فهرست مطالب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک - سال سی و چهارم شماره 1 (بهار 1401)

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال سی و چهارم شماره 1 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/30
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سامان کسمائی*، مهران تاج فر، سیروس کسمائی صفحات 1-19

    در این مطالعه به بررسی تاثیر پارامتر های جت دمشی که شامل مکان، زاویه، ضریب ممنتوم و مساحت دهانه می باشد، در میانگین ضرایب و پارامتر عملکرد آیرودینامیکی بالواره متقارن ناکا0012 پرداخته شده است. بالواره دارای حرکت نوسانی سینوسی حول یک چهارم وتر می باشد. در اثر این حرکت زاویه حمله بالواره از 5- تا 25 درجه تغییر می کند. پنج مکان 1، 4، 6، 10 و 20 درصد طول وتر مورد بررسی قرار گرفتند و نتایچ نشان دادند که قرارگیری جت در مکان 1 درصد طول وتر نسبت به سایر مکان ها مناسب تر است و باعث بهبود قابل توجه ای در عملکرد و تاثیر بیشتر جت در کنترل جریان می شود . سه زاویه 60،30 و 90 درجه به عنوان زوایای جت خروجی در نظر گرفته شدند و مشاهده شد که زاویه 60 درجه نسبت به دو زاویه دیگر در کنترل جریان بهتر عمل می نماید و این زاویه موثر در اثر افزایش اندازه دهانه خروجی، کاهش می یابد. نتایج نشان دادند که یک روند صعودی یا نزولی منظم برای تاثیر زاویه وجود ندارد. برای ضریب ممنتوم جت که در واقع هدف از آن بررسی تاثیر سرعت جت دمشی بود، مقادیر 0.04، 0.08 و 0.14 در یک اندازه دهانه ثابت در نظرگرفته شد. نتایج حاکی از آن بود که افزایش سرعت جت خروجی و همچنین افزایش اندازه دهانه جت باعث بهبود عملکرد آیرودینامیکی می شود اگرچه با افزایش اندازه دهانه در ضریب ممنتوم ثابت، ضریب برای میانگین کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: واماندگی دینامیکی، کنترل کننده فعال، جت دمشی پیوسته، جریان ناپایا، عملکرد آیرودینامیکی
  • اکرم جهانبخشی، افشین احمدی ندوشن*، مرتضی بیاره صفحات 21-36

    در پژوهش حاضر، در یک چاه حرارتی از دو هندسه ی میکرولوله و میکروکانال به صورت همزمان استفاده شده است و هدف، بهبود عملکرد میکروچاه حرارتی در خنک کاری پردازنده های دیجیتال است. همچنین از نانوسیال نقره-(آب- اتیلن گیلیکول 50%) استفاده شده است. به منظور حل معادلات موجود از نرم افزار انسیس- فلوینت استفاده شده است. برای حل معادله مومنتوم از روش UPWIND مرتبه دوم و جهت کوپل میدان سرعت و فشار، روش سیمپل با شبکه فشار جابجا شده به کار رفته است. نتایج بدست آمده بیان می کند که با افزایش رینولدز جریان به دلیل بالا بودن دبی، دمای جریان سیال در طول میکروچاه حرارتی تغییر کمتری دارد. همچنین با افزایش غلظت نانوذرات و بهبود عمکرد انتقال حرارت، دمای سطح پردازنده کاهش قابل توجهی می یابد. به طوریکه در رینولدز 700 و کسر حجمی 5/0% میانگین دمای خروجی از سیستم برابر1/316 درجه کلوین است و در کسر حجمی 1%، برابر 03/319 درجه کلوین است. همچنین افزودن میکرولوله موجب افزایش قابل توجهی در ضریب حرارتی کلی سیستم می شود به طور مثال ضریب انتقال حرارت برای جریان سیال پایه در رینولدز 300، برای سیستم دارای میکرولوله تقریبا 4/58% بیشتر از حالت بدون میکرو لوله است. و برای رینولدزهای 700 و 1500 این افزایش به ترتیب برابر 3/63% و 9/50% است. این امر بیانگر آن است که وجود میکرولوله باعث ارتقای عملکرد چاه حرارتی و بهبود دسترسی انتقال حرارت در قسمت های مختلف تجهیز به جریان سیال خنک کننده و کاهش مقاومت حرارتی نقاط دور دست پردازنده شده است و در نهایت، میزان گرمای بیشتری از سطح پردازنده جذب می شود.

    کلیدواژگان: میکروکانال چاه حرارتی، میکرولوله چاه حرارتی، مدلسازی عددی، نانوسیال
  • علیرضا آلبویه*، علی دادرسی، محمدامین رضوی کیا صفحات 37-48
    کاربید بور (BC3) یکی از مواد دو بعدی نوظهور می باشد که خواص شیمیایی، مکانیکی و حرارتی منحصر به فردی را به نمایش گذاشته است. در این مقاله، خواص مکانیکی ساختار کاربید بور با بهره گیری از شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از پتانسیل ترسوف و شرایط مرزی دوره-ای، دو المان جایگاه نقص دایروی و تغییرات دما بر ساختار کاربید بور مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. نتایج بدست آمده از شبیه سازی تست کشش بر ساختار کاربید بور نشان داد، کمترین مقدار مدول یانگ و نیز تنش و کرنش در نقطه ی شکست در نمونه دارای نقص در مرکز ساختار اتفاق افتاد. همچنین با تغییرجایگاه نقص به سمت لبه ها، خواص مکانیکی افزایش یافت. با تغییر جایگاه نقص از مرکز ساختار به لبه ها، مقادیر مدول یانگ، تنش و کرنش در نقطه ی شکست در راستای زیگزاگ به ترتیب 29/1%، 1/15% و 20% افزایش یافت. بررسی تغییرات دما از 100 کلوین تا 1000 کلوین نشان داد که افزایش دما باعث کاهش خواص مکانیکی شد، به طوری که مقدار مدول یانگ از 21/781 گیگاپاسکال در دمای 100 کلوین به 19/616 گیگاپاسکال در دمای 1000 کلوین کاهش یافت. همچنین، مقدار تنش و کرنش در نقطه ی شکست برای تغییرات دمای ذکر شده نسبت به دمای 100 کلوین به ترتیب 43/05% و 51/08% کاهش یافت.
    کلیدواژگان: دینامیک مولکولی، خواص مکانیکی، شبیه سازی، کاربید بور، نقص مکانیکی
  • حسین ارزنده، حسن مسلمی نائینی*، مهدی تاجداری، سیامک مزدک، مانابو کیوچی صفحات 49-60

    در این مقاله، اثر طراحی الگوی گل روی انرژی مصرفی و نیز چگونگی توزیع نیروی وارد بر غلتک ها در ایستگاه های مختلف شکل دهی مجدد غلتکی سرد به صورت تجربی و عددی بررسی گردیده است. جهت مطالعه اثر متغیرها از شبیه سازی اجزای محدود سه بعدی استفاده شده و جهت اطمینان از صحت شبیه سازی ها آزمایش عملی انجام شده است. بمنظور صحه گذاری نتایج شبیه سازیها، از مقایسه ابعادی و توان مصرفی استفاده شده است. ضمن معرفی شیوه های مختلف طراحی الگوی گل، نیروی اعمالی بر غلتک ها در سه طراحی مختلف الگوی گل بررسی شده و در هر روش تغییرات کار خارجی و انرژی داخلی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. نحوه توزیع نیروی وارد بر غلتک ها در هر روش نیز تشریح شده است. علاوه بر انرژی مصرفی کمینه، یکنواختی توزیع نیروی وارد بر غلتک ها نیز به عنوان معیاری برای طراحی الگوی گل معرفی شده است. نشان داده شده که استفاده از معیار یکنواختی نیروی اعمالی به غلتک ها در کنار معیار انرژی مصرفی کمینه، موجب افزایش دقت ابعادی محصول می شود.

    کلیدواژگان: شکل دهی مجدد غلتکی سرد، الگوی گل، یکنواختی توزیع نیرو، انرژی مصرفی
  • محمدصالح برقی جهرمی، ولی کلانتر*، محمد سفید، مسعود ایرانمنش، هادی صمیمی اخیجهانی صفحات 61-80

    هوا گرم کن های خورشیدی مشبک را می توان به منظورگرمایش ساختما ن ها و فضا های بزرگ، کاربرد های صنعتی و خشک کردن محصولات کشاورزی استفاده نمود. ساختار جریان و مکانیسم های انتقال حرارت جابجایی بر عملکرد هوا گرم کن های خورشیدی مشبک بدون پوشش بسیار مهم است. در این هوا گرم کن ها هوا به وسیله صفحه جاذب مشبک (سوراخ دار) معمولا فلزی گرم می شود. در این تحقیق، از صفحه جاذب ازجنس مس استفاده شده است و برای دبی های به ترتیب (007/0 ، 01/0 ، 0125/0 ، 015/0) کیلوگرم بر ثانیه شبیه سازی عددی صورت گرفته است. برای این که شبیه سازی با واقعیت فیزیکی مسیله انطباق داشته باشد، شبیه سازی صورت گرفته به صورت سه بعدی، غیردایم با دامنه محاسباتی بزرگ و مکش پیوسته می باشد. پارامتر های راندمان حرارتی، دبی جریان و دمای خروجی مورد بررسی قرارگرفت. طبق نتایج بدست آمده، با کاهش دبی جرمی، دمای صفحه جاذب و به دنبال آن دمای هوای خروجی افزایش پیدا می کند؛ اما افزایش دمای صفحه جاذب بیشتر از افزایش دمای هوای خروجی است. با افزایش دبی، بازده حرارتی هواگرم کن خورشیدی صفحه تخت مشبک افزایش پیدا می کند که کمترین بازده در دبی 007/0 کیلوگرم برثانیه با مقدار51/66 درصد و بیشترین بازده در دبی 015/0 کیلوگرم بر ثانیه با مقدار02/78 درصد می باشد.

    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، کلکتورخورشیدی صفحه تخت مشبک بدون پوشش، آنالیز حرارتی و سیالاتی، بازده حرارتی
  • قاسم اعظمی راد*، بهروز آرزو صفحات 81-96
    نیروی ورق گیر ازجمله پارامترهای مهم و تاثیرگذار در عملیات شکل دهی قطعات ورقی است. اندازه این نیرو در اطراف قطعه می تواند در رفع عیوب پارگی و چین خوردگی در نقاط مختلف قطعه بسیار موثر باشد. در قطعات متقارن محوری نیروی ورق گیر یکنواخت مناسب می تواند از بروز هر دو عیب مذکور جلوگیری کند ولی برای قطعات غیرمتقارن محوری رسیدن به نیروی ورق گیر یکنواخت مناسب معمولا دشوار است. در این حالت نیروی ورق گیر غیریکنواخت می تواند در بهبود کیفیت قطعات تولیدی تاثیر بسزایی داشته باشد. واضح است که شبیه سازی فرآیند شکل دهی در نرم افزارهای المان محدود و استفاده موثر از الگوریتم های بهینه سازی می تواند کمک شایانی به طراح در تعیین مقدار نیروی ورق گیر غیریکنواخت داشته باشد. در این پژوهش راه کاری جهت تعیین خودکار نیروی ورق گیر غیریکنواخت برای شکل دهی قطعات ورقی ارایه شده است. در این روش که به کمک نرم افزارهای کتیا، آباکوس و مدفرانتیر ایجاد شده است انجام شبیه سازی های مختلف و تغییر پارامترهای ورودی نیرو به صورت کاملا خودکار انجام می گیرد تا اینکه شرایط مناسب برای شکل دهی ورق مشخص شود. برای نمایش شیوه عملکرد این ساختار دو قطعه با هندسه های متنوع مورد بررسی قرار گرفت. در این دو هندسه رسیدن به قطعه بدون عیب پارگی و چین خوردگی با نیروی ورق گیر یکنواخت امکان پذیر نبود، ولی نتایج نشان داد با استفاده از روش بیان شده در این پژوهش می توان به صورت خودکار به چیدمان غیریکنواخت مناسبی از نیروهای ورق گیری دست یافت که قطعه ای بدون عیب پارگی و با پتانسیل کم چین‎خوردگی تولید می کند.
    کلیدواژگان: نیروی ورق گیر غیریکنواخت، شکل دهی قطعات ورقی، نرم افزار مدفرانتیر
|
  • Saman Kasmaiee *, Mehran Tadjfar, Siroos Kasmaiee Pages 1-19

    In this study, the effect of blowing jet parameters, which include location, blowing angle, momentum coefficient, and orifice area, on the average aerodynamic coefficients and aerodynamic performance parameter of the NACA0012 is investigated. The airfoil has a sinusoidal oscillating motion around a quarter of the chord. As a result of this movement, the angle of attack of the airfoil changes from -5 to 25 degrees. Five locations by 1, 4, 6, 10, and 20% of the chord length were examined and the results showed that the placement of the jet at 1% of the chord length is more appropriate than the other locations and significantly improves performance and have more impact on the flow control. Three angles of 30, 60, and 90 degrees were considered as the angles of the blowing jet and it was observed that the angle of 60 degrees is better in controlling the flow than the other two angles and this effective angle decreases when orifice length increases. The results show that there is no regular uptrend or downtrend for the angle effect. For the jet momentum coefficient, which actually aimed to investigate the effect of blowing jet velocity, the values of 0.14, 0.08, and 0.04 were considered while the orifice length is considered constants for these cases. The results showed that increasing the blowing jet velocity as well as increasing the jet orifice length improves aerodynamic performance, although increasing the orifice length at a constant momentum coefficient decreases the mean of lift coefficient.

    Keywords: Dynamic stall, Active controller, Continuous blowing jet, Unsteady flow, Aerodynamics performance
  • Akram Jahanbakhshi, Afshin Ahmadi Nadooshan *, Morteza Bayareh Pages 21-36

    In the present study, two geometries of microtube and microchannel are used simultaneously in a heatsink. The aim is to improve the performance of micro heatsink in cooling digital processors. ANSYS FLUENT software is employed to solve the governing equations. The second-order upwind method is utilized to solve the momentum equation and the SIMPLE method is employed for coupling the velocity and pressure fields. The results show that the fluid flow temperature changes less along with the micro heatsink by increasing the Reynolds number due to the high flow rate. Also, the surface temperature of the processor decreases significantly by enhancing the concentration of nanoparticles and improving the heat transfer performance. Hence, at Re =700 and a volume fraction of 0.5%, the average outlet temperature of the system is 316.1 K. It is equal to 319.03 K for a volume fraction of 1%. The addition of microtubes also causes a significant increment in the overall thermal efficiency of the system. For example, at Re = 300, the heat transfer coefficient for the base fluid flow with microtubes is approximately 58.4% higher than that for the system without microtubes. At Re =700 and 1500, this enhancement is 63.3% and 50.9%, respectively. This indicates that the presence of microtubes improves the performance of the heatsink and the access of heat transfer in different parts of the equipment to the cooling fluid flow. It reduces the thermal resistance of far points of the processor, leading to more heat absorption from the CPU surface.

    Keywords: microtube, thermal, hydrodynamic behavior, microchannel, heat sink, Nanofluid
  • Alireza Albooyeh *, Ali Dadrasi, Mohammadamin Razavikia Pages 37-48
    Boron carbid (BC3) is a new two-dimensonal structure that exhibits unique chemical, thermal and mechanical peroperties. In this paper the mechanical properties of BC3 structure were investigated by using of molecular dynamics simulation. By using of Tressof potential and periodic boundry conditions, two elements of circular defect and followed temperature changes on BC3 structure were analyzed. The results of tensile test on boron carbide structure showed that the lowest young’s modulus as well as the failure stress and strain at the breaking point occurred in sample with central defect. Also, by changing the position of the defect towards the edges, the mechanical properties increased. By changing the position of the defect from the center of the structure to the edges, the values of young's modulus, stress and strain at the breaking point in th zigzag direction increased by 1.29%, 15.1% and 20%, respectively. Examination of temperature changes from 100K to 1000K showed that the increase in temperature reduced the mechanical properties, so that the value of the young's modulus decreased from 781.21 GPa at 100K to 616.19 GPa at 1000K. Also, the amount of stress and strain at the breaking point for the mentioned temperature compared to 100 K decreased by 43.05% and 51.08%, respectively.
    Keywords: Molecular Dynamics, Mechanical properties, simulation, boron carbid, Defect
  • Hosein Arzandeh, Hassan Moslemi Naeini *, Mahdi Tajdari, Siamak Mazdak, Manabo Kiuchi Pages 49-60

    In this paper, the effect of flower pattern design in the cold roll reshaping process, on the energy consumption and uniform distribution of force on the rollers at different forming stations, is investigated experimentally and numerically. Three-dimensional finite element simulations have been used to study the effect of variables and practical experiments have been performed to ensure the accuracy of the simulations. Dimensional and power consumption comparisons have been used to validate the simulation results. Along with the introduction of different design methods, the applied force on the rollers is studied in three different designs of the flower pattern and in each method, changes in external work and internal energy are studied. The distribution of force on the rollers in each method is also described. In addition to the minimum energy consumption, the uniformity of the force distribution on the rollers has also been introduced as a criterion for the design of the flower pattern It has been shown that using the criterion of uniformity of force applied to the rollers along with the criterion of minimum energy consumption, increases the dimensional accuracy of the product.

    Keywords: Reshaping of cold roll forming, Flower pattern, Uniform distribution of force. Energy consumption
  • MohammadSaleh Barghi Jahromi, Vali Kalantar *, Mohammad Sefid, Masoud Iranmanesh, Hadi Samimi Akhijahani Pages 61-80

    the flat solar heating transpired collector can be used for heat buildings and large spaces, industrial applications, and drying of agricultural products. The flow structure and convection heat transfer mechanisms are very important to the air performance of uncovered flat solar heating transpired collector. In these solar air heaters, the air is usually heated by a perforated absorber plate (metal). In this research, copper adsorbent plate has been used and numerical simulation has been performed for mass flow rate (0.007, 0.01, 0.0125, 0.015) kg/s. In order for the simulation to be consistent with the physical reality of the problem, the simulation is three-dimensional, non-continuous with a large computational range and continuous suction. Thermal efficiency, mass flow rate, and outlet temperature parameters were investigated. According to the obtained results, with decreasing mass flow rate, the temperature of the absorber plate and consequently the temperature of the outlet air increases; But increasing the temperature of the absorber plate is more than increasing the temperature of the outlet air. As the mass flow rate increases, the thermal efficiency of the flat solar heating transpired collector increases. The lowest efficiency in mass flow rate is 0.007 kg / s with 66.51 % and the highest efficiency in mass flow rate is 0.015 kg / s with 78.02 %.

    Keywords: Solar energy, Unglazed transpired flat plate solar collector, Thermofluid numerical, Thermal efficiency
  • Ghasem Azamirad *, Behrooz Arezoo Pages 81-96
    The blank-holder force is an important and influential parameter in the sheet metal forming process. The size of this force around the part can be very effective in eliminating the defects of fracture and wrinkling in different points of the part. In symmetrical axial parts, a suitable uniform blank-holder force can prevent both defects, but for asymmetric axial parts, it is usually difficult to achieve a suitable uniform blank-holder force. In this case, the non-uniform blank-holder force can have a significant effect on improving the quality of parts. It is clear that simulation of the sheet metal forming process in finite element software and the effective use of optimization algorithms can be of great help in determining the amount of non-uniform blank-holder force. In this research, a method for automatic determination of non-uniform blank-holder force is presented. In this method, which has been created with the help of Catia, Abaqus, and Modefrontier software, various simulations and change of input parameters are performed completely automatically, until the appropriate conditions for sheet metal forming are determined. To show how this method works, two pieces with different geometries were examined. In these two geometries, it was not possible to achieve a piece without fracture and wrinkling with uniform blank-holder force, but the results showed that using this method, a suitable non-uniform arrangement of blank-holder force can be achieved automatically, which produces a flawless piece.
    Keywords: Non-uniform blank-holder force, sheet metal forming, modefrontier software