فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و چهارم شماره 9 (آذر 1401)

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و چهارم شماره 9 (آذر 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/16
  • تعداد عناوین: 12
|
  • آرمین دارابی، علی مومنی موحد* صفحه 1

    سایکلونها به صورت نرمال برای جداسازی ذرات بزرگتر از جریان سیال مورداستفاده قرار می گیرند. در پژوهش پیش رو با اعمال تغییراتی در نحوه عمکلرد سایکلون با اعمال میدان الکتریکی در فاصله بین استوانه داخلی و خارجی سایکلون، امکان استفاده از آن برای جداسازی ذرات با جرم مشخص به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر هندسه الکتروسایکلون و شدت میدان الکتریکی اعمال شده بر راندمان جداسازی و قطر ذرات جدا شده از جریان هواپخش ورودی به صورت کمی ارایه شده اند. نتایج نشان داد که تغییر قطر استوانه های داخلی و خارجی سایکلون تاثیر کمی بر روی راندمان جداسازی ذرات خواهد داشت. این در حالی است که افزایش طول سایکلون، به خصوص طول استوانه داخلی تاثیر بسیار زیادی بر روی عملکرد الکتروسایکلون نشان می دهد که این پدیده می تواند ناشی از افزایش زمان اعمال نیروی الکتریکی به ذرات در داخل سایکلون باشد. با توجه به فاکتور انحراف معیار هندسی در توزیع سایز ذرات، نتایج نشان داد که دو برابر کردن طول استوانه داخلی سایکلون می تواند راندمان جداسازی ذرات را 6% - 17% افزایش دهد. همچنین با تغییر دبی حجمی هواپخش ورودی به سایکلون و یا تغییر شدت میدان الکتریکی اعمال شده در داخل سایکلون، می توان اندازه های متفاوتی از ذرات را به وسیله الکترسایکلون از هواپخش جداسازی نمود.

    کلیدواژگان: الکتروسایکلون، ذرات میکرونی، دوده، دسته بندی ذرات، جرم
  • محمدعلی مدرسی، امیر یوسفی، قاسم حیدری نژاد* صفحه 2

    پیش بینی رفتار جریان سیال در ناحیه گذار کلید حل بسیاری از مسایل علمی است. محققین تلاش های بسیاری در زمینه ارایه و بهبود مدل هایی برای تخمین رفتار جریان سیال در این ناحیه انجام داده اند. در این جریان ها معادلات حاکم، شامل پیوستگی، ناویر-استوکس و گذار در کنار مدل های SST به صورت هم زمان برای شبیه سازی جریان حل می شوند. ضرایب بسیاری در معادلات حاکم وجود دارند که شبیه سازی جریان سیال را تحت تاثیر قرار می دهند. در این پژوهش، مدل گذار SST با تغییر دو ضریب در معادلات گذار مورد ارزیابی قرار گرفت و با اعمال ترکیبی از این ضرایب شبیه سازی گذار انجام شد. به منظور ارزیابی دقت ضرایب مدل ارایه شده در شبیه سازی، این ضرایب برای شبیه سازی سه مساله جریان داخلی مختلف شامل لوله با سطح داخلی صاف، دو صفحه موازی و یک پله مورد استفاده قرار گرفت. پارامترهای مختلف همچون ضریب اصطکاک، ضریب اصطکاک توسعه یافته و طول جدایش مورد بررسی قرار گرفتند. یک مقایسه میان نتایج حاصله از ضرایب مدل ارایه شده و داده های تحلیلی و تجربی حکایت از دقت خوب این ضرایب در پیش بینی جریان سیال دارد. علاوه بر این، در نتایج حاصله از اعمال ضرایب در مدل ارایه شده، طول ورودی جریان در جریان های توربولانس و گذار به خوبی پیش بینی شده است.

    کلیدواژگان: جریان داخلی، مدل آشفتگی، مدل گذار SST، شبیه سازی عددی
  • مهران حیدری، محمدکاظم مویدی* صفحه 3

    یکی از مهمترین مسایل پیش روی جامعه امروزی موضوع تولید انرژی و چالش های پیرامون آن می باشد. به همین دلیل پرداختن به مسیله برداشت انرژی از روش های گوناگون بسیار حایز اهمیت است. یکی از همین روش ها، برداشت انرژی از ارتعاشات ناشی از جریان سیال می باشد. ارتعاشات به وجود آمده از جریان اطراف یک سیلندر که در پشت آن سه تیغه از جنس پیزوالکتریک در ساختارهای مختلف قرار دارد می تواند یکی از بهترین گزینه ها برای بررسی و ارزیابی مقدار نیروی الکتریکی بدست آمده از ارتعاشات تیغه پیزوالکتریکی باشد. مطابق این پژوهش، حالتی که در آن تیغه پیزوالکتریک میانی به اندازه نصف طول تیغه به سمت راست تغییر مکان داده و جهت گیره نگهدارنده آن مخالف جهت گیره نگهدارنده تیغه های بالا و پایین است، هم از نظر میزان تولید ولتاژ و هم از نظر کاهش احتمال برخورد تیغه ها با یکدیگر بهترین ساختار معرفی می شود. با توجه به کاهش احتمال برخورد تیغه‎ ها با یکدیگر در این حالت بهینه، بیشترین عدد رینولدز بدون برخورد تیغه ها از 2400 در ساختارهای غیر بهینه به 2600 در ساختار بهینه رسیده و همین موضوع موجب افزایش 12 درصدی تولید ولتاژ در تیغه میانی و حدودا 14 درصدی در تیغه های بالا و پایین شده است.

    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، برداشت انرژی، تعامل سازه و سیال، تیغه های پیزوالکتریک، نوسانات فرکانس پایین
  • محمد پیرانی، محمدرضا انصاری*، آریا رحمانی صفحه 4

    با انتشار موج ضربه ای درون میدان جریانی که خواص ترمودینامیکی غیرخطی دارد، فرایندهای مختلفی به طور هم زمان رخ می دهد. تراکم موج ضربه ای، شکست موج و تولید گردابه، نمونه ای از این فرایندهاست که سبب می شود شکل موج و خواص ترمودینامیکی سیال تغییر کنند. برخورد موج ضربه ای با حباب استوانه ای، مثال ساده ای از مسیله تقابل موج با حباب است که تمام فرایندهای مذکور در آن مشاهده می شود. باتوجه به هزینه محاسباتی بالای الگوریتم های مبتنی برچگالی در حل مسایل جریان های تراکم پذیر سطحی مانند برهم کنش موج ضربه ای با جریان دوفازی، استفاده از الگوریتم مبتنی بر فشار کاملا متصل راهکار مناسبی است که ضمن کاهش زمان محاسبات، مسیله را بادقت مناسبی حل خواهد کرد. در این مقاله با استفاده از این الگوریتم، پدیده برهم کنش موج ضربه ای با حباب را بررسی کرده و ضمن اعتبارسنجی نتایج، تاثیر اندازه شبکه محاسباتی و نیز روش گسسته سازی ترم های موجود در معادلات حاکم، بر نتایج مشخص شده است. مشاهده شد که با افزایش تعداد شبکه های محاسباتی به ازای روش آپویند مرتبه اول، نتایج شبیه سازی دقیق تر شده و میزان دیفیوژن عددی کمتر می گردد. همچنین با تغییر روش گسسته سازی به آپویند مرتبه دوم، ناپایداری های روی سطح مشترک دو فاز به دلیل نوسانات غیر واقعی بیشتر شده و شکل سطح مشترک به دست آمده از حل عددی، از نتایج تجربی فاصله می گیرد.

    کلیدواژگان: جریان دوفازی، جریان تراکم پذیر، الگوریتم مبتنی بر فشار، موج ضربه ای، جریان حبابی
  • مریم بابایی دوکی، حمید پرهیزکار*، سجاد قاسملوی صفحه 5

    بازتاب بارهای صوتی ناشی از گازهای خروجی موتور پرتابه بر روی سکوی پرتاب به یک چالش اساسی در صنعت فضایی تبدیل شده است. میزان تاثیر بازتاب بارهای صوتی بر روی پرتابه به پارامترهای آشفتگی جریان، گردابه های ایجاد شده، هندسه نازل و هندسه سکوی پرتاب وابسته است. هدف از پژوهش حاضر، شبیه سازی سه بعدی عددی جت برخوردی به روش ترکیبی CFD/BEM با اثر بازتاب امواج صوتی بر روی سطح منحرف کننده جریان جت در فرکانس پایین است. جت خروجی موتور پرتابه در ماخ 2 ، فشار 90 کیلوپاسکال و دمای 1000 کلوین درنظر گرفته شده است. همچنین برای مشاهده تاثیر بازتاب امواج صوت از سکوی پرتاب نتایج در دو حالت، با در نظر گرفتن منحرف کننده جت و بدون درنظر گرفتن منحرف کننده جت مقایسه شده است. شبیه سازی عددی بصورت سه بعدی، ناپایا، تراکم پذیر و آشفته انجام شده است. از روش المان مرزی به عنوان یک روش کارآمد برای محاسبه انتشار و بازتاب امواج صوتی استفاده شد. نتایج بدست آمده نشان می دهند که میزان نویز تولید شده با در نظر گرفتن بازتاب بارهای صوتی پلوم مافوق صوت از روی منحرف کننده جت بطور قابل توجهی افزایش می یابد. مقدار نویز تولید شده پرتابه با در نظر گرفتن منحرف کننده جت 8-10 دسی بل بیشتر از نویز تولید شده پرتابه بدون درنظر گرفتن منحرف کننده جت بوده است. همچنین نتایج نشان می دهند که حضور منحرف کننده جت سبب تاثیر یکنواخت امواج صوتی بر روی پرتابه می شود.

    کلیدواژگان: نویز آیروآکوستیک، جت برخوردی، روش المان مرزی، بازتاب، منحرف کننده جت
  • پدرام شمسی زاده، ابراهیم افشاری* صفحه 6

    دمای باتری لیتیوم یون تاثیر چشمگیری بر عملکرد آن دارد و حفظ دمای این باتری در دمای عملیاتی مناسب بسیار مهم است؛ به طوری که علاوه بر تاثیر بر عملکرد، امنیت و عمر بیشتر باتری را نیز تضمین می کند. در این مقاله، عملکرد یک سیستم کنترل دمای باتری لیتیوم یون صفحه ای با مجموعه ی 6 سل در شرایط آب و هوایی سرد (دمای اولیه oC20-) بررسی شده است. دو مشخصه اختلاف دمای حداکثر و دمای میانگین باتری ها به عنوان معیارهای سنجش عملکرد سیستم کنترل دما در نظر گرفته شده است و اثرات دبی، تعداد صفحات و آرایش جریان سیال ورودی شامل روش ساده، جریان مخالف و جریان مخالف زیگزاگ روی این دو مشخصه و همچنین بر زمان گرم شدن باتری بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش دبی سیال ورودی، باتری ها سریع تر به دمای عملکردی oC20 می رسند و اختلاف دما کاهش می یابد. با افزایش تعداد صفحات در دبی ثابت، سرعت گرمایش در دبی های بالا سریع تر خواهد شد. آرایش جریان مخالف زیگزاگ شکل، عملکرد بهتری از سایر موارد بررسی شده برای شاخص اختلاف دما دارد و تا 8 برابر اختلاف دما را کاهش داده و به 1/2 درجه در حالت حداکثری می رساند؛ اما سرعت گرمایش باتری در همه ی حالات جریان مخالف کندتر از آرایش جریان سیال ساده است و سرعت گرمایش باتری ها در همه ی دبی ها بیشتر از سایر حالات است.

    کلیدواژگان: باتری لیتیوم یون، مدیریت دما، آب و هوای سرد، دمای عملیاتی، آرایش جریان
  • محمد خلیلی*، معین طاهری، میلاد صالحی، زهرا سادات اقدامی صفحه 7

    ازآنجایی که بیشتر سطح کره زمین را آب شور پوشانده است و باتوجه به دسترسی آسان به انرژی خورشید، تصفیه آب با استفاده از انرژی خورشید، موردتوجه پژوهشگران می باشد. در این پژوهش، یک دستگاه آب شیرین کن خورشیدی پلکانی ساخته شده و در شهر اراک موردمطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. به همین منظور، تاثیر پنج متغیر ورودی بر میزان استحصال آب بر واحد سطح جاذب به عنوان متغیر خروجی، با استفاده از طراحی آزمایش به روش تاگوچی بررسی شده است. این متغیرهای ورودی شامل دبی آب شور، زاویه دستگاه، رنگ صفحه جاذب، تعداد و فاصله نخ های هدایت کننده آب تقطیرشده در هر ردیف بوده اند. این تحقیق ازاین جهت منحصربه فرد است که از نخ های پلاستیکی برای ایجاد مسیرهایی بر روی سطح شیشه پوششی استفاده کرده تا آب تقطیر شده را به مخزن آب شیرین هدایت کند. همچنین بررسی هم زمان تاثیر پارامترهای ورودی از نوآوری های این پژوهش می باشد. بر اساس نتایج به دست آمده، بیشترین خروجی آب شیرین، به میزان 1975 میلی لیتر بر مترمربع، زمانی حاصل می شود که دبی ورودی آب شور 50 میلی لیتر بر دقیقه، زاویه دستگاه 40 درجه، رنگ صفحه جاذب مشکی، تعداد نخ های هدایت کننده آب در هر ردیف 2 عدد و فاصله ردیف ها 8 میلی متر باشد. همچنین نتایج نشان دادند که استفاده از 2 عدد نخ هدایت کننده آب در هر ردیف و به فاصله 8 میلی متر از همدیگر سبب افزایش میزان استحصال آب بر واحد سطح شده است.

    کلیدواژگان: بررسی تجربی، آب شیرین کن خورشیدی پلکانی، نمک زدایی، نخ هدایت کننده آب، روش تاگوچی
  • مهدی حسن سلطانی، سید سالار مشکات*، آرش افغان صفحه 8

    در این مقاله جاذب های مورد استفاده از نوع نانوجاذب های پایه کربنی (کربن فعال، نانولوله کربنی خالص و عاملدار و گرافن متخلخل) می باشند که به روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) سنتز شدند و با استفاده از آنالیزهای SEM ، TEM ،FTIR ، XRD و BET صحت سنتز آنها مورد بررسی قرار گرفت. ظرفیت جذب در سه دمای 28و45 و60 درجه سانتی گراد با سه معادله ایزوترمی لانگمویر، فرندلیچ و تمکین تطابق داده شد که طبق نتایج حاصل ایزوترم های لانگمویر و تمکین برای پیش بینی مقدار گاز جذب شده مناسب تر می باشند. عدد R-Square برای ایزوترم لانگمویر در مورد جاذب نانولوله خالص و عاملدار به ترتیب 0.9963 و 0.9997 و برای کربن فعال 0.9995 حاصل شده است که نزدیک ترین معادله ایزوترمی برای این جاذب ها بوده است در حالی که در مورد جاذب گرافن نزدیک ترین پیش بینی مربوط به ایزوترم تمکین با مقدارR ، 0.9986 محاسبه شده است. با افزایش دما، مقدار گاز جذب شده کاهش و با افزایش فشار، افزایش می یابد. بیشترین مقدار جذب در دمای oC28 و در فشار 40 بار رخ داده است. در بین جاذب ها، گرافن متخلخل در دمای oC 28 و فشار 40 بار با اختلاف بهترین عملکرد را از خود نشان داده است که با توجه به سطح ویژه بالای آن، مطابق آنالیز BET (m2/g 1200) چنین نتیجه ای قابل پیش بینی می باشد.

    کلیدواژگان: نانولوله کربنی، گرافن، عاملدار کردن، ذخیره سازی گاز، گاز طبیعی جذب شده
  • الیاس لکزیان*، حمیدرضا فرشی فصیح صفحه 9

    در پژوهش حاضر، به منظور بررسی اثر تعداد، موقعیت موانع و تزریق جریان بر اختلاط جریان در میکروکانال با طول 16 میکرومتر و ارتفاع 1 میکرومتر از روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو استفاده شده است. از معیار طول اختلاط که برابر با طولی است که در آن دو گونه به طور کامل با یکدیگر مخلوط می شوند، برای بررسی اختلاط جریان استفاده شده است. هشت نمونه با نسبت انسداد مختلف برای بررسی اثر موانع در نظر گرفته شده است. نسبت انسداد، بیانگر کاهش سطح مقطع عبوری جریان از داخل کانال با اضافه شدن موانع است. در همه موارد دو گونه گازی کربن مونواکسید و نیتروژن توسط یک صفحه که تا یک سوم طول کانال کشیده شده از هم جدا می شوند. با افزایش نسبت انسداد، طول اختلاط تا 10% کاهش یافته و دبی جرمی نیز به طور قابل توجهی کاهش می یابد. همچنین تزریق جریان به داخل کانال با درنظرگیری چهار نمونه بررسی شد. نمونه ها عبارتند از: نمونه اول فاقد تزریق، نمونه دوم با تزریق جریان عرضی، نمونه سوم با تزریق جریان خلاف جهت و نمونه چهارم با تزریق عرضی از داخل مانع. طول اختلاط در نمونه دوم و سوم به ترتیب 17% و 5% افزایش یافت. در نمونه چهارم به دلیل وجود مانع، طول اختلاط 2% کاهش یافت.

    کلیدواژگان: شبیه سازی مستقیم مونت کارلو، طول اختلاط، موقعیت موانع، نسبت انسداد، تزریق جریان
  • محسن نیکنام شارک، علی صفوی نژاد*، محمدکاظم مویدی صفحه 10

    برای مطالعه انتقال حرارت تابشی در محیط فعال، باید معادله انتقال تابش حل شود. جز در مواردی خاص، حل تحلیلی برای این معادله وجود ندارد. حل آن با روش‎های عددی نیز معمولا زمان‎بر است. در مسایل انتقال حرارت ترکیبی تابش-هدایت یا تابش-جابجایی، و مسایل معکوس انتقال حرارت، معادله انتقال تابش باید چندین بار حل شود. بنابراین، زمان حل این معادله مهم است. در این تحقیق، روشی سریع مبتنی بر تجزیه متعامد بهینه برای حل معادله انتقال تابش ارایه می‎گردد. تعدادی از خواص (مانند: گسیلندگی مرزها، ضریب جذب و انحراف محیط) به عنوان پارامترهای مستقل انتخاب می‎شوند. معادله انتقال تابش برای حالت‎های خاصی از این پارامترها، با استفاده از روش راستاهای مجزا حل شده، و پاسخ‎های سیستم، ماتریس نمایه را تشکیل می‎دهند. با استفاده از تجزیه مقادیر تکین، این ماتریس به صورت حاصل‎ضرب سه ماتریس تجزیه می‎گردد. با توجه به بزرگی مقادیر تکین، فقط ستون‎های خاصی از این ماتریس‎ها، انتخاب می‎شوند. در نتیجه، درجات آزادی سیستم اصلی کاهش یافته و یک مدل رتبه-کاسته ایجاد می‎گردد. با استفاده از درونیابی «توابع پایه شعاعی» به ازای هر بردار ورودی دلخواه (شامل پارامترهای مستقل)، می‎توان پاسخ سیستم را با سرعت بالایی تقریب زد. نتایج نشان می‎دهد مدل رتبه-کاسته در مقایسه با حل عددی دقت بالایی دارد. پیچیدگی‎های سیستم در مدل رتبه-کاسته تاثیری نداشته، و فارغ از ویژگی‎های محیط (مقدار پارامترهای مستقل)، زمان حل از مرتبه 02/0 ثانیه است.

    کلیدواژگان: معادله انتقال تابش، محیط فعال، مدلسازی رتبه-کاسته، تجزیه متعامد بهینه، توابع پایه شعاعی
  • فرخ مبادرثانی*، نگین رشیدی صفحه 11

    در مقاله ی حاضر انتقال حرارت داخل حفره ای حاوی مخلوط آب/ مواد تغییرفاز دهنده احاطه شده با نانوذرات مورد بررسی قرار گرفته است. دیواره های سمت چپ و راست به ترتیب گرم و سرد بوده و دیواره های افقی آدیاباتیک فرض شده است. یک استوانه ی چرخان دایروی در مرکز حفره قرار دارد که به صورت ساعتگرد و یا پادساعتگرد می تواند چرخش نماید. معادلات اساسی حاکم به فرم بی بعد از قبیل: پیوستگی، بقاء مومنتوم و بقاء انرژی با استفاده از روش المان محدود و به صورت کوپل با یکدیگر حل شده اند. جهت بررسی صحت نتایج عددی، مقایسه ای با خروجی های دیگران ارایه شده است که نشانگر تطابق بسیار خوب نتایج می باشد. پارامترهای مورد بررسی در این مطالعه عبارتند از: شعاع بی بعد استوانه (R)، عدد رایلی (Ra)، دمای ذوب بی بعد ماده تغییر فاز دهنده (θfu)، عدد استفان (St) و سرعت زاویه ای بی بعد استوانه چرخان (Ω). طبق نتایج بدست آمده با افزایش شعاع بی بعد استوانه از 1/0=R تا 4/0=R و با 300-= Ω نرخ انتقال حرارت 37/23 درصد افزایش می یابد. از طرف دیگر، در صورت عدم چرخش استوانه و با 4/0R=، نرخ انتقال حرارت نسبت به حفره ی فاقد استوانه، حدود 7/59 درصد کاهش می یابد. که نشان دهنده ی اهمیت چرخش استوانه داخل حفره در افزایش نرخ انتقال حرارت می باشد.

    کلیدواژگان: مواد تغییر فاز دهنده احاطه شده با نانوذرات، استوانه چرخان، انتقال حرارت همرفت طبیعی، روش المان محدود
  • محمد کلته*، وحید مفیدیان، مسعود حامی صفحه 12

    مولدهای ترموالکتریک یک تکنولوژی بادوام و سازگار با محیط زیست هستند که یکی از مهم ترین کاربرد های آنها، بازیابی حرارت هدر رفته از مصرف سوخت های فسیلی و تبدیل آن به الکتریسیته می باشد. در این میان، مولد های ترموالکتریک یکپارچه که با ایجاد کانال جریان در پایه های دستگاه ساخته می شود، توانسته اند عملکرد دستگاه را به مقدار قابل توجهی افزایش دهند. هدف از انجام این تحقیق، بررسی عددی اثر ساختار سطح مقطع کانال جریان بر عملکرد مولد توان ترموالکتریک یکپارچه می باشد. به این منظور، هندسه های مختلفی برای سطح مقطع کانال جریان شامل دایره، ذوزنقه، مربع و مستطیل درنظر گرفته شده و اثرات نسبت مساحت کانال جریان (Φ)، طول نیمه هادی (d) و عدد رینولدز (Re) بر روی عملکرد دستگاه مورد ارزیابی قرار می گیرد. در مطالعه حاضر، اتصال دهنده های مولد ترموالکتریک دارای دمای ثابت سرد بوده و حرارت با وارد شدن سیال گرم با سرعت یکنواخت به دستگاه اعمال می شود. بررسی نتایج بدست آمده نشان می دهد که در یک d و Φ ثابت، عملکرد دستگاه ترموالکتریک برای کانال جریان دارای 36 مستطیل از سایر کانال های ذکر شده بیشتر است. علاوه بر این، با افزایش مقدار Φ از 28/0 به 68/0، مقادیر گرمای ورودی، توان خروجی و راندمان حرارتی به ترتیب 68/1، 77/1 و 52/1 برابر می شوند. در ضمن، در این تحقیق یک طول بهینه برای نیمه هادی محاسبه شده است که در آن، توان خروجی حداکثر حاصل می شود.

    کلیدواژگان: ترموالکتریک یکپارچه، کانال جریان، توان خروجی، حل عددی
|
  • Armin Darabi, Ali Momenimovahed * Page 1

    Cyclones are normally used to separate relatively larger particles from the aerosol. In this article, the feasibility of using cyclone to classify particles in specific mass range by applying an electric field between the outer cylinder and the vortex finder is studied. Moreover, the effect of cyclone geometry and the magnitude of the electric field on the cyclone efficiency and the classified particle diameter is quantified. FEM was used for the simulations of 3-D, steady and two-phase flow. It should be noted that the Reynolds number of inlet flow ranged between 4,000-10,000. The results reveal that the diameters of inner and outer cylinders have negligible effects on the cyclone efficiency. However, an increase in the length of the cyclone specifically the length of the vortex finder can significantly affect the cyclone performance which can be attributed to the higher particle residence time within the cyclone. For cyclones with twice larger cylinders, the classification efficiency is 6% - 17% higher based on the geometric standard deviation of the particle size distribution. It was also shown that different particle masses can be classified by adjusting the flow rate of the inlet aerosol or the magnitude of the electric field applied to the charged particles.

    Keywords: Electro-cyclones, Micron-size particles, soot, Particle classification, mass
  • Mohammadali Modaresi, Amir Yousefi, Ghassem Heidarinejad * Page 2

    Prediction of flow behavior in the transition region is the key issue in many scientific problems. Many attempts have been made by researchers to propose and modify the models estimating the flow behavior in this region. In these flows, the governing equations, including the continuity, the Navier-Stokes, and the transmittancy along with the SST models are solved simultaneously to predict the flow behavior. There are several coefficients in the governing equations which affect the flow simulation. In this study, the transitional SST model is modified by altering two coefficients in the intermittency equation. A combination of these coefficients are implemented, and the effects are studied. In order to assess the suitability of the proposed models, they are applied to three individual internal flows, including a smooth axisymmetric pipe, two parallel plates, and a backward-facing step. Different variables such as the friction factor coefficient, fully developed friction factor, and the reattachment length are explored. A comparison between the results and both analytical and experimental data confirms a good accuracy in the predictions. Furthermore, the presented models the entrance length is well predicted in turbulent and transitional flows.

    Keywords: Internal Flows, Turbulence Model, Transitional SST, numerical simulation
  • Mehran Heidari, MohammadKazem Moayyedi * Page 3

    One of the most important issues facing today's society is the issue of energy production and the challenges surrounding it. For this reason, it is very important to address the issue of energy harvesting from various methods. One of these methods is energy harvesting from vibrations caused by fluid flow. Vibrations generated by the fluid flow around three parallel piezoelectric blades behind a circular cylinder at different longitudinal distances can be one of the best options for examining and evaluating the amount of electrical voltage generated by piezoelectric blade vibrations. According to this study, a situation in which the middle piezoelectric blade is shifted by half the length of the blade to the right and the direction of the clamp is opposite to the direction of the clamp of the up and down blades is the optimal structure for voltage output and reducing collision probability. Due to the reduced probability of the blades colliding with each other in this optimal state, the maximum Reynolds number without the blades colliding increased from 2400 in non-optimal structures to 2600 in the optimal structure, which increased the voltage output in the middle blade by 12% and about 14% for up and down blades.

    Keywords: computational fluid dynamics, Energy harvesting, Fluid-Structure Interaction, Piezoelectric blades, Low frequency oscillations
  • Mohammad Pirani, MohammadReza Ansari *, Ariya Rahmani Page 4

    When a shock wave propagates through a flow field with nonlinear thermodynamic properties, different processes occur simultaneously. wave compression, wave refraction, and vortex generation are examples of these processes that cause the waveform and thermodynamic properties of the fluid to change. The interaction of a shock wave with a cylindrical bubble is a simple example of a wave-bubble collision problem in which, the above processes are observed. Due to the high computational cost of density-based algorithms in solving compressible interfacial flows problems such as wave interaction with the two-phase flow, using a fully coupled pressure-based algorithm is a good solution that will solve the problem with proper accuracy while reducing computation time. In this paper, using this algorithm, the interaction of the shock wave with the bubble is investigated; while validating the results, the effect of the computational grid size and the method of discretization of the terms in the governing equations are determined on the results. It was observed that by increasing the number of computational grids according to the first-order upwind method, the simulation results become more accurate, and the numerical diffusion decreases. Also, by changing the discretization method to second-order upwind, the instabilities on the interface of the two phases increase due to spurious fluctuations, and the shape of the interface obtained from the numerical solution moves away from the experimental results.

    Keywords: two-phase flow, compressible flow, pressure-based algorithm, Shock Wave, Bubbly flow
  • Maryam Babaei Dooki, Hamid Parhizkar *, Sajjad Ghasemlooy Page 5

    The reflection of acoustic loads from the rocket engine exhaust gases on the launch pad has become a major challenge in the aerospace industry. The effect of reflection of acoustic loads on the launch vehicle depends on the parameters of flow turbulence, generated vortices, nozzle geometry and launch platform geometry. The purpose of the present study is to simulate the reflection of sound waves from the deflector surface by the combined CFD / BEM method. The characteristics of the rocket output jet are Mach 2, pressure 90 kPa and temperature 1000 K. Also, to study the effect of sound wave reflection from the launch pad, the results are compared in two cases, considering the jet deflector and without it. Numerical simulation is considered to be 3D, unsteady, compressible and turbulent. The boundary element method was used as an efficient method to calculate the diffusion and reflection of sound waves. The results show that the amount of noise generated increases significantly by considering the reflection of supersonic jet sound loads from the jet deflector. The noise generated by the presence of the jet deflector is 8 to 10 db more than the noise generated without the deflector. The results also show that the presence of a jet deflector causes the sound waves to be uniform on the vehicle surface.

    Keywords: Aeroacoustic Noise, Impinging jet, Boundary element method, reflection, jet deflector
  • Pedram Shamsizadeh, Ebrahim Afshari * Page 6

    Temperature of Li-ion battery significantly affects its performance and keeping the temperature in the suitable operational temperature is important. Even more, it guarantees the safety and life time. In this study, performance of a battery temperature control management system for a 6-cell Li-ion battery pack is investigated for cold climate and the initial temperature of -20°C. Two main parameters of maximum temperature difference and average temperature of the batteries are considered as the heating system performance criterions. Effects of the heating fluid mass flow rates, number of the plates and the fluid flow arrangement including three methods of simple, counter flow and zigzag counter flow, on the performance criterions and the heating times are investigated. Results shows that generally the mass flow rate the batteries reach the 20°C sooner and the temperature difference decreases. For similar mass flow rates, the heating time decrease by using more heating plates at high mass flow rates. The zigzag flow arrangement has the best performance among the other investigated flow arrangements and reduces the temperature difference up to 8 times with maximum value of 2.1 degrees. But the all counter flow arrangements increase the heating time in comparison with the simple flow arrangement.

    Keywords: Li-ion battery, temperature management, cold climate, operational temperature, flow arrangement
  • Mohammad Khalili *, Moein Taheri, Milad Salehi, Zahra Sadat Eghdami Page 7

    Because saltwater covers the majority of the Earth's surface and solar energy is readily available, water treatment using solar energy has piqued academics' interest. A stepped solar still was built and tested experimentally in Arak as part of this study. For this purpose, the effect of five input parameters on the amount of freshwater production per unit area of absorber plate as the output variable was investigated using the Taguchi design of experiment method, including saline water flow rate, device angle, absorber plate color, number, and spacing of distilled water-conducting threads in each row. This research is unique in that it uses plastic threads to create channels on the cover glass surface that lead distilled water to the freshwater tank. In addition, the simultaneous study of the effect of input parameters is one of the innovations of this research. According to the findings, the highest freshwater output of 1975 ml/m2, was obtained when the input saline water flow rate was 50 ml/min, the device angle was 40 °, the absorber plate was black, the number of water-conducting threads in each row was 2, and the row spacing was 8 mm. Also, the research showed that using two water-conducting threads in each row and spacing them 8 mm apart increased the amount of water produced per unit of surface area.

    Keywords: Experimental study, stepped solar still, desalination, water-conducting thread, Taguchi method
  • Mehdi Hasan Soltani, Seyed Salar Meshkat *, Arash Afghan Page 8

    In this reserach, adsorbed natural gas (ANG) methods have been studied. The adsorbents used in this thesis are carbon-based nano-sorbents (activated carbon, pure and functionalized carbon nanotubes, and porous graphene) which were synthesized by the chemical vapor deposition (CVD) method. The accuracy of synthesized results was examined using SEM, TEM, FTIR, XRD, and BET analyzes. The adsorption capacity of adsorbents for methane gas adsorption at three temperatures of 28, 45, and 60 ° C was calculated and matched with three isotherm equations of Langmuir, Freundlich, and Temkin. The R of the Langmuir isotherm for pure and functional nanotube adsorbents were 0.9963 and 0.9997, respectively, and for activated carbon was 0.9995, which is the closest isothermal equation for these adsorbents, while for the graphene adsorbent the closest prediction is Temkin isotherm with calculated R of 0.9986. It can be concluded that with increasing temperature, the amount of adsorbed gas decreases, and with increasing pressure, the amount of adsorbed gas increases. Therefore, the maximum adsorption for all adsorbents occurred at a temperature of 28 oC and a pressure of 40 bar. Among the used adsorbents, porous graphene showed the best performance at a temperature of 28 oC, and a pressure of 40 bar, which according to its high specific surface area, BET analysis (1200 m2/g), and significant pore size, such an outcome was predictable.

    Keywords: Carbon Nanotube, nanoadsorbents, gas storage, adsorbed natural gas
  • Elyas Lekzian *, HamidReza Farshi Fasih Page 9

    In the present study, direct simulation Monte Carlo method is utilized to investigate the effect of obstacles number, location and also injection of a flow on the mixing of flow in a channel with 16 μm length and 1 μm height. A mixing length is defined which is the length at which two species are mixed completely. Eight cases with different blockage ratio are considered to study obstacle effect on the mixing. Blockage ratio shows the reduced flow cross section due to addition of obstacles. In All cases CO2 and N2 gases enters the domain and separated by a splitter plate which extends up to 1/3 of channel. Blockage ratio increasing decreases mixing length up to 10%. Whereas mass flow rate decrease significantly. Flow injection into channel is also studied. Four cases are considered: the first case is simple channel without injection, second case has cross injection, third case has inverse injection, and flow is injected vertically through an obstacle in forth case. Mixing length is increased 17% and 5% for case 2 and case 3, respectively. In case 4, mixing length is decreased 2% due to the obstacle. In case 2 and 3,

    Keywords: direct simulation Monte Carlo Simulation, mixing length, obstacles location, blockage ratio, flow injection
  • Mohsen Niknam Sharak, Ali Safavinejad *, MohammadKazem Moayyedi Page 10

    To survey the radiative heat transfer in a participating medium, the radiative transfer equation must be solved. Except in particular cases, there is no analytical solution to it. Solving the RTE with numerical methods is also time consuming. In combined conductive-radiative or convective-radiative heat transfer, and inverse heat transfer problems, the RTE must be solved several times; Therefore, the computation time will be momentous. In this work, a fast method based on proper orthogonal decomposition to solve the RTE is presented. A number of properties (such as: emissivity, absorption and scattering coefficients) are selected as independent parameters. The RTE for specified modes of these parameters is solved using the discrete ordinates method, and the system responses form the snapshot matrix. Using the singular value decomposotion, it is decomposed. According to the singular values, only certain columns of the matrices are selected. As a result, the degrees of freedom of the system are reduced, and a reduced-order model is created. Employing the radial basis functions, the system response can be predicted rapidly for any desired input vector (including independent parameters). The results show that the ROM has a high accuracy compared to the DOM results. The complexities of the system have no effect on the CPU Time, and regardless of the value of the independent parameters, the computation time is of the order of 0.02 seconds.

    Keywords: radiative transfer equation (RTE), participating medium, reduced-order modeling (ROM), proper orthogonal decomposition (POD), radial basis functions (RBF)
  • Farrokh Mobadersani *, Negin Rashidi Page 11

    In the present paper, heat transfer in a cavity containing a mixture of water + phase change materials surrounded by nanoparticles is investigated. The left and right walls are fixed at hot and cold temperatures, respectively, and horizontal walls are assumed to be adiabatic. There is a circular rotating cylinder in the center of the hole that can rotate clockwise or counterclockwise. The problem is considered two dimensional and fundamental governing equations such as continuity, momentum, and energy are solved in a coupled manner utilizing the finite element method (FEM). To check the accuracy of the numerical results, a comparison with the outputs of others is provided, which indicates a very good agreement of the results. The parameters studied in this study are: dimensionless radius of the cylinder (R), Rayleigh number (Ra), dimensionless melting temperature of the phase change material (θfu), Stephan number (St) and dimensionless angular velocity of the rotating cylinder (Ω). By increasing the dimensionless radius of the cylinder from R = 0.1 to R = 0.4 Ω = -300, the heat transfer rate enhances by 23.37%. On the other hand, with R = 0.4 and considering no-rotation case, the heat transfer rate will decrease by about 59.7% compared to the cavity without the cylinder. Which indicates the importance of rotation of the cylinder inside the cavity in the heat transfer rate enhancement.

    Keywords: Nano-Encapsulated Phase Change Materials, rotating cylinder, Natural convection, finite element method
  • Mohammad Kalteh *, Vahid Mofidian, Masoud Hami Page 12

    Thermoelectric generators are a sustainable and environmentally friendly technology that can recover wasted heat energy and convert it to electricity. Meanwhile, integrated thermoelectric generators have been able to significantly increase the performance of thermoelectric generators. In this paper, the effect of flow channel cross-sections on integrated thermoelectric power generator performance is investigated numerically. In this regard, various flow channel configurations including circles, trapezoids, squares and rectangles have been taken into account and the effect of cross-sectional area ratio (𝛷), semiconductor length (d) and Reynolds number (Re) on the performance of the device have been evaluated. In this study, the top and bottom of conductor surfaces are exposed to a cold temperature and a hot fluid with a constant velocity and temperature enters the channel. The results show that the power output, voltage and thermal efficiency of 36 rectangular configurations are higher than other flow channels. Also, the heat input, power output and thermal efficiency at 𝛷=0.28 are respectively found to be 1.68, 1.77 and 1.52 times higher than at 𝛷 =0.68. In addition, an optimal length for a semiconductor is determined, in which the maximum output power is achieved.

    Keywords: Integrated Thermoelectric, Flow Channel, Power Output, Numerical Solution