فهرست مطالب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک - سال سی و چهارم شماره 3 (پاییز 1401)

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال سی و چهارم شماره 3 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/22
  • تعداد عناوین: 6
|
  • احمد رضایی سنگتابی، علی کیانی فر*، ابراهیم علیزاده صفحات 1-14
    در این مقاله، توزیع جریان اکسیژن در یک توده پیل سوختی پلیمری به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفت. در ابتدا توده به صورت تکفاز شبیه سازی شده و نقش کاهش تدریجی ارتفاع منیفولد (منیفولد ذوزنقه ای) بر بهبود توزیع جریان میان سلول های سوختی بررسی گردید. از انحراف معیار و ضریب غیریکنواختی برای اندازه گیری بدتوزیعی جریان استفاده شده است. کاهش تدریجی ارتفاع منیفولد تا 70 درصد در منیفولد ذوزنقه ای، موجب بهبود 9/6 و 4/8 درصدی انحراف معیار استاندارد و ضریب غیریکنواختی گردید. نتایج شبیه سازی دوفازی نشان داد که چگالش بخارآب موجود در اکسیژن اشباع می تواند باعث تجمع آب مایع در انتهای منیفولد شود. با گذشت زمان و بهم پیوستن قطرات کوچک تر، شعاع قطره تشکیل شده در انتهای منیفولد افزایش یافته تا زمانی که از دیوار منیفولد جدا شده و وارد سلول های انتهایی گردد. در منیفولد ذوزنقه ای، آب مایع با مقدار کمتر و فواصل زمانی کوتاه تر وارد سلول انتهایی می گردد. پیشنهاد گردید با ایجاد محفظه ای در انتهای منیفولد، آب مایع جمع آوری شده و از توده تخلیه گردد. ورود مقداری گاز اضافه به منیفولد و خروج آن از محفظه جمع آوری آب می تواند باعث هدایت آب مایع به درون محفظه گردد بدون اینکه تغییرات محسوسی در افت فشار ایجاد کند.
    کلیدواژگان: توزیع جریان، پیل سوختی پلیمری، جریان دوفازی، تخلیه آب، منیفولد
  • امیرحسین هاشمیان*، احسانه محمدپور همدانی صفحات 19-34

    سازه های مشبک کامپوزیتی از پرکاربرترین سازه ها در صنایع هوایی در سالهای اخیر می باشند. این سازه ها از تعداد زیادی دنده مایل و محیطی با فواصل مشخص از یکدیگر تشکیل شده و علاوه بر استحکام، از نظر وزنی بسیار سبک می باشند. مطالعه حاضر شامل یک بیان تحلیلی و راه حل برای مسیله ارتعاشات آزاد یک پوسته استوانه ای مشبک کامپوزیت می باشد. فرمول پیوسته ای برای محاسبه فرکانس طبیعی سازه مشبک استوانه ای با در نظر گرفتن بستر الاستیک وینکلر-پاسترناک از معادلات حاکم بر پوسته بر اساس روش فوریه و گالرکین حاصل گردید. نتایج بدست آمده در دو حالت بدون بستر و با بستر الاستیک بصورت تحلیلی محاسبه گردیده و صحت نتایج توسط مدل سازی به روش اجزای محدود مورد تایید قرار گرفته است. برای شبیه سازی های روش اجزای محدود، ضرایب ویژگی های وینکلر و پاسترناک به ترتیب با فنرهای برشی و شعاعی جایگزین شده اند. فرکانس طبیعی پایه سیستم به ویژگی های بستر الاستیک بستگی داشته، بنابراین تغییر سختی فنرهای شعاعی و برشی باعث ایجاد تغییر در فرکانس های طبیعی می شود. روش های ارایه شده در این مطالعه، علاوه بر آنکه برای تخمین فرکانس در مرحله طراحی اولیه بکار می رود، همچنین ابزاری برای ارزیابی تحلیل ارتعاشات پوسته استوانه ای مشبک کامپوزیت در تجزیه و تحلیل مکانیکی می باشد.

    کلیدواژگان: سازه مشبک کامپوزیتی، فرکانس طبیعی، روش فوریه، روش گالرکین، اجزای محدود
  • محمد نعمتی، محمد سفید* صفحات 35-66
    در کار حاضر مقدارآنتروپی تولید شده ناشی ازانتقال حرارت دوگانه سیال با مدل توانی درون محفظه دو بعدی متمایل تحت اثرمیدان مغناطیسی یکنواخت و غیر یکنواخت با وجود جذب/تولید حرارت بررسی شده است. مهمترین نتایج عبارتنداز: (الف) قدرت جریان، مقدار انتقال حرارت و آنتروپی تولید شده با افزایش عدد هارتمن، کاهش عدد رایلی و افزایش شاخص توانی سیال، کاهش می یابد. (ب) با کاهش شاخص توانی سیال، اثر میدان مغناطیسی بارزتر می شود به نحوی که افزایش عدد هارتمن تا بیشترین مقدار، در حدود 52 درصد برای سیال نازک شونده و تا حدود 18 درصد برای سیال ضخیم شونده از مقدار عدد ناسلت متوسط می کاهد. (ج) برای دست یابی به جریانی با قدرت بیشتر و عدد ناسلت متوسط بالاتر می توان از میدان مغناطیسی به صورت غیر یکنواخت به خصوص TMF1 استفاده کرد. هر اندازه عدد هارتمن بیشتر باشد، تغییر در نوع اعمال میدان مغناطیسی مشهودتر است. اثر تغییر در نوع اعمال میدان مغناطیسی برای سیال ضخیم شونده کمترین است. (د) چنانچه نسبت هدایت حرارتی افزایش یابد، بیشترین مقدار عدد ناسلت متوسط حاصل می شود که در این حالت اثر افزایش عدد هارتمن و عدد رایلی محسوس تر می شود. (ه) کمترین مقدار انتقال حرارت، قدرت جریان و اثر میدان مغناطیسی زمانی حاصل می شود که محفظه در زاویه 90+ درجه قرار گیرد که در این حالت عدد ناسلت متوسط تا حدود 82 درصد کمتر از زاویه صفر است. (و) عدد بجان با افزایش ضریب جذب/تولید حرارت، افزایش عدد هارتمن، کاهش عدد رایلی و کاهش نسبت هدایت حرارتی، افزایش می یابد و بیشترین مقدار عدد بجان در زاویه 90+ درجه حاصل می شود.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت دوگانه، سیال با مدل توانی، میدان مغناطیسی یکنواخت و غیر یکنواخت، تولید آنتروپی، جذب، تولید حرارت یکنواخت، زاویه تمایل محفظه
  • حماد کشاورزپور*، علی قاسمی، مهدی اویسی صفحات 67-78

    در این مقاله به بررسی اثر هندسه و اضافه شدن جاذب های فوم آلومینیوم در میزان جذب انرژی پروفیل های جدار نازک تو در تو تحت بار محوری فشاری پرداخته شده است. به منظور بررسی عددی از نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شده است. پروفیل های تو در تو از جنس آلومینیوم 6060-T5 و پروفیل بیرونی و داخلی با سطوح مقطع دایره، مربع، شش ضلعی و هشت ضلعی در نظر گرفته شده است. نمودار نیرو و جابجایی به منظور بررسی میزان جذب انرژی هندسه های مختلف پروفیل های تو در تو به همراه محاسبه جذب انرژی کلی و جذب انرژی ویژه استفاده شده است. در انتها به منظور بررسی اثر اضافه شدن فوم، سه حالت اضافه شدن فوم آلومینیوم به پروفیل تو در تو تحت بار محوری مورد بررسی قرار گرفت. پروفیل های جدار نازک تو در تو در حالت اضافه شدن فوم نسبت به حالت تو خالی میزان جذب انرژی بیشتری دارند. علاوه بر این، تعامل بین دیواره های فوم و لوله باعث افزایش اضافی در اتلاف انرژی می شود.

    کلیدواژگان: پروفیل های جدار نازک، پروفیل های تودرتو، هندسه، فوم آلومینیومی
  • حسن زرآبادی پور*، مهدی فرهنگ رنجبر صفحات 79-96
    راحتی سرنشینان خودرو یکی از موارد بسیار مهم در حین رانندگی می باشد، از این جهت سیستم تعلیق نقش به سزایی در برآورده شدن این امر دارد. برای بررسی این موضوع در این پژوهش طراحی سیستم کنترل تحمل پذیر عیب برای سیستم تعلیق فعال مدل یک دوم خودرو انجام گرفته است. در این مقاله هدف، طراحی کنترل کننده مدلغزشی مقاوم-تطبیقی جهت پایدار سازی سیستم تعلیق خودرو و همگرایی پاسخ خروجی به پاسخ مطلوب می باشد. به این منظور، ابتدا مدل سیستم تعلیق یک دوم خودرو در حضور عیب های عملگر، سنسور، عدم قطعیت های مدل سازی و نیز اغتشاشات محدود خارجی در نظر گرفته شده است. سپس، با فرض عدم اطلاع از باند بالای ترم شامل عیب های سیستم و اغتشاشات، به طراحی قانون کنترل تحمل پذیر خطا پرداخته شده تا پاسخ خروجی سیستم در مقابل هر گونه عیب ناگهانی به مقدار مطلوب (پایدار) همگرا شده و همچنین خروجی مسیر مطلوبی را دنبال کند.
    کلیدواژگان: سیستم تعلیق، مدل یک دوم خودرو، کنترل مدلغزشی مقاوم-تطبیقی، عدم قطعیت
  • حجت داننده اسکوئی*، سید اسماعیل رضوی، سید فرامرز رنجبر، ژاله اژدرزاده صفحات 97-112

    در این پژوهش اثر جایگزینی جدار الاستیک در کانال دوبعدی برای جریان همرفت اجباری حول استوانه دایروی محصور با جریان تراکم ناپذیر مطالعه عددی شده است. با عبور جریان از اطراف استوانه گرم و نوسان جدار الاستیک، آهنگ انتقال گرما در هر لحظه تغییر می کند که این تغییرات تابع شرایط ارتعاش نوسانگر الاستیک می باشد. دامنه، فرکانس و مود ارتعاشی از اصلی ترین پارامترهای تاثیرگذار بر جریان عبوری از کانال می باشند. ازاین جهت در این پژوهش تاثیر ارتعاش نوسانگر در مود های اول، دوم و سوم بررسی شده و در هر مود، سه دامنه متفاوت و در هر دامنه سه فرکانس مختلف برسی شده است و محاسبات برای دو عدد رینولدز 100 و 200 حل شده و با یکدیگر و نتایج کانال صلب مقایسه شده است. نتایج بیانگر این است که با در مود اول برخلاف مودهای دوم و سوم نوسان جدار الاستیک تاثیر بسیار زیادی بر عدد نوسلت متوسط، دمای متوسط خروجی و ضریب پسای استوانه دارد. از طرفی در تمامی مود ها با افزایش دامنه و فرکانس، عدد نوسلت متوسط، دمای متوسط خروجی و ضریب پسای استوانه افزایش می یابند.

    کلیدواژگان: برهمکنش شاره-جامد، معادلات ناویر-استوکس، همرفت اجباری، جریان تراکم ناپذیر
|
  • Ahmad Rezaei Sangtabi, Ali Kianifar *, Ebrahim Alizadeh Pages 1-14
    This paper studied the oxygen flow distribution in a PEM fuel cell stack numerically. At first, the flow in the stack was simulated as a single phase, and the effect of gradual reduction of manifold height (tapered manifold) on improving the flow distribution between fuel cells was investigated. Standard deviation and non-uniformity coefficient have been used to measure the flow maldistribution. Gradual reduction of manifold height up to 70% in the tapered manifold improved standard deviation and non-uniformity coefficient by 6.9% and 8.4%, respectively. The results of the two-phase simulation showed that the condensation of water vapor in the saturated oxygen could cause the accumulation of liquid water at the end of the manifold. As the smaller droplets merged, the droplet radius formed at the end of the manifold increased until it detached from the manifold wall and entered the last cells. Less liquid water entered the last cell at shorter intervals in the tapered manifold. It was suggested that by creating a water chamber at the end of the manifold, condensed water be collected from the manifold and discharged from the stack. Increasing the mass flow at the manifold inlet and discharging the excess gas through the water collection chamber can push the liquid water into the chamber without causing significant changes in pressure drop.
    Keywords: Flow distribution, PEM fuel cell, Two-phase Flow, Water removal, Manifold
  • AmirHossein Hashemian *, Ehsaneh Mohammadpour Hamedani Pages 19-34

    Composite Lattice structures are one of the most widely used structures in the aerospace industry in recent years. These structures are composed of a large number of oblique and circumferential ribs with specific distances from each other and in addition to strength, they are very light in terms of weight. The present study includes an analytical expression and a solution to the problem of free vibrations of a composite lattice cylindrical shell. The continuous formula for calculating the natural frequency of a cylindrical lattice structure was obtained by considering the Winkler-Pasternak elastic foundation from the governing equations of the shell based on Galerkin methods. This formula, in addition to being used to estimate the frequency in the initial design phase, is also a tool for evaluating the vibration analysis of composite lattice shells in mechanical analysis. The results have been calculated analytically in two cases with and without elastic foundation and the accuracy of the results has been confirmed by finite element modeling. For finite element method simulations, Winkler and Pasternak coefficients have been replaced by shear and radial springs, respectively. The natural base frequency of the system depends on the properties of the elastic substrate, so changing the stiffness of the radial and shear springs causes a change in the natural frequencies.

    Keywords: Lattice Composite Structure, Natural Frequency, Fourier Method, Galerkin method, FEM
  • Mohammad Nemati, Mohammad Sefid * Pages 35-66
    In the present work the amount of entropy produced due to the conjugate heat transfer of power-law fluids during natural convection within the inclined chamber under magnetic field and heat absorption/production is investigated. Outcomes:1-The flow power,the amount of heat transfer and the entropy produced decrease with increasing Hartmann number, decreasing Rayleigh number and increasing the fluid power-law index.2-As the power-law index decreases,the influence of the magnetic field becomes more pronounced.The mean Nusselt number decreases by about 52% for shear thinning fluid and by about 18% for dilatant fluid by increasing the Hartmann number to the highest value.3-To achieve a current with higher power and higher average Nusselt number,the magnetic field can be used non-uniformly,especially TMF1. The larger the Hartmann number, the more pronounced the change in the type of magnetic field applied.The influence of the change in the type of magnetic field applied to the shear thickening fluid is minimal.4-As the thermal conductivity ratio increases, the maximum mean Nusselt number is obtained, in which case the impact of increasing the Hartmann number and the Rayleigh number becomes more pronounced.5-The minimum amount of heat transfer, current strength and magnetic field influence is obtained when the chamber is at an angle of +90 degrees,in which case the average Nusselt number is up to about 82% less than the zero angle.6-The Bejan number increases with increment of heat absorption/production coefficient,increasing Hartmann number, decreasing Rayleigh number and decrement of thermal conductivity ratio,and maximum the Bejan number is obtained at an angle of +90 degrees.
    Keywords: Conjugate heat transfer, Power-law liquids, Uniform, non-uniform magnetic field, Entropy generation, Uniform heat absorption, production, Inclination angle of chamber
  • Hemad Keshavarzpour *, Ali Ghasemi, Mehdi Oveisi Pages 67-78

    In this paper, the effect of geometry and addition of aluminum foam adsorbents on the energy absorption of nested thin-walled profiles under compressive axial load is investigated. ABAQUS commercial finite element software has been used for numerical analysis. The nested profiles are made of 6060-T5 aluminum material and the outer and inner profiles are considered with circular, square, hexagonal and octagonal cross sections. Force and displacement diagrams have been used to study the energy absorption rate of different nested geometries along with the calculation of total energy absorption and specific energy absorption. Finally, in order to investigate the effect of adding metal foam, three modes of adding aluminum foam to the nested profile under axial load were investigated. Nested thin-walled profiles absorb more energy when the foam is added than when hollow. In addition, the interaction between the foam walls and the pipe causes an additional increase in energy dissipation.

    Keywords: Thin-walled profiles, Nested profiles, Geometry, Aluminum foam
  • Hassan Zarabadipour *, Mahdi Farhangranjbar Pages 79-96
    The comfort of car passengers is one of the most important issues while driving, therefore the suspension system plays a significant role in this matter. To investigate this issue, in this research, the design of a fault-tolerant control system for the active suspension system of the one half- car model has been considered. In this article, the goal is to design a robust-adaptive sliding mode controller to stabilize the vehicle suspension system and converge the output response to the desired response. For this purpose, firstly, the model of the suspension system of the one half of the car is considered in the presence of actuator, sensor, modeling uncertainties and limited external disturbances. Then, with the assumption of not knowing the upper band of the term, including system faults and disturbances, the error tolerant control law has been designed so that the output response of the system in front of any sudden fault converges to the desired(stable) value and also the output of a desired path.
    Keywords: suspension, Half- car model, Robust-adaptive Sliding mode control, Uncertainty
  • HOJJAT DANANDEH OSKUEI *, Seyed Esmail Razavi, Seyed Faramarz Ranjbar, Zhaleh Azhdarzadeh Pages 97-112

    In this study, the effect of replacing the elastic wall in a two-dimensional channel for forced convection flow around a circular cylinder surrounded by an incompressible flow has been studied numerically. As the current passes around the hot cylinder and the elastic wall oscillates, the rate of heat transfer changes at any time, which is a function of the vibration conditions of the elastic oscillator. Amplitude, frequency and vibration mode are the main parameters affecting the current passing through the channel. The2refore, in this study, the effect of oscillator vibration in the first, second and third modes has been investigated and in each mode, three different amplitudes and in each amplitude three different frequencies have been investigated and the calculations for two Reynolds numbers 100 and 200 have been solved. Rigid channels are compared. The results show that in the first mode, unlike the second and third modes, the elastic wall oscillation has a great effect on the average Nusselt number, average output temperature and cylinder drag coefficient. in all modes, with increasing amplitude and frequency, the average Nusselt number, the average output temperature and the drag coefficient of the cylinder increase.

    Keywords: Fluid-solid interaction, Navier-Stokes Equations, Forced convection, Incompressible flow