل وضعیت، تخمین پارامترها، الگوریتم حداقل مربعات خطا، الگوریتم بهینه سازی ترکیبی
  • الهام شادکام*، مهرناز غیور مداح صفحات 41-59

    بهینه سازی مسایل چندپاسخه همیشه یکی از حوزه های چالش برانگیز بهینه سازی می باشند. در این مقاله روش ترکیبی رویکا جهت بهینه سازی مسایل چندپاسخه ارایه شده است که ترکیبی از دو روش رویه پاسخ و تحلیل پوششی داده ها می باشد. در روش رویکا رویه کارایی ایجاد و بهینه سازی می گردد و در واقع یک رویه کارایی جایگزین چندین رویه پاسخ می گردد و مساله از حالت چندپاسخه به تک پاسخه تبدیل می گردد. بنابراین در روش پیشنهادی رویکا علاوه بر بهینه سازی رویه پاسخ ها به بیشینه سازی کارایی واحدهای تصمیم گیری نیز پرداخته می شود. نتیجه این روش تعیین پارامترهای ورودی و خروجی واحد تصمیم گیری ایده آل و جدیدی است که دارای حداکثر مقدار کارایی نیز می باشد. به دلیل اهمیت بالای صنعت برق و تولید انرژی، نیروگاه ها که بخش بسیار مهم تولید برق را به عهده دارند، ناگزیرند مقادیرکارایی فعالیت های خود را به منظور استفاده بهتر از منابع افزایش دهند. بدین منظور روش پیشنهادی رویکا برای چهارده نیروگاه در سطح کشور مورد بررسی قرار گرفته است که علاوه بر تعیین کارایی هر نیروگاه به تعیین پارامترهای بهینه جهت احداث نیروگاه جدید با حداکثر کارایی نیز می پردازد. درنهایت به منظور اعتبارسنجی روش پیشنهادی، از سه رویکرد مشابه دیگر برای مساله مذکور استفاده شده است و نتایج نشان دهنده برتری روش رویکا می باشد.

    کلیدواژگان: تحلیل پوششی داده ها، روش رویه پاسخ، کارایی، بهینه سازی، نیروگاه برق
  • محسن محرابی*، سعید ستایشی صفحات 61-70
    در این مطالعه، روشی برای مدل کردن سیگنال های داپلر اولتراسوند بدست آمده از جریان خون گذرنده از عروق دارای گرفتگی، با استفاده از شبیه سازی سیگنال های RF بدست آمده از پراکنده ساز، در زمان و عمق های متفاوت ارایه می شود. در این مدل فرض شده است تعدادی پراکنده ساز به صورت تصادفی در رگ توزیع شده اند و در هر زمان بر اساس سرعت حرکت خود در مکان جدید قرار می گیرند. اثر داپلر نیز بوسیله تغییر در شکل سیگنال دریافتی از پراکنده سازها، در هر زمان قابل مشاهده خواهد بود. به منظور یافتن مشخصه سرعت پراکنده سازها، رفتار جریان خون در عبور از شریان، مدل سازی گردید و مشخصه سرعت بدست آمده به عنوان ورودی مدل سیگنال های داپلر، به منظور بدست آوردن طیف داپلر سیگنال های اولتراسوند، مورد استفاده قرار گرفت. شکل گرفتگی بکار برده شده برای شریان خون بصورت کسینوسی با استفاده از مدل Tu & Devil می باشد. جریان ورودی به ناحیه گرفتگی به شکل پالس واقعی یعنی همان پالس جریان خون در رگ، و بر اساس مدل ومرسلی می باشد، در نتیجه آهنگ تغییرات شدت جریان و اعداد رینولدز به واقعیت نزدیک می باشند. همچنین سیال در نظر گرفته شده به منظور مشابهت با سیال خون به صورت سیال غیر نیوتونی Power Law در نظر گرفته شده است. بررسی مقادیر مشخصه سرعت تخمین زده شده با مقدار اعمال شده به عنوان ورودی و بدست آمدن نتایج با خطای حدود 6% برای هر دوحالت یکی با گرفتگی 70% و دیگری بدون گرفتگی بیانگر دقت این مدل و روش برای شبیه سازی سیگنال داپلر می باشد.
    کلیدواژگان: سیگنال داپلر، سیگنال RF، مدل ومرسلی، پالس جریان، سیال غیر نیوتنی
  • طه قیامی، فرهاد شهرکی*، جعفر صادقی، مهدی بیات صفحات 71-80
    اتیلن یک ماده بسیار مهم در صنایع پتروشیمی است که کاربرد اصلی آن در تولید پلیمرها است. معمولا از کراکینگ بخار اتان یا نفتا جهت تولید اتیلن استفاده می شود. مقدار کمی استیلن در این فرآیند تولید می شود. مقدار استیلن در محصول نباید از ppm 1 تجاوز کند، زیرا استیلن برای کاتالیست های پلیمرسازی واحدهای پایین دستی مضر می باشد. واحد هیدروژن دار کردن استیلن جهت حذف استیلن در واحدهای صنعتی طراحی شده است. در این واحد، حذف استیلن تا حداکثر ppm 1 در محصول خروجی و انتخاب پذیری اتیلن از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. در این مقاله بهینه سازی پویای راکتورهای هیدروژن دار کردن استیلن پتروشیمی مارون با در نطر گرفتن کاهش فعالیت کاتالیست ارایه شده است. در این مطالعه، از روش تکامل تفاضلی به عنوان یک روش قدرتمند برای تعیین پروفایل دمایی بهینه پویا برای دست یابی به بیشینه ی انتخاب پذیری اتیلن در یک دوره عملیاتی 720 روزه استفاده شده است. سپس به مقایسه ی نتایج بهینه سازی با شرایطی که در آن دماهای ورودی به راکتورها در 55 درجه سانتیگراد ثابت نگه داشته شوند و با شرایطی که در آن این دماها به طور خطی از 55 تا 90 درجه سانتیگراد افزایش داده شوند، پرداخته شده است. نتایج نشان داد وقتی دماهای ورودی در 55 درجه سانتیگراد ثابت باشند، استیلن خروجی از ppm 1 تجاوز می کند اما بهترین انتخاب پذیری بدست می آید. با افزایش خطی دماهای ورودی، استیلن خروجی از ppm 1 کمتر می شود اما انتخاب پذیری کاهش می یابد. یک مسیر دمایی بهینه برای وقتی که استیلن خروجی از ppm 1 کمتر می باشد، بیشینه ی انتخاب پذیری را بدست می آورد
    کلیدواژگان: بهینه سازی، راکتور، هیدروژناسیون، استیلن، انتخاب پذیری اتیلن، تکامل تفاضلی
  • سید ایوب میرطاوسی*، سید سپهر طباطبائی صفحات 81-91
    در سال های اخیر یکی از مسایل چالشی مطرح شده در حوزه ی مدلسازی، تعیین و تبیین رفتار یک ماده ویسوالاستیک مانند بافت نرم می باشد. به منظور بیان ارتباط میان تنش و کرنش بافت نرم از حسابان مرتبه کسری به عنوان یک ابزار مفید استفاده می گردد تمایل رفتار بافت نرم به رفتار به عنوان یک ماده ویسکوز خالص یا الاستیک خالص توسط پارمتری به نام مرتبه بیان می گردد. هرچند تنش و کرنش و نیز مرتبه خود توابعی از زمان هستند، هدف از این مقاله شناسایی مرتبه کسری به عنوان تابعی از حالت ماده می باشد. لذا لازم است به نحوی تابعیت زمان بین مرتبه و زوج تنش و کرنش حذف و مرتبه کسری به عنوان تابعی از وضعیت لحظه ای تنش- کرنش بیان شود. برای نخستین بار این تابعیت به صورت دینامیکی پیشنهاد می گردد. جهت اعتبارسنجی مدل پیشنهادی با استفاده از نتایج پژوهش های پیشین که مرتبه را به صورت تابع زمان تخمین زده اند، یک مدل فضای حالت آموزش داده می شود. سپس نتایج حاصل از مدل دینامیکی جدید با نتایج حاصل از آزمایش های دیگر مورد مقایسه قرار می گیرد. نتایج بدست آمده کارآمدی مدل پیشنهادی را به خوبی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بافت نرم، ماده ویسکوالاستیک، شناسایی دینامیکی، رابطه تنش-کرنش، حسابان مرتبه کسری، PEM
  • محمدمهدی فخاریان* صفحات 93-102
    در این مقاله یک جاذب کامل فرامواد غیرحساس به قطبش بر پایه گرافن در محدوده فرکانس تراهرتز ارایه شده است. این جاذب از یک لایه الگوی گرافن در بالای ساختار، یک لایه جداکننده دی الکتریک و یک لایه طلا در پایین ساختار تشکیل شده است. در ساختار پیشنهادی، قابلیت جذب کامل با حذف کامل تابش و نور منعکس شده و اتلاف کامل انرژی تابشی بررسی شده است. در ابتدا، ساختار پیشنهادی و فرآیند طراحی آن مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شد که در سه باند، نتایج جذب کامل در فرکانس های 2، 95/2 و 75/3 تراهرتز به ترتیب 5/93%، 8/99% و 1/98% محقق شده است. همچنین، مکانیسم فیزیکی عملکرد ساختار توسط توزیع سطحی میدان الکتریکی و همچنین تغییرات هندسی ساختار بررسی شده است. علاوه بر این، طراحی ساختار پیشنهادی با سطح گرافن این مزیت را فراهم کرده تا بتوان فرکانس تشدید را بدون تغییر مجدد ساختار پیشنهادی، توسط تغییرات سطح انرژی فرمی و زمان واهلش گرافن تنظیم نمود. با بررسی انجام شده، مشخص شد که جاذب کامل پیشنهادی فرامواد به قطبش حساس نبوده و نسبت به زاویه تابش تحمل بیشتری دارد. بر این اساس، جاذب باندوسیع پیشنهادی در این مقاله، در فیلتر، شناسایی، تصویربرداری، ردیاب های خورشیدی و سایر کاربردها دارای پتانسیل بالقوه است.
    کلیدواژگان: جاذب کامل، فرامواد، گرافن، سه باند، قطبش، تراهرتز
  • الهام پارسایی مهر، مهدی فرتاش*، جواد اکبری ترکستانی صفحات 103-112
    یکی از مراحل اولیه در بیشتر پردازش های زبان طبیعی، استخراج موجودیت نامدار از جمله است. در این زمینه تکنیک های مختلف مبتنی بر یادگیری ماشین ارایه شده است که بدون نیاز به پیچیدگی های استخراج ویژگی دستی، دقت بالاتری از خود نشان داده اند. لذا، دراین تحقیق ما برای گرفتن ویژگی های جمله ورودی از ترکیب دو مدل یادگیری عمیق شامل شبکه عصبی کانولوشن و همینطور حافظه کوتاه مدت طولانی استفاده می کنیم. با استخراج ویژگی های محلی کلمات توسط شبکه کانولوشن در کنار ویژگی های سراسری، اطلاعات بیشتری از جمله جهت کلاسبندی دقیقتر موجودیتها بدست میآوریم. ما معماری پیشنهادی مان را روی دو دیتاست CoNLL2003 و ACE05 ارزیابی می نماییم و نشان میدهیم که افزودن شبکه کانولوشن سطح کلمه باعث استخراج اطلاعات محلی مفیدی از کلمات موجود در جمله می شود که منجر به افزایش دقت سیستم می گردد. در نهایت، کارایی سیستم را با دیگر رقبا مقایسه مینماییم و برتری این معماری نسبت به دیگران گزارش داده می شود.
    کلیدواژگان: تشخیص موجودیت نامدار، تعبیه گذاری کلمه، LSTM، CNN، پردازش زبان طبیعی
  • مسعود رضائی، غلامرضا اسماعیلیان*، رامین صادقیان صفحات 113-129

    هدف از برنامه ریزی تولید در یک پالایشگاه، تولید هرچه بیشتر محصولات با ارزش مانند بنزین، سوخت جت، گازوییل و غیره و درعین حال تامین تقاضای بازار و سایر محدودیت ها است. پالایش نفت خام یکی از پیچیده ترین صنایع شیمیایی است ؛ بنابراین بهینه سازی برنامه ریزی تولید یک پالایشگاه نفت به عنوان یکی از دشوارترین و چالش برانگیزترین مسایل در این حوزه به شمار می رود. با توجه به تغییرات سریع در فن آوری های مرتبط با این صنعت همچون ساخت کاتالیست های جدید، طراحی واحدهای فرآیندی انعطاف پذیرتر، انعطاف پذیری پالایشگاه ها به سرعت در حال افزایش است. با افزایش انعطاف پذیری پالایشگاه ها، برنامه ریزی تولید آنها نیازمند داشتن یک مدل ریاضی است که به کمک آن بتوان در زمان مناسب بهترین تصمیم را برای برآورده کردن تقاضاهای موجود در بازار با کمترین هزینه تولید را اتخاذ نمود. در این مقاله، برنامه ریزی تولید یک پالایشگاه انعطاف پذیر به کمک روابط ریاضی بین پارامترهای کلانی همچون تقاضای محصولات، وضعیت های تولید، هزینه های ثابت و متغیر تولید و هزینه های نگهداشت فرآورده های نفتی مدل سازی و برای حل آن یک روش ترکیبی حاصل از تلفیق الگوریتم ژنتیک و روش ثابت سازی-بهینه سازی ارایه شده است. نتایج تحقیق به کمک 63 مسیله شبیه سازی شده در ابعاد کوچک، متوسط و بزرگ نشان می دهد که جواب نزدیک بهینه حاصل از روش ترکیبی به صورت میانگین در ابعاد کوچک و متوسط به ترتیب 23/0 و 12/0 درصد از جواب دقیق مسیله انحراف دارد. همچنین در ابعاد بزرگ که امکان محاسبه جواب دقیق توسط کامپیوتر وجود نداشت، این الگوریتم به طور میانگین در 87 ثانیه به جواب می رسد.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی تولید، پالایشگاه نفت، انعطاف پذیری، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم ثابت سازی- بهینه سازی، الگوریتم ترکیبی
  • محمد عباس زاده دربانی، سید ابوذر فنائی* صفحات 131-140

    در این کار تاثیر واکنش پایدارشده سطحی کاتالیزی و شرایط مرزی مختلف دیواره برای جریان غیر احتراقی مخلوط متان-هوا درون ریز با ترموالکتریک بررسی شده است. برای حل این مسیله از مدل عددی در حالت پایا و دو بعدی با فرض جریان تراکم ناپذیر با ضریب هدایت حرارتی و ویسکوزیته ثابت برای مخلوط متان-هوا استفاده شده است. برای اعتبار سنجی این مدل، تغییرات دمای بدون بعد بر حسب طول بدون بعد ریزمحفظه با داده های مقایسه شده که تطابق قابل قبول با حداکثر خطای 45/8 درصد را نشان می دهد. افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی از مقدار 2 تا 10 وات بر متر کلوین سبب کاهش مصرف جرمی متان شده اما با افزایش این ضریب تا مقدار 20 وات بر متر کلوین کاهش می یابد. در حالت دیواره با ضریب انتقال حرارت 10 با دو برابر کردن سرعت از 4/0 به 8/0 متر بر ثانیه میزان ولتاژ خروجی ترموالکتریک 37% افزایش می یابد. با توجه به این که با افزایش سرعت جریان ورودی مخلوط متان-هوا، راندمان در پایه های ترموالکتریک کاهش پیدا می کند توان ترموالکتریکی نیز کاهش یافته که تغییرات توان خروجی ترموالکتریک از بیشترین تا کمترین سرعت ورودی برابر با 70% می باشد.

    کلیدواژگان: واکنش سطحی کاتالیزی، حل عددی، مخلوط متان-هوا، ولتاژ خروجی، توان ترموالکتریکی
  • غلامرضا تدین فر* صفحات 141-153
    مناطق کوهستانی که بخش عمده ای از سرزمین ایران را فراگرفته است همواره مورد تهدید ناپایداری های دامنه ای و وقوع لغزش ناشی از آن بوده است. این پدیده، هرساله خسارات زیادی را به راه ها و اراضی مورد بهره برداری انسان در این مناطق وارد می کند. وجود عوامل مستعدکننده ناپایداری دامنه ها نظیر شیب، جنس لایه های زمین و کاربری اراضی موجب خسارت فراوان به منابع طبیعی از قبیل هدررفت سریع خاک، تخریب اراضی کشاورزی، جنگل ها و جاده ها می باشد. هدف از انجام این تحقیق، رسیدن به جایگاه، نقش و کاربرد روش مدل سازی عددی در پیش بینی وقوع زمین لغزش ها می باشد. لذا برای این منظور و در محیط نرم افزار FLAC نسبت به مدل سازی و تحلیل عددی به روش آنالیز برگشتی برای زمین لغزش سیلارد در حوضه آبخیز سد لتیان و با در نظرگرفتن تمام معیارهای ژیوتکنیکی (آزمایشات آزمایشگاهی و صحرایی و عوامل تاثیرگذار بر وقوع آن)، اقدام گردید و نتایج حاصله مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند. محاسبات مربوط به ضریب اطمینان برای پایداری شیب و نیز اندازه گیری جابجایی نقاط مفروض بر روی دامنه که بر روی مدل سازی دقیق هندسی و اعمال خصوصیات فیزیکی و مکانیکی لایه های خاک، صورت گرفت؛ نشان دادند که کاهش پارامترهای مقاومتی خاک منطقه به دلایلی همچون هوازدگی لایه های خاک و بارندگی از عوامل اصلی وقوع این لغزش بوده اند که نقش آب در آن به دو صورت کاهنده ی مقاومت (کاهش شدید چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی) و افزایش دهنده ی نیروی برشی از طریق فشار آب منفذی بواسطه ی اشباع شدن خاک بسیار برجسته است.
    کلیدواژگان: مدل سازی عددی، پارامترهای مقاومت برشی، زمین لغزش، حوضه سد لتیان، نرم افزار FLAC
  • سامان محمدی، ندا عظیمی*، محمد خزاعی صفحات 155-166
    امروزه یکی از روش های مناسب جهت بهبود انتقال حرارت، استفاده از فروسیالات تحت میدان مغناطیسی است. فروسیال، یک سوسپانسیون پایدار حاوی نانوذرات مغناطیسی و سیال پایه است که دارای ضریب هدایت حرارت بالاتری نسبت به سیال پایه می باشد. در این تحقیق، شبیه سازی CFD تاثیر میدان مغناطیسی ثابت بر میزان انتقال حرارت در جریان فروسیال آب- Fe3O4 در یک لوله ی مدور تحت شار حرارتی ثابت انجام شده است. شبیه سازی در دو قسمت، شامل عدم حضور میدان مغناطیسی و در حضور میدان مغناطیسی با اعمال شار حرارتی ثابت بر جداره ی لوله انجام شد. نتایج نشان داد که حضور نانوذرات مغناطیسی در آب در حالت عدم اعمال میدان مغناطیسی منجر به افزایش انتقال حرارت میان جداره ی لوله و سیال می شود. همچنین وجود نانوذرات در سیال پایه باعث افزایش عدد ناسلت در مقایسه با آب خالص می گردد. به علاوه، اعمال میدان مغناطیسی بر لوله به دلیل ایجاد جریان های عرضی در جریان، باعث افزایش خیلی بیشتر میزان انتقال حرارت به فروسیال شده است. در پایان، نتایج شبیه سازی CFD با نتایج آزمایشگاهی موجود در یک مرجع، مقایسه و تطابق خوبی مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی، انتقال حرارت، CFD، میدان مغناطیسی، فروسیال
  • روزبه غنیی، علی حبیبی، امیرحسین یزدان بخش* صفحات 167-172
    در این مقاله به مدل سازی فرایند صنعتی واکنش دی هیدروژناسیون سیکلوهگزان پرداخته شده است. طرح پیشنهادی متشکل از یک راکتور بسترثابت کاتالیستی است که با استفاده از ذرات کاتالیست پلاتین و اکسید آلومینیوم، فرایند دی هیدروژناسیون سیکلوهگزان و تبدیل آن به محصولات مهمی مانند بنزن و هیدروژن را تحقق می بخشد. در واقع بهینه سازی صورت گرفته، امکان تولید مقادیر زیادی هیدروژن را به عنوان یک سوخت دوست دار محیط زیست، به همراه بنزن و بدون تولید هیچگونه آلودگی را میسر می سازد. معادلات حاکم بر مسیله که شامل موازنه های جرم، انرژی، و معادله افت فشار هستند، همگی از نوع معادلات دیفرانسیل معمولی (ODE) می باشند که با فرض شرایط پایدار، حرکت جریان محوری بر روی بستر کاتالیستی همگن، و خصوصیات فیزیکی متغیر بدست آمده اند. در نتیجه، یک مدل ریاضی یک بعدی همگن برای مسیله در نظر گرفته شده که برای حل آن از روش رانگ کوتای مرتبه چهار استفاده شده است. در نهایت، منحنی های تغییرات دما، میزان تبدیل، و جزء مولی اجزا در طول راکتور ترسیم و تفسیر شدند. و پس از آن، عملکرد راکتور توسط الگوریتم ژنتیک بهینه سازی شد که در نتیجه آن میزان تولید محصول 0.88 % افزایش یافت.. همچنین، برای اطمینان از دقت و اعتبارسنجی مدل ارایه شده، نتایج شبیه سازی با اطلاعات ازمایشگاهی مقایسه شده اند که دقت قابل قبولی حاصل گشته است.
    کلیدواژگان: دی هیدروژناسیون، سیکلو هگزان، راکتور بستر ثابت، مدل سازی، بهینه سازی
|
  • Samaneh Emami *, Masoumeh Najm, Mehdi Sedighi Pages 1-15

    The increasing capabilities of integrated circuits and the complexity of applications have led hardware design methods and tools to higher levels of abstraction. High-level synthesis is one of the key steps in increasing the level of abstraction, and the more concise the initial description in the intended application, the more efficient the high-level synthesis will be. Arithmetic applications are among the applications in which the initial input is very abstract. In recent years, extensive research has been conducted on the design of arithmetic reconfigurable architectures. Since, on the one hand, the effective use of these architectures depends on the existence of appropriate algorithms and tools to implement the design on the hardware, and on the other hand, research on the development of these algorithms has been very limited, this paper will present methods for optimizing the automated synthesis of arithmetic circuits on a coarse-grained reconfigurable architecture. These optimizations include mapping optimization, delay optimization, and area optimization. The platform chosen to execute the proposed algorithm is the DARA coarse-grained reconfigurable architecture, which is optimized for decimal arithmetic. The results show that implementing the TELCO benchmark on DARA using proposed optimizations entails about 30% gain in the area of the circuit.

    Keywords: High level synthesis, Delay optimization, Area optimization, Arithmetic circuit, Reconfigurable architecture
  • Ahmad Salehi Dobakhshari * Pages 17-28
    Wide-area protection of electric power transmission networks against faults was the main motivation behind the invention of synchronized phasor measurements. However, global positioning system (GPS) signal loss and synchronization errors on the one hand and variability of external network parameters on the other hand have prohibited utilization of wide-area protection of transmission network. This paper introduces a novel approach for wide-area protection in order to address the above-mentioned problems. By utilizing the measurements provided by phasor measurement units (PMU) located at border substations of the internal protected network, the proposed approach will be independent of external network parameters. Moreover the proposed formulation avoids using phase angle of PMU measurements, as opposed to existing methods that are vulnerable to loss or incorrect value of even one of phase angles of voltage/current synchrophasors. Another advantage of the proposed approach is avoidance of zero-sequence network parameters as well as identifying the faulted line regardless of fault type and its resistance. Simulation studies for the 9-bus Western Systems Coordination Council (WSCC) confirm high accuracy of the proposed approach in identifying the faulted transmission line.
    Keywords: Least-squares estimation, Wide-area protection, fault, Transmission line, Phasor measurement units (PMU)
  • Alireza Ahangrani Farahani, Hamed Arefkhani, Majid Hosseini *, Amirhosseini Tavakoli Pages 29-39

    In this paper, the parameters of the dynamic model of a three-degree-of-freedom simulator based on air bearing, including moment of inertia, center of mass, using experimental data in a maneuver in two ways: 1- hybrid optimization method of genetic algorithm and second-order programming and 2- The method of least squares error is estimated. To do this, a position maneuver is performed using reaction wheels, and torque values as well as angular velocities around three axes are recorded. The table parameters are then estimated using the stored data and the implementation of the two methods. The results show that with the least squares method, unlike the hybrid optimization algorithm, with a attitude control test from the non-zero initial point to the origin, it is not possible to derive a good estimate and different tests are needed to stimulate all system modes. While in the hybrid optimization method, by performing the same experiment, the desired results of the system estimation can be presented. To validate the implemented algorithm, the performance of the closed loop of the table in the laboratory environment and the simulated model were evaluated and compared, which indicates the appropriate accuracy (less than 5% error) of the estimation methods.

    Keywords: attitude determination, control simulator, Parameter estimation, least squares error algorithm, Hybrid Optimization Algorithm
  • Elham shadkam*, Mehrnaz Ghayoor Pages 41-59

    Multi-response problems are always one of the most challenging areas of optimization. In this paper, the ROYKA hybrid method is presented to optimize multi-response problems, which is a combination of two methods of response surface and data envelopment analysis. In the ROYKA method, the efficiency surface is created and optimized, and in fact, one efficiency surface replaces several response surfaces, and the problem is changed from a multi-response mode to a single response. Therefore, in the proposed method, in addition to optimizing the response surface, the efficiency of decision-making units is also maximized. The result of this method is to determine the input and output parameters of the ideal and new decision-making unit, which also has the maximum amount of efficiency.Due to the high importance of the electricity industry and energy production, power plants, which are responsible for a very important part of electricity generation, have to increase the efficiency of their activities in order to make better use of resources. For this purpose, the proposed method of ROYKA for fourteen power plants in the country has been studied, which in addition to determining the efficiency of each power plant to determine the optimal parameters for the construction of a new power plant with maximum efficiency. Finally, in order to validate the proposed method, three other similar approaches have been used for the mentioned problem and the results show the superiority of the ROYKA method.

    Keywords: Data Envelopment Analysis, Response surface method, Efficiency, Optimization, Power Plan
  • Mohsen Mehrabi *, Saeed Setayeshi Pages 61-70
    In this study, a method has been proposed to model doppler ultrasound signals from blood flow passing through stenosed vessels using simulation of RF signals obtained from scattering points (Red blood cells) in different times and depths. In this model, it is supposed that several scattering points are randomly distributed in the vessel. The scattering points can be located in new positions based on their velocity in any time. Therefore, doppler Effect can be observed in anytime, with changing of received signals shape obtained from moving scatterers. The velocity profile of the scattering point was determined by modeling the blood flow pattern through arteries to further elucidate the Doppler spectrum of the applied ultrasound signals. A cosine stenosis shape was considered using Tu & Devil model as it is sufficiently similar to the normal shape of stenosis in the arteries. The input flow to the stenosed zone was the same as the pulsatile blood flow in the vessel, based on the Womersley model. As a result, changing of flow intensity and Reynolds number are very similar to reality. For similarity of considered fluid to blood fluid, the intended fluid is used in the form of non-Newtonian fluid. Investigation of the estimated velocity profile compared with the applied input value led to the error rate of 6% for both normal and stenosed (70%) cases, confirming the accuracy of this model and the method for simulating doppler signal.
    Keywords: Doppler signal, RF signal, Pulsatile blood flow, Non-Newtonian fluid, Womersley model
  • Taha Ghiyami, Farhad Shahraki *, Jafar Sadeghi, Mehdi Bayat Pages 71-80
    Ethylene is a very important material in petrochemical industries, whose chief application is producing polymers. The steam cracking of naphtha or ethane is usually applied to produce ethylene. A small amount of acetylene is produced in this process. The amount of acetylene in the product stream should not exceed 1 ppm, because it is harmful to polymerization catalysts in downstream units. The acetylene hydrogenation unit is designed for acetylene removal in industrial plants. In this unit, the removal of acetylene up to 1 ppm in the product stream and ethylene’s selectivity are of great importance. In this paper, the dynamic optimization of acetylene hydrogenation reactors of Marun petrochemical complex with considering catalyst deactivation is presented. In this study, the differential evolution (DE) method is used as a powerful method for determination of a dynamic optimal temperature profile to achieve maximum of ethylene’s selectivity in a period of 720 operating days. Then, the optimal results are compared with the condition wherein the inlet temperatures of the reactors are maintained constant at 55 ˚C and with the condition wherein the inlet temperatures of them increase linearly from 55 to 90 ˚C. The results showed when the inlet temperatures are kept 55 ˚C, the outlet acetylene exceed 1 ppm, but the best selectivity is achieved. With a linear increase in the inlet temperatures, the outlet acetylene is below 1 ppm but the selectivity is decreased. An optimal temperature profile maximizes the selectivity when the outlet acetylene is below 1 ppm.
    Keywords: Optimization, Reactor, Hydrogenation, Acetylene, Ethylene&rsquo, s selectivity, differential evolution
  • S. Ayoub Mirtavoosi *, S. Sepehr Tabatabaei Pages 81-91
    One of the recent challenges in modeling is to determine and explain the behavior of a viscelastic material such as soft tissue. In order to correlate the soft tissue stress and strain, fractional order calculus is used as a promising approach. The tendency of soft tissue to behave as a pure viscous or pure elastic material is expressed by a parameter called order. Although stress and strain, as well as the order, are all functions of time, the purpose of this paper is to identify the order as a function of the state of the material. Therefore, it is necessary to somehow eliminate the time relationship between the order and the stress and strain pair and express the fractional order as a function of the momentary stress-strain. Here, this functionality considered as a dynamic model. To validate the proposed model, a state-space model is extracted using the results of previous studies estimated the order as an explicit function of time. The results of this novel dynamic model are then compared with the former methods. The obtained results show the efficiency of the proposed model.
    Keywords: Soft Tissue:Viscoelastic Material, :Dynamic Identification, :Stress-Strain Relationship, :Non-integer Order Calculus, : PEM
  • Mohammad M Fakharian * Pages 93-102
    This paper presents a graphene-based polarization-insensitive metamaterial perfect absorber at terahertz frequency range. The absorber consists of a graphene pattern layer at the top of the structure, a dielectric spacer layer, and an Au layer at the bottom of the structure. In the proposed structure, the ability of perfect absorption is investigated by the complete suppression of radiation and reflected light and the complete dissipation of incident energy. At the first, the proposed structure and its design process are verified and it is shown that in the three bands, the results of perfect absorption at frequencies of 2, 2.95 and 3.75 terahertz are achieved with absorption rates of 93.5%, 99.8% and 98.1%, respectively. Also, the physical mechanism of structure performance is investigated by the surface distribution of the electric field, as well as the geometric changes of the structure. In addition, the design of the proposed structure with graphene provides this advantage so that the resonant frequency can be adjusted by changing the Fermi energy level and graphene relaxation time without changing the proposed structure again. With the study, it is found that the proposed metamaterials perfect absorber is not sensitive to polarization and is more tolerant to the angle of incident radiation. Accordingly, the proposed broadband absorber in this paper has potential in imaging, detection, filtering, solar tracking and other applications.
    Keywords: Perfect absorber, metamaterial, Graphene, triple-band, polarization, Terahertz
  • Elham Parsaeimehr, Mehdi Fartash *, Javad Akbari Torkestani Pages 103-112
    One of the main processes in most natural language processing (NLP), is named entity recognition (NER). In this regard, some machine learning techniques have been presented that traditionally use manual features. Also, in recent years, deep neural network-based models have been proposed that achieve higher accuracy without relying on huge computations for feature engineering. Thus, in this article, we employ a combination of two deep learning models to capture the properties of the input sentence, including: long short term memory (LSTM) and convolutional neural network (CNN). In this architecture, extracting local features along with global features, more information is acquired for more accurate classification. We evaluate the performance of this architecture on two datasets CoNLL2003 and ACE05; and demonstrate that by adding a word level CNN, useful local properties are extracted that enhance the accuracy of the performance. Finally, we compare the performance of our system with competitors and our superiority is reported.
    Keywords: Named Entity Recognition, LSTM, CNN, Word Embedding, Natural Language Processing
  • Masood Rezaei, GholamReza Esmaeilian *, Ramin Sadeghian Pages 113-129

    The goal of production planning in a refinery is to produce as many valuable products as possible such as gasoline, jet fuel, diesel, etc., while meeting market demand and other constraints. Crude oil refining is one of the most complex chemical industries; Therefore, optimizing the production planning of an oil refinery is considered as one of the most difficult and challenging issues in this field. Due to rapid changes in industry-related technologies such as the construction of new catalysts, the design of more flexible process units, the flexibility of refineries is increasing rapidly. With the flexibility of refineries, their production planning requires a mathematical model that can be used to make the best decision at the right time to meet market demand at the lowest production cost. In this paper, the production planning of a flexible refinery is modeled using mathematical relationships between macro parameters such as product demand, production conditions, fixed and variable production costs, and inventory costs of petroleum products. To solve it, a hybrid algorithm of combining genetic algorithm and fix and optimize is proposed. The results with using of 63 simulated problems in small, medium and large dimensions show that the near-optimal solution obtained from the hybrid method deviates 0.23 and 0.12 percent of the exact solution of the problem on average in small and medium dimensions respectively. Also in large dimensions where it was not possible to calculate the exact answer by the computer, this algorithm can answer in an average of 87 seconds.

    Keywords: Production Planning, Oil Refinery, Flexibility, Genetic algorithm, Fix, Optimize Algorithm, Hybrid Algorithm
  • Mohammad Abbaszadeh Darbani, Sayyed Aboozar Fanaee * Pages 131-140

    In this work, the effect of catalytic surface reaction and different wall boundary conditions for the non-combustion flow of endocrine-methane air mixture with thermoelectric is investigated. To solve this problem, a stable and two-dimensional numerical model with the assumption of incompressible flow with thermal conductivity and constant viscosity for methane-air mixture has been used. To validate this model, the dimensionless temperature changes in terms of dimensionless dimension of the microcontroller are compared with the data that show an acceptable agreement with a maximum error of 8.45%. Increasing the transfer heat transfer coefficient from 2 to 10 watts per Kelvin reduces the mass consumption of methane, but by increasing this coefficient to 20 watts per Kelvin decreases. To validate this model, the dimensionless temperature changes in terms of dimensionless dimension of the microcontroller are compared with the data that show an acceptable agreement with a maximum error of 8.45%. Increasing the transfer heat transfer coefficient from 2 to 10 watts per Kelvin reduces the mass consumption of methane, but by increasing this coefficient to 20 watts per Kelvin decreases. In the wall mode, with a heat transfer coefficient of 10, the thermoelectric output voltage increases by 37% by doubling the velocity from 0.4 to 0.8 m / s. Due to the fact that with increasing the inlet velocity of the methane-air mixture, the efficiency in thermoelectric bases decreases, the thermoelectric power also decreases that the thermoelectric output power changes from the maximum to the minimum inlet velocity equal to 70%.

    Keywords: Catalytic surface reaction, Numerical Solution, Methane-air mixture, Exhaust voltage, Thermoelectric power
  • Gholamreza Tadayonfar * Pages 141-153
    The mountainous areas that cover most of Iran have always been threatened by slope instabilities and landslides. This phenomenon causes a lot of damage to the roads and lands used by humans in these areas every year. The predisposing factors of slope instability such as slope, soil layers and land use cause a lot of damage to natural resources such as rapid soil loss, destruction of agricultural lands, forests and roads. The purpose of this study is to reach the position, role and application of numerical modeling in predicting landslides. Therefore, for this purpose and in FLAC software environment, modeling and numerical analysis were performed by reverse analysis method for seismic landslide in Latian dam watershed and considering all geotechnical criteria (laboratory and field experiments and factors affecting its occurrence). The results were reviewed and evaluated.Reliability calculations for slope stability as well as measuring the displacement of assumed points on the slope, which was performed on accurate geometric modeling and application of physical and mechanical properties of soil layers; showed that the reduction of soil resistance parameters in the region for reasons such as weathering of soil layers and rainfall have been the main causes of this landslide in which the role of water in reducing resistance (severe reduction of adhesion and internal friction angle) and increasing shear force from The pore water pressure is very prominent due to soil saturation.
    Keywords: Landslide, Shear strength parameters, Latian Dam, Numerical modeling, FLAC Software
  • Saman Mohammadi, Neda Azimi *, Mohammad Khazaei Pages 155-166
    Today, one of the best methods to improve heat transfer is using ferrofluid under the effect of a magnetic field. Ferrofluid is a stable suspension containing magnetic nanoparticles and a base fluid that nanoparticles has a higher heat conductivity than the base fluid. In this study, CFD simulation of the effect of a constant magnetic field on the heat transfer rate in the water-Fe3O4 ferrofluid flow in a circular tube under constant heat flux was performed. The simulation was performed in two parts, including the absence of the magnetic field and in the presence of the magnetic field by applying a constant heat flux to the pipe wall. The results showed that the presence of magnetic nanoparticles in water in the absence of magnetic field leads to increasing heat transfer between the tube wall and the fluid. In addition, the presence of nanoparticles in the base fluid increases the Nusselt number compared to pure water. Moreover, applying magnetic field on the tube wall greatly increased the rate of heat transfer to the ferrofluid due to the creation of secondary flows. Finally, the CFD simulation results were compared to the experimental results in a reference and well agreement was seen.
    Keywords: Nanoparticles, Heat transfer, Ferrofluid, CFD, Magnetic Field Ferrofluid
  • Roozbeh Ghani, Ali Habibi, Amirhosein Yazdanbakhsh * Pages 167-172
    In this paper, the modeling of the industrial cyclohexane dehydrogenation process is done. The proposed configuration consists of a packed bed reactor including Pt/Al2O3 catalyst particles where cyclohexane will be dehydrogenated to significant products such as benzene and hydrogen. Besides, the optimization makes it possible to produce larger amounts of hydrogen as an environmentally friendly fuel, along with benzene, without production of any pollution. The governing equations including mass balance, energy balance, and pressure drop which are of the ordinary type (ODE) are achieved based on the steady-state conditions in which the feed flows are axial throughout the homogenous catalyst beds with variable physical properties. As the result, the one-dimensional homogenous mathematical model and the 4th order Runge-Kutta method is applied to solve them. Finally, the temperature change curves, conversion rates, and molar components of the components along the reactor were plotted and interpreted. After that, the reactor performance was optimized by a genetic algorithm, which resulted in a 0.88% increase in product output.. Afterwards, to approve the correctness and validity of the model, the simulation results are compared with the experimental data and acceptable agreement is achieved.
    Keywords: Dehydrogenation, Cyclohexane, Fixed bed reactor, modeling, Optimization