فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - سال پنجاه و دوم شماره 4 (پیاپی 101، زمستان 1401)

مجله مهندسی مکانیک
سال پنجاه و دوم شماره 4 (پیاپی 101، زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/24
  • تعداد عناوین: 40
|
  • زهره خدیری نیازمند، ابولفضل توتونچی، مهدی اسکندرزاده*، بهزاد عباس زاده صفحات 1-8

    این تحقیق با هدف بررسی منشا نشتی های گاه به گاه در شبکه لوله کشی گاز طبیعی انجام شده است. طبق نتایج به دست آمده از روش تجزیه وتحلیل عوامل شکست و آثار آن (FMEA) سه عیب عدم تراش صحیح، وجود چربی و وجود رطوبت در محل جوش در مرحله نصب و اجرا دارای بالاترین میزان خطر است. علاوه بر آن، تحلیل مکانیک شکست برای عیب های دارای بالاترین میزان خطر در نرم افزار ABAQUS به روش XFEM و به صورت سه بعدی انجام پذیرفت. شبیه سازی ها برای بارگذاری طول ثابت ترک (برابر 4 میلی متر) صورت گرفت. بر اساس نتایج شبیه سازی های المان محدود، ترک با طول اولیه 4 میلی متر در فشار داخلی بالاتر از 4/1 مگاپاسکال شروع به رشد می کند. با توجه به فشار بهره برداری شبکه گاز شهری (حدود 4/0 مگاپاسکال)، بر اساس نتایج این مطالعه شناسایی عیب های بالاتر از 4 میلی متر قبل از بهره برداری ضروری می باشد. داده های حاصل از این پژوهش می تواند جهت استفاده مهندسین شرکت ملی گاز ایران مفید باشد.

    کلیدواژگان: پلی اتیلن، اتصال الکتروفیوژن، ضرایب شدت تنش، تنش فون مایسز، المان محدود توسعه یافته، FMEA
  • محمد خلیلی*، معین طاهری، مهدی غلامی صفحات 9-18

    افزایش جمعیت و کمبود آب شیرین، انسان را به اندیشیدن درباره منابع جدید انرژی، خصوصا منابع انرژی تجدیدپذیر سوق داده است. در این پژوهش از دستگاه آب شیرین کن پلکانی برای تولید آب آشامیدنی استفاده شده است. برای بهبود عملکرد دستگاه از پارچه های جاذب برای افزایش سطح انتقال گرما بین آب شور و محیط و در نتیجه افزایش تبخیر و تولید آب شیرین استفاده شده است. پنج متغیر دبی ورودی آب شور، جنس، تعداد لایه، رنگ و زاویه قرارگیری پارچه به صورت هم زمان مورد آزمایش قرار گرفته است. آزمایش ها در سه دبی 50، 100 و 150 میلی لیتر بر دقیقه و در زاویه های 30، 60 و 90 درجه با استفاده از پارچه هایی از سه جنس متفاوت در سه لایه مختلف انجام شده اند. همچنین سه رنگ سفید، قهوه ای و مشکی برای پارچه ها در نظر گرفته شده است. طراحی آزمایش در این تحقیق به روش سطح پاسخ انجام شده و 27 آزمایش را مورد بررسی قرار داده است. نتایج تاثیر رنگ مشکی، جنس شماره یک با بیشترین میزان جذب آب، تعداد لایه های بیشتر، زاویه پارچه بزرگ تر و کاهش دبی در افزایش آب شیرین تولیدی را نشان دادند.

    کلیدواژگان: بررسی تجربی، پارچه جاذب، آب شیرین کن خورشیدی پلکانی، نمک زدایی، طراحی آزمایش، پاسخ سطح
  • امیر مهرانپور، هادی غائبی*، مصطفی رحیمی صفحات 19-28

    سیستم‎ تولید چندگانه، یکی از راه‎حل‎های افزایش بهره‎وری از منابع موجود انرژی گرمایی می‎باشد. در این مقاله یک سیستم ترکیبی جدید برای تولید همزمان توان و آب شیرین با استفاده از منبع گرمایی دما ثابت مانند رآکتور هسته‏ای معرفی شده است. این سیستم ترکیبی متشکل از چرخه فوق بحرانی تراکم‎مجدد دی‎اکسید کربن برای تولید توان و چرخه نمک‎زدایی رطوبت‎زنی-رطوبت‎زدایی جهت تولید آب شیرین با استفاده از گرمای اتلافی چرخه اول می‎باشد. به منظور شبیه‎سازی سیستم ترکیبی، کدی در نرم‎افزار EES نوشته شده و نتایج شبیه‎سازی برای هر یک از چرخه‎ها اعنبارسنجی شده است. سپس در جهت بررسی انرژی و اگزرژی سیستم ترکیبی با در نظر گرفتن دمای 755 درجه سلسیوس و نرخ گرمایی 1 مگاوات برای منبع گرمایی، تاثیر پارامترهای متغیر اصلی شامل نسبت فشار (Pr)، کسر جرمی (x)، دمای آب ورودی به قسمت رطوبت‎زنی و نسبت دبی جرمی آب به هوای چرخه نمک‎زدایی)، بر عملکرد سیستم ترکیبی مورد بررسی قرار گرفته است. و نتایج نشان می‎دهد که در حالت عملکرد بهینه، بازده اگزرژی کل سیستم از مقدار معمول 65% به 73% افزایش داشته و بازده اگزرژی پیش‎خنک‎کن به عنوان عامل اصلی اتلاف اگزرژی در چرخه فوق بحرانی تراکم‎مجدد دی‎اکسید کربن، از زیر 50% به حدود 99% افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: چرخه فوق بحرانی تراکم‎مجدد دی‎اکسید کربن، آب شیرین‎کن HDH، تحلیل ترمودینامیکی، تحلیل اگزرژی، اتلاف اگزرژی
  • سید سعید نبوی، امیرمهدی تحسینی* صفحات 29-38

    مطالعه ای عددی برای بررسی پدیده احتراق در محفظه احتراق موتور اسکرمجت همراه با تزریق سوخت از یک گوه ی با زوایای مختلف (11، 12، 17 و 20 درجه) انجام شد. در این محفظه احتراق، هوا با عدد ماخ 2 و سوخت هیدروژن با عدد ماخ نزدیک 1 وارد می شوند. میدان جریان آشفته مورد نظر توسط معادلات میانگین گیری شده ناویر-استوکس (RANS) در حالت پایا شبیه سازی شد. در این شبیه سازی از مدل آشفتگی Realizable برای مدل-سازی آشفتگی و از مدل نرخ محدود/ اضمحلال گردابه برای مدل سازی احتراق استفاده شد. مقایسه ای نیز بین نتایج روش عددی و نتایج روش تجربی انجام شد که دقت و قابلیت شبکه محاسباتی و روش عددی را برای مطالعه جریان مذکور نشان داد. نتیجه حاصله این بود که با افزایش زاویه گوه، بازده احتراق از نزدیک 63 درصد تا 67 درصد افزایش می یابد اما در طرف دیگر با افزایش زاویه، امواج ضربه ای تقویت می شوند و افت فشار کل نیز بیش تر می شود. بدین ترتیب برای داشتن حالت بهینه برای تولید نیروی رانش، باید مصالحه ای بین راندمان احتراق و افت فشار کل توسط طراح انجام بگیرد.

    کلیدواژگان: محفظه احتراق، اسکرمجت، گوه، بازده احتراق، مافوق صوت، حل عددی
  • زهره شمس*، مجتبی باغبان، عباس خاکسار صفحات 39-46

    گاز طبیعی با استفاده از خطوط انتقال فشار بالا از پالایشگاه ها به نقاط مصرف منتقل میشود. سپس فشار گاز در ایستگاه های دروازه شهری به psi 250 کاهش می یابد. در ایستگاه حاشیه شهری با کاهش فشار به psi 60، گاز به خطوط انتقال داخل شهری تزریق می شود. در این مطالعه اثر کاهش فشار به کمتر از psi 60 بر هدر رفت گاز، اتلاف اگزرژی و پایداری شبکه بررسی شده است. داده های آزمایشگاهی برای شهر اسلامیه واقع در خراسان جنوبی اندازه گیری شده است. نتایج بیانگر این است که با کاهش فشار خط تغذیه از psi 60 به psi 30، هدررفت گاز به ترتیب در دوره زمستانه و تابستانه %35 و %73 کاهش می یابد. در فشار psi 60، بیشینه اتلاف اگزرژی در رگلاتور مصرف اتفاق می افتد که قابل جبران نیست. در حالی که در فشارهای کمتر از فشار psi 60 بیشترین اتلاف اگزرژی در ایستگاه ناحیه شهری اتفاق می افتد. بنابراین در فشارهای پایین می توان با نصب توربین انبساطی به جای شیر اختناق بازگشت ناپذیری را کاهش داد. با بررسی پایداری شبکه، کاهش فشار خط تغذیه به psi 30 به شرکت ملی گاز پیشنهاد میشود.

    کلیدواژگان: کاهش فشار، گاز طبیعی، تحلیل اگزرژی، ایستگاه گاز، خط توزیع، رگلاتور
  • احمد مشایخی*، سعید بهبهانی، علی نحوی، عباس کرمی صفحات 47-55

    ربات لامسه ای واسط بین دنیای حقیقی و مجازی است و پایداری آن حین شبیه سازی جسم مجازی امری حساس برای ایمنی کاربر است. عموما ربات های لامسه ای دارای چندین درجه آزادی و دینامیک پیچیده هستند. این پیچیدگی دینامیکی ناشی از عواملی همچون مکانیزم پیچیده، اصطکاک کولمب و لزجت می باشد، که بررسی پایداری آن ها را در شرایط کلی دشوار می کند. این ربات ها فضای کاری بزرگی را می توانند پوشش دهند اما مسیله پایداری تعامل با جسم مجازی در حین شبیه سازی جسم مجازی مطرح می شود که دامنه حرکت کارگیر ربات محدود است. لذا ربات لامسه ای در تحلیل های پایداری به صورت یک سیستم یک درجه آزادی خطی در نظر گرفته شود. با این وجود تاکنون روشی سیستماتیک به منظور ساده سازی دینامیک ربات لامسه ای ارایه نشده و دقت محدوده کاری حاصله ربات نیز ارزیابی نگردیده است. در این مقاله روشی به منظور ساده سازی دینامیک ربات لامسه ای ارایه شده و برای صحه گذاری طی شبیه سازی هایی در نرم افزار MATLAB، پایداری ربات KUKA LWR IV به عنوان یک ربات لامسه ای شش درجه آزادی در شرایط مختلف بررسی و دقت روش پیشنهادی مطالعه شده است. در این پژوهش دینامیک چند درجه آزادی و غیرخطی ربات لامسه ای، در یک نقطه کاری مشخص تبدیل به دینامیکی متشکل از یک جرم موثر، ویسکوز موثر و کولومب موثر می شود. این سیستم یک درجه آزادی بدست آمده، می تواند در تحلیل های پارامتری پایداری و نافعالی به راحتی استفاده شود، حال آنکه انجام چنین کاری بر روی سیستم اصلی بسیار سخت و به نظر غیرممکن است. بررسی ها نشان می دهند که میانگین خطای نسبی بین مرز پایداری این دو سیستم کمتر از 18% است.

    کلیدواژگان: دینامیک ربات لامسه ای، جرم موثر، لزجت موثر، کولومب موثر، اصطکاک لزجتی، اصطکاک کولومب
  • علیرضا دنه دزفولی*، مسعود شفا، ابراهیم حاجی دولو، مونا محمدی صفحات 57-66

    در این مقاله چهار روش کاربردی جهت طراحی مستقیم توربین فرانسیس مرور شده است. این چهار روش طراحی شامل روش های دی سیرو، موسونی، لیندستروم و لوگاریسی هستند. قابلیت اطمینان این روش ها با بازطراحی توربین فرانسیس سه نیروگاه شهید عباسپور، مسجد سلیمان و مارون مورد ارزیابی قرار گرفته است. ارزیابی صورت گرفته بر مبنای مطالعه آماری نتایج به دست آمده است. جامعه آماری مورد مطالعه شامل 12 پارامتر عملکردی و هندسی توربین فرانسیس بوده است. سه پارامتر عملکردی این جامعه آماری شامل توان خروجی، سرعت دوران و سرعت مخصوص توربین می باشند. پارامترهای باقی مانده عبارت از پارامترهای هندسی استفاده شده برای طراحی چرخ، حلزونی و لوله مکش هستند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که روش دی سیرو دقتی برابر و یا بزرگتر از سه روش طراحی دیگر در محاسبه 67 % پارامترها دارد. بیشینه خطای محاسباتی روش های موسونی، لیندستروم و لوگاریسی بزرگتر از 150 % است. نتیجه برجسته این مطالعه مربوط به ارایه یک الگوریتم ترکیبی جدید جهت طراحی مستقیم توربین فرانسیس می باشد. این الگوریتم می تواند با خطای کمتر از 10 % حدس اولیه اندازه های مختلف توربین را برای طراحی های عددی ارایه دهد.

    کلیدواژگان: توربین فرانسیس، روش های طراحی مستقیم، ارزیابی آماری، چرخ، محفظه حلزونی، لوله مکش
  • سپهر جعفری، عباس رهی*، سید احمد مرتضوی صفحات 67-77

    در این پژوهش تاثیر شکست پیچ اتصال دهنده دو شفت جلو و عقب کمپرسور و نامیزانی ناشی از این شکست بر رفتار دینامیکی روتور در توربین گاز رولزرویس مورد بررسی قرار گرفته است. به همین منظور مدل هندسی شفت کمپرسور طراحی گردید و تحلیل مودال به روش اجزاء محدود توسط نرم افزار Ansys صورت گرفت و نمودارهای کمپل به صورت جداگانه ترسیم شد. از تحلیل مودال تجربی و مقایسه آن با تحلیل مودال عددی جهت اعتبارسنجی و تایید مدل طراحی شده استفاده گردید. در ادامه از تحلیل هارمونیک شفت بدون پره و دیسک و همچنین همراه پره و دیسک برای بررسی پاسخ فرکانسی سرعت و جابجایی ناشی از شکست پیچ اتصال دهنده در قسمت لبه و قسمت اتصال میانی دو شفت به صورت جداگانه و همچنین به صورت همزمان استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که دامنه نوسان شفت کمپرسور در حالت شکست پیچ در قسمت اتصال لبه برای محل شکست پیچ حدود 30 درصد بیشتر از حالت شکست پیچ اتصال میانی است.

    کلیدواژگان: توربین گاز، نامیزانی شفت کمپرسور، رفتار دینامیکی روتور، توربین گاز رولزرویس، نمودار کمپل، شکست پیچ
  • حسن نصیری سلوکلو، نوشین بیگدلی* صفحات 79-88

    این مقاله روشی برای تقریب دوخطی مرتبه کاهشی معادله برگرز توسط روش برش متعادل و الگوریتم تکراری زیرفضای کریلوف نسبی دوخطی پیشنهاد می-کند. با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو مشاهده می شود که با انتخاب تصادفی حدس اولیه، شانس همگرایی الگوریتم تکراری زیرفضای کریلوف نسبی برای کاهش مرتبه مدل دوخطی معادله برگرز فقط  41٪ است. بنابراین در روش پیشنهادی ابتدا مرتبه مدل دوخطی کاهش یافته توسط مفهوم مقادیر تکین هانکل و با کمینه سازی شاخص انتگرال مربع خطا تعیین می شود. سپس یک حدس اولیه از سیستم دوخطی کاهش مرتبه یافته توسط دو رهیافت برش متعادل دوخطی و برش متعادل خطی بدست می آید می آید تا همگرایی الگوریتم تکراری زیرفضای کریلوف نسبی دوخطی را تضمین نماید. روش برش متعادل دوخطی یک حدس اولیه مناسب پایدار را برای تضمین همگرایی الگوریتم ارایه می کند ولی نیاز به حل معادلات لیاپانوف تعمیم یافته، حجم محاسبات زیادی را می طلبد. با استفاده از روش برش متعادل خطی برای تعیین حدس اولیه به دلیل نیاز به حل معادله لیاپانوف حجم محاسبات کاهش می یابد. برای کاهش بیشتر حجم محاسبات، عدد نسبی جایگزین مقادیر ویژه می شود. در پایان، عملکرد روش پیشنهادی با چند روش کاهش مرتبه کلاسیک مقایسه می شود.

    کلیدواژگان: معادله برگرز، کاهش مرتبه مدل، سیستم دوخطی، برش متعادل، الگوریتم تکراری کریلوف نسبی، شبیه سازی مونت کارلو
  • فرید احمدی، اسمعیل قوانلو*، سید احمد فاضل زاده حقیقی صفحات 89-96

    هدف از این مقاله، شبیه سازی ارتعاشات ناشی از نیروی آیرودینامیکی ناشی از وزش باد می باشد. اغتشاشاتی که در اثر عبور جریان هوا بر روی کابل ایجاد می شود، باعث رشد نوسانات کابل تا نوسانات حدی با دامنه مشخص می گردد. در این مقاله از مدل آشفتگی درایدن جهت مدل سازی نیروی آیرودینامیکی ناشی از وزش باد استفاده می شود. معادلات حرکت کابل متصل به میراگر الکترومغناطیس با استفاده از اصل همیلتون استخراج و سپس با اسفاده از روش گالرکین به مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل معمولی خطی گسسته می شوند. در ادامه توابع تبدیل مود ارتعاشی اول کابل محاسبه و نمودار بود اندازه و فاز برای این توابع تبدیل با استفاده از نرم افزار MATLAB ترسیم می گردد. تاثیر پارامترهایی تندباد نظیر مقیاس طول تندباد، شدت تلاطم تندباد و سرعت باد بر پاسخ فرکانسی کابل مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که افزاش مقیاس طول تند باد و همچنین افزایش سرعت باد سبب کاهش فرکانس تشدید در سیستم می گردد.

    کلیدواژگان: کابل، ارتعاشات القایی باد، تند باد اتفاقی، شرایط تشدید، ناپایداری، تابع تبدیل
  • پریسا قناتی* صفحات 97-103

    ترمیم چسبی ترک های موجود در سازه های فلزی از طریق چسباندن وصله، به دلیل مقاومت زیاد، سهولت و سرعت انجام کاربرد زیادی پیدا کرده است. بدیهی است که کارآیی این ترمیم متاثر از شکل وصله است. در این تحقیق به بهینه سازی شکل وصله با ضخامت ثابت، در ترمیم چسبی نامتقارن یک ورق آلومینیومی با ترک مرکزی، تحت کشش تک محوره عمود بر امتداد ترک، پرداخته شده است. بدین منظور از الگوریتم بهینه سازی توپولوژی بر پایه همگن-سازی توزیع چگالی انرژی کرنشی استفاده شده است. مدل اامان محدود سه لایه ای دوبعدی نبولسی و مال برای مدل سازی و تحلیل سیستم ترمیم به کار گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که کارآیی شکل بهینه حاصل از این الگوریتم در کاهش انرژی کرنشی آزاد شده در نوک ترک در واحد افزایش طول ترک، که یک معیار کارآیی ترمیم است، متاثر از ابعاد فضای هندسی اولیه طراحی نسبت به طول ترک، و حجم آن نسبت به حجم ماده وصله است. لذا با انتخاب مناسب فضای اولیه، شکل بهینه حاصل از این الگوریتم، هم از دیدگاه معیار کارآیی ترمیم و هم از دیدگاه ساخت مطلوب است.

    کلیدواژگان: ترک، ترمیم چسبی نامتقارن، وصله، بهینه سازی توپولوژی، چگالی انرژی کرنشی، المان محدود
  • بهمن رحمتی نژاد*، فرزین عظیم پور شیشوان صفحات 105-114

    در این تحقیق عملکرد حرارتی رادیاتور موتور پرکینز A4.248 توسط نانو سیال CuO + Water در شرایط محیطی تعریف شده بر روی مدل آزمایشگاهی ساخته شده مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش کسر حجمی نانو ذرات چگالی و رسانایی گرمایی افزایش؛ گرمای ویژه و لزجت دینامیک کاهش یافت. ضریب اصطکاک با افزایش کسر حجمی نانوذرات در سیال پایه افزایش، و با افزایش عدد رینولدز کاهش یافت. همچنین با افزایش دبی و کسر حجمی ضریب اثر بخشی رادیاتور افزایش را نشان داد. در حداکثر مقدار سرعت جریان هوا و سیال خنک کننده با افزودن 4 درصد حجمی نانوذرات به سیال پایه می توان آهنگ انتقال گرما را به طور متوسط 39 درصد نسبت به سیال پایه افزایش داد. همچنین با افزایش دور الکتروموتور از 20 Hz به 40 Hz ضریب انتقال گرما آب خالص به طور متوسط 28% و نانو سیال 32% افزایش را نشان داد. افت فشار رادیاتور با کسر حجمی 1 و 2 درصد نسبت به سیال پایه در دور حداکثر الکتروموتور به ترتیب 7/15% و2/38% محاسبه شد.

    کلیدواژگان: نانو سیال، انتقال گرما، عدد ناسلت، رادیاتور، CuO، موتور پرکینز A4.248
  • سحر آهنگر، محمد همتی*، مهدی یاسی، الن وول صفحات 115-124

    آبراهه های کوهستانی با مواد بستری درشت دانه، شیب تند و عمق جریان کم قابل تشخیص می باشند. در این رودخانه ها، اندازه گیری مستقیم دبی یا سرعت جریان، به ویژه در جریان های بالا، اغلب دشوار است؛ لذا استفاده از روابط مقاومت جریان اجتناب ناپذیر خواهد بود. هدف تحقیق حاضر توسعه روابط بی بعد هندسه هیدرولیک در تخمین دبی، بدون اندازه گیری عمق آب می باشد. در این بررسی، مقاومت هیدرولیکی جریان در سه رودخانه کوهستانی عنصرود، سعیدآباد و لیقوان با فرم بسترهای متنوع بر اساس داده های اندازه گیری شده، بررسی و تحلیل گردید و معادله جدیدی برای پیش بینی مقاومت هیدرولیکی جریان ارایه گردید. نتایج تحقیق نشان داد که در رودخانه های کوهستانی، استفاده از پارامتر انحراف استاندارد هندسی توزیع ذرات در معادلات بی بعد هندسه هیدرولیک جریان، ضریب همبستگی و دقت معادلات را افزایش می دهد.

    کلیدواژگان: ضریب دارسی-ویسباخ، هندسه هیدرولیک، آبراهه کوهستانی، فرم بستر، متغیرهای بی بعد، داده های صحرایی
  • فرخ مبادرثانی*، امیررضا جمشید ملک آرا صفحات 125-134

    در مقاله ی حاضر، انتقال گرمای همرفت ترکیبی نانوسیال آب-مس در محفظه ای مربعی شکل با دو دیواره متحرک که شامل دو سیلندر چرخان و عایق است، به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور مدلسازی میدان نانوسیال از مدل بونجیورنو استفاده شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش المان محدود حل شده اند. پارامترهای مورد بررسی در این مقاله شامل: تاثیر پیکربندی مختلف سیلندرها، جهت چرخش سیلندرها، سرعت زاویه ای سیلندرها () ، فاصله ی سیلندرها از دیواره های متحرک (xc) و عدد رینولدز (Re) می باشد. طبق نتایج ارایه شده، قرارگیری استوانه های چرخان به صورت افقی حالت بهینه ی پیکربندی می باشد. جهت چرخش سیلندرها تاثیر مهمی بر انتقال گرما از سطح گرم دارد و طبق نتایج جهت بهینه تابعی از فاصله ی سیلندرها از دیواره ها می باشد. از طرف دیگر، با افزایش عدد رینولدز آهنگ انتقال گرما نیز افزایش می یابد، بگونه ای که با افزایش این عدد از 50 به 200 نرخ انتقال حرارت در حدود 105% افزایش نشان می دهد.

    کلیدواژگان: جابجایی طبیعی، نانوسیال، سیلندر چرخان، روش بونجیورنو، عدد ناسلت، روش المان محدود
  • سجاد پیربوداقی*، قاسم خلیل زاده، یوسف حسن زاده صفحات 135-144

    به کمک مدل های ریاضی می توان شرایط هیدرولیکی پیچیده و خصوصا وجود جریان های دوفازی در تندآب سرریزها را به صورت سه بعدی با دقت قابل قبولی شبیه سازی کرد و با برقراری جریان های عبوری مختلف احتمال بروز خلاء زایی در این سازه ها را بررسی نمود. در تحقیق حاضر امکان ظهور پدیده کاویتاسیون و علاج بخشی روی سرریز سرویس سد آغ چای با استفاده از روش های عددی در نرم افزار Flow-3D در دو دبی 4400 و 1065 متر مکعب برثانیه که توسط مشاور طرح ارایه شده است، مورد ارزیابی قرار می گیرد و سطح آزاد جریان در این مدل به روش حجم سیال (VOF) محاسبه می گردد. نتایج شبیه سازی جریان در دبی 4400 مترمکعب بر ثانیه نشان می دهد که در قسمت اوجی و تغییر زاویه کانال تندآب رخداد پدیده کاویتاسیون بسیار محتمل است و باید با استفاده از تدابیری از وقوع آن جلوگیری کرد. ولی در دبی های کمتر از جمله 1065 متر مکعب برثانیه بخاطر سرعت کمتر و عدم جدایش جریان از بستر احتمال وقوع خلازایی کم بوده و چندان قابل توجه نیست. نتایج بدست آمده در مقایسه با نتایج مشاور طرح از تطابق خوبی برخوردار می باشند.

    کلیدواژگان: سرریز اوجی شکل، مدلسازی عددی، نرم افزار Flow-3D، سد آغ چای، روش VOF، کاویتاسیون
  • رحیم نظری بیگدیلو، صفر ایراندوست پاکچین* صفحات 145-152

    یکی از اولین مشخصات سازه آسیب دیده، تغییر در سختی موضعی سازه و در نتیجه تغییر فرکانس های زمانی آن می باشد. در سال های اخیر حسگری فشرده (CS) در حوزه ی فرکانس به موفقیت های قابل توجهی در مقایسه با روش نمونه برداری نایکوییست دست پیدا کرده است. حسگری فشرده، بر این مبنا استوار است که بیشتر سیگنال های زمانی وقتی در یک مبنای مناسب (مانند: مبنای موجک، فوریه و...) نمایش داده می شوند پهنای باند فرکانسی آنها بالا هست و درنتیجه می توان در هنگام نمونه برداری از برخی بخش های طیف فرکانسی سیگنال صرف نظر کرد. در نتیجه می توان تعداد نمونه ها را  در مقایسه با نرخ نایکوییست به طور چشم گیری کاهش داد. در این تحقیق برای نخستین بار با بکارگیری الگوریتم پایه های متعامد تعقیبی (OMP)، و الگوریتم تکراری آستانه گذاری سخت (IHT)، به تشخیص وجود ترک در یک تیر یکسر گیردار، با کمترین نرخ نمونه برداری از سیگنال آن پرداخته شده است که از الگوریتم های شناخته شده در حسگری فشرده هستند.  نتایج عددی حاصل از این الگوریتم ها برتری الگوریتم (OMP) در مقایسه با الگوریتم(IHT) برای تشخیص وجود ترک در تیر یکسر گیردار نشان می دهد. نتایج حاصل از این روش حاکی از آن است هنگامی که نسبت سیگنال به نویز گاوسی (SNR) کم است، روش پیشنهادی عملکرد بهتری دارد.

    کلیدواژگان: تیر یکسر گیردار، ترک دار، حسگری فشرده، نمونه برداری نایکوئیست، سیگنال پراکنده، بازیابی محمل سیگنال
  • علیرضا علیزاده جاجرم، حمیدرضا گشایشی*، کاظم بشیرنژاد، ایمان زحمتکش صفحات 153-164

    در این پژوهش عملکرد یک لوله گرمایی نوسانی سه بعدی در زوایای مختلف استقرار از صفر تا 90 درجه با سیال عامل آب مقطر و نانوسیال به صورت تجربی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نانوسیال Fe3O4  با کسر جرمی 1/0 درصد تهیه و برای پایداری آن از سورفکتانت تترامتیل آمونیوم هیدرواکسید استفاده شد. ابتدا آزمایشات در شارهای گرمای ورودی مختلف (30 تا 300 وات) و نسبت های پرشدگی 50 و 60 درصد انجام و نسبت پرشدگی بهینه (50%) مشخص گردید. سپس با این مقدار، عملکرد حرارتی لوله گرمایی نوسانی در زوایای مختلف بدون حضور و همچنین با اعمال میدان مغناطیسی ارزیابی شد. نتایج آزمایشات نشان داد که نانوذرات Fe3O4 می توانند عملکرد گرمایی دستگاه را بهبود بخشند. همچنین  مشخص شد که نسبت پرشدگی بهینه برای این دستگاه 50 درصد می باشد. با افزایش شار گرمای ورودی، مقاومت گرمایی لوله گرمایی کاهش می یابد. علاوه بر این نتایج نشان داد که زاویه شیب لوله گرمایی تاثیر قابل توجهی بر عملکرد لوله گرمایی دارد. در حالت افقی عملکرد دستگاه اصلا مناسب نبود، اما با اعمال میدان مغناطیسی، دستگاه می تواند به کار خود ادامه دهد.

    کلیدواژگان: لوله گرمایی نوسانی سه بعدی، نسبت پرشدگی، زاویه استقرار، نانوسیال مغناطیسی، میدان مغناطیسی، مقاومت گرمایی
  • ثارالله عباسی*، شهاب اسمعیل زاده ولی صفحات 165-174

    در این مقاله به بررسی عددی اثر اعمال اصلاح پوسته از نوع شیار محیطی بر بهبود عملکرد یک کمپرسور محوری چرخش معکوس دو طبقه گذرصوت پرداخته شده است. نتایج بر اساس شبیه سازی عددی جریان لزج به صورت سه بعدی با حل معادلات ناویر- استوکس شامل معادله پیوستگی، مومنتوم و انرژی و با استفاده از نرم افزار تجاری Ansys CFX ارایه گردیده است. در ابتدا، به منظور اعتبارسنجی، نتایج حاصله با نتایج سایر محققان مقایسه گردیده که تطابق خوبی مشاهده می گردد. بررسی منحنی عملکرد کمپرسور در دو حالت پوسته صاف و پوسته شیاردار حکایت از افزایش حاشیه استال در این کمپرسور به میزان حدود 8% دارد. مشاهده می گردد که اعمال پوسته شیاردار در شرایط نزدیک استال رخداد سلول استال و پخش محیطی و محوری آن را کاهش می دهد. با توجه به تضعیف جریان نشتی نوک در حالت پوسته شیاردار، فصل مشترک جریان اصلی و جریان نشتی نوک به سمت پایین دست گذرگاه حرکت می کند. بعلاوه برخورد جریان نشتی نوک و امواج شوک نیز که منجر به تولید افت های زیاد می شود به پایین دست منتقل می گردد.

    کلیدواژگان: کمپرسور محوری چرخش معکوس، استال، شبیه سازی عددی، منحنی عملکرد، پوسته صاف و شیاردار، پوسته از نوع شیار محیطی
  • حامد نامدار اصل، صادق پورعلی*، رضا توانگر صفحات 175-184

    در تحقیق حاضر، ضمن مرور فرآیندهای تغییر شکل پلاستیک شدید و مکانیزم های اصلاح ریزساختار مواد فلزی در آن ها، مطالعات پیشین انجام شده در خصوص رفتار خوردگی آلیاژهای مختلف که تحت تغییر شکل پلاستیک شدید قرار گرفته اند، بررسی می شوند. اندازه دانه به عنوان یک پارامتر متالورژیکی مهم می تواند گستره ای از خواص مکانیکی، شیمیایی، فیزیکی و الکتروشیمیایی مواد فلزی را تحت تاثیر قرار دهد. در اغلب بررسی های انجام شده، کاهش اندازه دانه منجر به بهبود خواص یاد شده می شود. در سالیان اخیر، روش های تغییر شکل پلاستیک شدید ورود به محدوده اندازه دانه نانومتری و فوق ریز را برای توده مواد فلزی میسر ساخته اند. از میان خواص یاد شده، عملکرد خوردگی مواد فوق ریزدانه تولید شده به روش های تغییر شکل پلاستیک شدید کماکان محل بحث محققین این حوزه است. هدف از این تحقیق، مرور این روش ها، مکانیزم ریزدانه شدن طی آن ها و اثرات کار سرد شدید بر روی رفتار خوردگی فلزات و آلیاژهای مهندسی مختلف نظیر فولادها، آلومینیوم، تیتانیوم، مس و منیزیم است.

    کلیدواژگان: مواد فلزی، تغییر شکل پلاستیک شدید، اندازه دانه، رفتار خوردگی، تنش باقیمانده، بافت
  • مهدی مسلمی*، فائزه نجاتی صفحات 185-192

    در این مطالعه انتقال گرمای همرفتی اجباری جریان لایه ای نانو سیال آب و اکسید مس در میکرو کانال موج دار  در حضور میدان مغناطیسی با استفاده از روش عددی مورد بررسی قرارگرفته است . معادلات تابع جریان، انتقال گردابه و انرژی به روش تفاضل محدود گسسته سازی شده و با  قراردادن شرایط مرزی توجه به شرایط مرزی موردنظر در محیط نرم افزار فرترن حل می گردند. تاثیر پارامترهای مختلفی ازجمله عدد رینولدز در محدوده 500-50 ، کسر حجمی 0-10% ، عدد هارتمن 20-0 و دامنه موج های 3/0-0 بر عملکرد یک میکرو کانال موج دار  موردبررسی قرار می گیرد.  با توجه به نتایج به دست آمده، شکل سینوسی میکرو کانال به طور مستقیم بر انتقال گرما تاثیر گذاشته و با افزایش دامنه موج میکرو کانال عدد ناسلت افزایش می یابد. از طرفی گردابه های ایجادشده در رینولدزهای بالا نیز سبب بهبود کارایی میکرو کانال و افزایش انتقال گرما می گردد. همچنین نتایج نشان می دهد که با افزایش عدد هارتمن، خط جریان در نزدیکی دیواره منظم تر شده و با توجه به گرادیان دمایی ایجادشده، عدد ناسلت افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: انتقال گرما، نانو سیال، جریان گردابی، میدان مغناطیسی، میکرو کانال موج دار، بهبود کارایی
  • محمدعلی قلی پور، بهزاد قاسمی*، افراسیاب رئیسی صفحات 193-202

    در این مطالعه همرفت آزاد دو سیال نیوتنی و غیرنیوتنی مخلوط نشدنی با گرمایش موضعی از کف در حفره مربعی به روش عددی بررسی شده است. منبع گرمایی کف حفره، شار گرمایی یکنواخت  تولید می کند و باقی دیوار کف حفره عایق است. دیوارهای عمودی و بالای حفره در دمای  قرار دارند. تاثیر پارامترهای نسبت حجمی سیال نیوتنی به سیال غیرنیوتنی مدل قانون توانی (7/0 ≥ H ≥ 0)، پارامتر توانی (4/1 و 6/0 n =)، عدد رایلی (106 ≥  Ra1≥ 103) و پرانتل سیال غیرنیوتنی (1000 و 100 Pr2 =) بر میدان جریان و دما و آهنگ انتقال گرما، بررسی شده است. معادلات بی بعد حاکم برای سیال غیرنیوتنی و نیوتنی براساس خواص سیال نیوتنی با 100 Pr1 =، به روش اختلاف محدود بر مبنای حجم کنترل گسسته سازی شده است. برای حل هم زمان معادلات جبری شده از الگوریتم SIMPLE استفاده شده است. برای اطمینان از صحت کدنویسی، نتایج با نتایج مقاله ای دیگر در زمینه ی سیالات غیرنیوتنی مقایسه شده است. نتایج در قالب خطوط جریان و خطوط هم دما و مقادیر ناسلت متوسط ارایه شده است. کاهش ناسلت متوسط به معنای افزایش اختلاف دمای منبع گرمایی با دیوار های سرد است. نتایج نشان می دهد که افزایش پرانتل سیال غیرنیوتنی به دلیل کاهش رسانش گرمایی سیال غیرنیوتنی باعث افزایش دمای منبع گرمایی و کاهش ناسلت متوسط منبع می شود. همچنین با قدرت گرفتن همرفت طبیعی در حفره، با افزایش شاخص تابع نمایی مقدار ناسلت متوسط کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: همرفت طبیعی، حفره مربعی، دو سیال مخلوط نشدنی، غیرنیوتنی، منبع شار گرمایی یکنواخت
  • احمد شرفی* صفحات 203-211

    در این مقاله، بررسی عددی اثر مکش و دمش همزمان روی ایرفویل بال یک هواپیمای مانور پذیر برای کوچک کردن حباب جدایش انجام شده است. این بررسی در عدد رینولدز106×85 و توسط نرم افزار Fluent انجام شده است. ابتدا سیستم مکش و دمش بصورت مجزا روی ایرفویل قرارگرفته و تاثیر زوایای مختلف دمش و مکش (30، 45 و 90 درجه) به همراه مکان آنها (نسبت فاصله 0، 1/0، 2/0، 3/0، 6/0، 7/0 و 8/0) بررسی شده است. در این بررسی، نسبت نیروی برآ به پسا، ضریب فشار، خطوط همتراز سرعت و فشار در حالت های مختلف نسبت به حالت بدون دمنده و مکنده مقایسه شده است. در ادامه، سیستم دمش و مکش همزمان بررسی گردید. نتایج این بررسی نشان داد که مکش در نزدیکی لبه ی حمله و دمش در قسمت انتهایی ایرفویل موجب بهبود عملکرد آیرودینامیکی می شوند که بهترین عملکرد برای دمش در فاصله 6/0طول وتر و مکش در فاصله 1/0 بود که موجب افزایش 55 درصدی نسبت برآ به پسا در مقایسه با حالت بدون دمش و مکش شده است.

    کلیدواژگان: کنترل جریان، دمش و مکش همزمان، ایرفویل، جدایش جریان، واماندگی، برآ و پسا
  • رضا حسن زاده قاسمی*، جواد احمدی صفحات 213-220

    در این مقاله، به کمک مدل خطی و غیر خطی راننده- خودرو، اثر تاخیر عکس العمل راننده روی پایداری چرخشی سمت و پایداری جانبی بررسی شده است.  تاخیر زمانی راننده یک موضوع اجتناب ناپذیر در دینامیک فرمان پذیری خودرو می باشد. علاوه بر تاخیر زمانی ذاتی در پاسخ حسی- حرکتی انسان، وضعیت سلامتی راننده می تواند به طور بالقوه روی زمان واکنش راننده موثر باشد. با در نظر گرفتن تاخیر زمانی در مدلسازی، دینامیک خودرو به یک سیستم با معادلات دیفرانسیل تاخیری تبدیل می شود، که از نظر ریاضی دارای بی نهایت جواب است. در این مقاله برای حل معادله دیفرانسیل تاخیر، مدل تاخیر زمانی با سری تیلور تقریب زده می شود. نمودارهای پایداری، نواحی قابل قبول برای بهره های تناسبی و مشتقی راننده را در تاخیر زمانی خاص یک راننده تعیین می کند. نتایج نشان می دهد با افزایش تاخیر زمانی یا افزایش سرعت خودرو، ناحیه پایداری کوچک تر می شود. در این مقاله همچنین مقدار بحرانی تاخیر زمانی راننده برای مجموعه مشخص از بهره های تناسبی و مشتقی راننده، محاسبه شده است. این تحلیل نشان می دهد در صورتی که راننده با سرعت های زیادتر رانندگی نماید، باید سریع تر عکس العمل نشان دهد تا خودرو ناپایدار نشود. برای تایید نتایج بدست آمده نمودارهای پایداری، شبیه سازی عددی مدل خودرو- راننده تحت مانور تغییر مسیر شدید انجام گرفته است. در شبیه سازی، مدل هفت درجه آزادی غیرخطی از خودرو به همراه مدل غیر خطی از تایر استفاده شده است.  نتایج شبیه سازی، کاملا نتایج حاصل از تحلیل های پایداری را تایید می کند.

    کلیدواژگان: مدل راننده- خودرو، تحلیل پایداری، تاخیر زمانی راننده، دینامیک جانبی خودرو، نمودارهای پایداری: تاخیر زمانی بحرانی
  • فاطمه زنگویی، علی سعیدی* صفحات 221-230

    فرآیند ریفرمینگ بخار متان بالاترین بازدهی را نسبت به سایر روش های تولید هیدروژن دارد. نقش دما، فشار، نسبت بخار به کربن ورودی، سرعت فضایی و کاتالیست در انجام این فرآیند دارای اهمیت است. در تحقیق حاضر، یک حل عددی با استفاده از نرم افزار منبع باز کانترا در محیط برنامه نویسی پایتون، برای تولید گاز سنتز و هیدروژن به روش ریفرمینگ بخار متان در حضور دو کاتالیست نیکل و رادیوم ارایه می گردد. مدل سازی در محدوده گسترده دمایی 600-1300 کلوین، نسبت بخار به کربن 2-4، فشار 25/0-4 بار و سرعت فضایی (GHSV) 150-120000 بر ساعت انجام می شود. نتایج نشان می دهد محدوده مناسب برای تولید گاز سنتز و هیدروژن در حضور کاتالیست نیکل و رادیوم محدوده دما 1000-1300 کلوین، فشار 1-2 بار و سرعت فضایی 5000-15000 بر ساعت و نسبت بخار به کربن به ترتیب برابر با 5/2-3 و 3-5/3 است. در شرایط یکسان عملکردی به دلیل فعالیت بیشتر کاتالیست رادیوم نسبت به نیکل، تولید هیدروژن در حضور آن کاتالیست بیشتر است، اما با توجه به عملکرد مشابه و قابل قبول کاتالیست های رادیوم و نیکل در شرایط بهینه، به دلیل مقرون به صرفه و در دسترس بودن، کاتالیست نیکل مناسب تر است.

    کلیدواژگان: تولید هیدروژن، ریفرمینگ بخار متان، دما، نسبت بخار به متان، مدل سازی عددی، کاتالیست
  • شبنم هادی پور گودرزی، اسفندیار اختیاری* صفحات 231-238

    معمولا ضرایب آیرودینامیکی به روش های عددی و تجربی محاسبه می شود که منجر به صرف وقت، هزینه بالاو وابستگی به پوشش ایرفویل می گردد. نوآوری در این پژوهش تخمین ضرایب آیرودینامیکی ایرفویل با پوشش پارچه به روش های فازی، شبکه عصبی و سیستم فازی-عصبی می باشد، تا روشی کم هزینه و زود بازده در طراحی بهینه و تخمین ضرایب آیرودینامیکی ایرفویل های وسایل نقلیه دارای بال غشایی تعیین شود. در مدل ها سرعت زیرصوت درنظر گرفته شد. دو فاکتور عدد رینولدز و زاویه حمله بعنوان ورودی و مقادیر ضرایب برآ و پسا بعنوان خروجی فرض شدند. تخمین ها بر روی داده های ایرفویل ناکا2418 صورت گرفته و خطای نهایی هر یک از روش ها محاسبه و با هم مقایسه شد. میزان خطای مدل ها با میانگین مربعات خطا برای ضرایب برآ و پسا در مدل فازی به ترتیب برابر 8023/0و4-10×3451/4، در مدل فازی-عصبی برابر 2-10×97/6 و3-10×7/6و در مدل شبکه عصبی برابر 3-10×2/1و6-10×5767/7 می باشد که حاکی از برازش خوب مدل ها بود. از بین آنها، مدل شبکه عصبی همخوانی بهتری با داده ها نشان داد. جهت راستی آزمایی مد ل سازی ها از داده های ضریب برآ حاصل از آزمون تجربی استفاده شد که موید برازش مناسب مدل ها بود.

    کلیدواژگان: ضرایب آیرودینامیکی، ایرفویل غشائی، شبکه عصبی مصنوعی، سیستم فازی-عصبی وفقی، سیستم استنتاج فازی، آزمون تجربی
  • ابراهیم پناه پوری، مجتبی دهقان منشادی*، مهدی نوری دبیر صفحات 239-248

    در این مقاله یک سیستم بازیابی نوآورانه با نصب بازوی ماهر روی یک پرنده ی عمودپرواز ارایه شده است. پس از قرار گرفتن پرنده در موقعیت مطلوب، بازوی ماهر، قلاب متصل به دو کابل را بلند کرده و به سمت محل بازیابی حرکت می دهد. سپس قلاب، محل بازیابی را گرفته و ربات از آن جدا می شود. با این کار پرنده ی عمودپرواز از طریق 2 کابل کم وزن، آویزان می شود. برای حل مشکل دینامیک کوپله ی سیستم بازو-عمودپرواز، اثرات دینامیک ربات به عنوان اغتشاش برای پرنده در نظر گرفته شده و با استفاده از ممنتوم خطی و زاویه ای، بر حسب تغییرات مرکز جرم و اینرسی بازوی ماهر، تخمینی از نیرو و گشتاور وارد بر پرنده، ارایه شده است. این سیستم باید در برابر اغتشاش باد، اثرات آیرودینامیکی نامطلوب و خطای پارامترها کارآمد باشد، بنابراین کنترلگر مدلغزشی فراپیچشی برای ردیابی مسیر پرنده ی عمودپرواز و ربات، طراحی و شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که تخمین گشتاورهای ناشی از حرکت بازو به درستی انجام می شود. همچنین کنترلگر طراحی شده، عملکرد مطلوبی در ردیابی مسیر و کاهش اثرات اغتشاش ناشی از حرکت بازو را دارد.

    کلیدواژگان: سیستم بازیابی، بازوی ماهر، دینامیک بازوی هوایی، پرنده ی عمودپرواز، کنترلگر مدلغزشی، کنترلگر فراپیچشی
  • محمدمهدی محمدی، امید باوی*، یوسف جمالی صفحات 249-254

    در این تحقیق امکان تعیین توالی تک رشته DNA حین عبور از نانومنفذ عامل دار صفحات گرافینی با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی هدایت شده در سرعت ثابت بررسی شده است. جهت عامل دار کردن نانومنفذ، از اتم های هیدروژن و گروه هیدروکسیل استفاده شده است. حین عبور تک رشته DNA، نیروی مورد نیاز برای حرکت DNA به اتم فسفر ستون فقرات آن اعمال می شود و سپس تغییرات نیرو جهت تشخیص تمایز بین بازها بررسی شده است. همچنین، بروز تغییرات در زوایه صفحه باز نسبت به صفحه گرافین، که زاویه بتا نامیده می شود، حین عبور DNA از نانومنفذ بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با استفاده از این ساختار و بررسی پارامترهای مورد تحقیق، مولکول های سیتوزین، گوانین و تیمین با استفاده از این روش قابل تمایز هستند. این امید وجود دارد که با به خدمت گرفتن قابلیت های این روش و توجه بیشتر به پتانسیل های منحصر به فرد نانوساختارهای حالت جامد دوبعدی، افقی نو برای طراحی نسل جدید ماشین های توالی یابی پروتیین ها در دید محققان پروژه کلان ژنوم شناسی انسانی بگشاید.

    کلیدواژگان: نانومنفذ، گرافین، توالییابی DNA، دینامیک مولکولی هدایت شده، تمایز
  • مجتبی مروج*، فرشاد ابراهیم پور، زهره ابراهیمی صفحات 255-262

    در این تحقیق، یک خشک کن خورشیدی جریان غیر مستقیم سبزیجات با گرما دهی غیرمستقیم توسط نانوسیال به صورت تجربی مورد آزمایش قرار گرفته است. سیستم شامل گردآورنده خورشیدی صفحه تخت با سیال واسطه نانوسیال آب-آهن بوده و ماده خشک شونده سبزی نعنا و زمان آزمایش نیز تابستان و پاییز 1400 در دانشگاه پیام نور در آغاجاری در جنوب ایران بوده است. بررسی ها نشان داد که متوسط بازدهی گردآورنده مورد استفاده 3/44% و متوسط بازده گرمایی خشک کن 1/26 % است.  همچنین در مقایسه با تحقیقات پیشین بازدهی قابل قبولی را برای خشک کن با گرما دهی غیر مستقیم ارایه می دهد. شرایط آب هوایی شامل دما، رطوبت و تابش خورشید مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به داده ها مشخص شد که تاثیر رطوبت و سرعت باد به دلیل عدم تغییرات زیادو ضریب همبستگی پیرسون نزدیک به 3/0، اندک بوده است. ولی در خصوص دمای هوا و تابش خورشیدی با افزایش دما و تابش مراحل خشک شدن در زمان کمتری اتفاق می افتد به گونه ای که رطوبت تعادلی در حدود 5ساعت به کمتر از 10% می رسد و باعث می شود که کارایی خشک کن به حدود %29 برسد.

    کلیدواژگان: خشک کن خورشیدی، بررسی تجربی، نانوسیال، بازده، گرمای غیرمستقیم، پارامترهای محیطی
  • محمدامین ترابی زاده*، ستار مالکی صفحات 263-272

    به علت توسعه کاربرد مواد کامپوزیتی به صورت لوله و اتصالات در خطوط انتقال و پالایشگاه های صنایع پتروشیمی و گاز، شناخت دقیق رفتار مکانیکی و طراحی بهینه آنها در شرایط کاری بسیار ضروری است. در این مطالعه با استفاده از روش طراحی آزمایشات تاگوچی، به ارایه مدل عددی جهت بررسی رفتار لوله های کامپوزیتی، ساخته شده با الیاف شیشه و رزین های متفاوت، در برابر بارهای ضربه ناشی از سقوط وزنه افتان در دماهای مختلف کاری پرداخته شده است. لوله ها با سه نوع رزین اپوکسی، ونیل استر و پلی استر تولید و در محدوده دمایی 15- تا 100 درجه سلسیوس مورد آزمایش قرار گرفته است. به منظور ارزیابی مدل، نتایج مدل عددی در حالات مختلف با مقادیر آزمایشگاهی مقایسه و تاثیر هر یک از عوامل کنترلی روی پاسخ مکانیکی لوله ارزیابی شده است. نتایج حاکی از آن است که لوله با رزین اپوکسی و دمای 100 درجه سلسیوس بهترین عملکرد در برابر بار ضربه را داشته و همچنین با افزایش دمای محیط، ظرفیت حمل بار لوله کاهش و زمان برخورد ضربه زننده افزایش پیدا می کند.

    کلیدواژگان: لوله کامپوزیتی، ضربه کم سرعت، دمای کارکرد، روش تاگوچی، بهینه سازی، رزین پلیمری
  • علیرضا فلاحت* صفحات 273-282

    در این تحقیق، کارایی گرمایی-هیدرولیکی نانوسیال بوهمیت- آلومینا بر پایه آب در یک چاه گرمایی استوانه ای با مینی کانال های مارپیچ به صورت عددی بررسی شده است. فاکتورهای طراحی در چهار سطح شامل زاویه مارپیچ مینی کانال ها، عدد رینولدز، شکل نانوذرات و کسر حجمی نانوذرات انتخاب شدند. برای انجام تحلیل حساسیت فاکتورهای طراحی، از روش تاگوچی با آرایه متعامد L16 و تحلیل آماری واریانس استفاده شده است. عدد ناسلت، ضریب اصطکاک فانینگ و ضریب کارایی گرمایی کل به عنوان پارامترهای خروجی محاسبه شد. نتایج به دست آمده نشان داد که زاویه مارپیچ مینی کانال ها و شکل نانوذرات نقش حیاتی در عدد ناسلت و ضریب اصطکاک فانینگ با مجموع نسبت های مشارکت دو فاکتور به ترتیب %21/85 و %96 دارد. همچنین، زاویه مارپیچ مینی کانال ها 93%/47 در ضریب عملکرد حرارتی کل سهم دارد. ترکیب بهینه برای عدد ناسلت و ضریب کارایی گرمایی کل برابر A1B4C4D4 به دست می آید. به طور کلی، مینی کانال مارپیچ با نانوسیال بوهمیت -آلومینا می تواند به عنوان خنک کننده ترجیحی برای منابع گرمایی استوانه ای مفید باشد.

    کلیدواژگان: چاه گرمایی استوانه ای، مینی کانال مارپیچ، نانوسیال، شکل نانوذره، روش تاگوچی، آنالیز واریانس
  • حامد سلطانی، مرتضی رحمانپور*، محسن فلاح صفحات 283-290

    پس از کشف آتش و تغییرات شگرف آن در زندگی بشر، آتش سوزی به عنوان یک خطر بزرگ همواره جان و مال مردم را تهدید می کرد. در این پژوهش به بررسی و شبیه سازی عددی آتش سوزی با استفاده از نرم افزار FDS در یک کتابخانه عمومی پرداخته شده و با ایجاد تغییراتی در معماری ساختمان به صورتی که بتواند بر زیبایی معماری و کارایی بنا اثر گذاشته و علاوه بر آن به کاهش سرعت گسترش آتش و افزایش ایمنی کتابخانه نیزکمک شود و ضمنا از بخش با ارزش مخزن کتاب نیز محافظت شود. به همین منظور ابتدا به بررسی تاثیر درب های ورودی بر گسترش آتش پرداخته شده و با استفاده از درب های اتوماتیک، تاثیر قابل توجهی در کنترل جریان باد ورودی به داخل کتابخانه حاصل شد. در ادامه با ایجاد قسمتی اصلاحی، تلاش برای محافظت از بخش ارزش در برابر نفوذ آتش شده است و در نتیجه این تغییرات علاوه بر افزایش زیبایی کتابخانه از منظر معماری، بعد از گذشت یک دقیقه دما در قسمت مخزن کتاب ها نسبت به وضعیت قبل از اصلاح، 16 درصد کاهش پیدا کرده است.

    کلیدواژگان: آتش سوزی، معماری ساختمان، دود، شبیه سازی عددی، جریان باد، FDS
  • سمیرا دیلاغیان، حسین میرزایی نژاد* صفحات 291-300

    سیستم ترمز ضد قفل (ABS) خودرو با تنظیم ضریب لغزش طولی در مقدار بهینه اش، نیروی طولی تایر را در بیشترین مقدار خود قرار می دهد. بدین ترتیب گشتاور ترمزی مناسب به خودرو اعمال شده و علاوه بر جلوگیری از قفل شدن چرخ ها، فاصله توقف خودرو نیز کاهش خواهد یافت. به دلیل وجود عوامل نامعین و با توجه به شرایط جاده، مقدار نیروی طولی بیشینه تایر متغیر است، به همین دلیل استفاده از یک مقدار ثابت برای لغزش طولی مطلوب مناسب نیست. برای حل این مشکل در این مقاله مقدار لغزش طولی مطلوب در هر لحظه با توجه به شرایط جاده و با استفاده از الگوریتم جستجوی اکسترمم مبتنی بر مد لغزشی در ترکیب با روش فازی برای بیشینه شدن نیروی طولی تایر استفاده می شود. سپس کنترل کننده پیش بین غیرخطی، با تنظیم مقدار لغزش طولی در مقدار مطلوب محاسبه شده، مقدار گشتاور ترمزی مناسب را در هر لحظه پیدا می کند. شبیه سازی بر روی مدل غیرخطی خودرو  انجام گرفته و نتایج این شبیه سازی عملکرد مناسب سیستم کنترلی طراحی شده و تاثیر استفاده از لغزش طولی مطلوب به صورت لحظه ای در کاهش فاصله توقف را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: الگوریتم جستجوی اکسترمم، روش فازی، سیستم ترمز ضدقفل، کنترل پیش بین، لغزش طولی، فاصله توقف
  • محمدعلی صباغی، محمد سفید* صفحات 301-310

    پژوهش حاضر به تحلیل انرژی، اگزرژی، اقتصادی و محیط زیستی  یک چرخه رانکین آلی با هدف تولید همزمان توان، هیدروژن و آب شیرین با منبع انرژی ترکیبی زمین گرمایی و زیست توده می پردازد. در سیستم جدید پیشنهادی از مبادله کن های گرمایی مختلف به منظور بالا بردن راندمان اگزرژی سیستم استفاده شده است. همچنین عملکرد چرخه در دو حالت با و بدون انرژی زمین گرمایی مقایسه شده است. محاسبات نشان می دهد که بیشترین میزان تخریب اگزرژی برابر 4/119 کیلووات و مربوط به جوش آور می باشد. همچنین کمترین میزان فاکتور اگزرژواکونومیک برای جوش آور و برابر 31/12 درصد است. مقدار هیدروژن تولیدی و آب شیرین به ترتیب 58/1 لیتر بر ثانیه و 15/4 کیلوگرم بر ثانیه می باشد و با افزایش دمای منبع زمین گرمایی از 125 تا 160 درجه سلسیوس، مقدار هیدروژن و آب شیرین تولید شده به ترتیب به میزان 30 و 18 درصد افزایش پیدا می کند. در صورت عدم استفاده از انرژی زمین گرمایی و تامین کل انرژی توسط زیست توده، مقدار دی اکسید کربن منتشر شده به مقدار 68 درصد افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: تولید همزمان، زمین گرمایی، زیست توده، چرخه آلی رانکین، اگزرژی اقتصادی، زیست محیطی
  • شکوه دزیانیان، محمد آزادی*، سید محمدجواد رضوی صفحات 311-320

    در این مقاله، مروری بر انواع فرامواد و تایرهای غیرپنوماتیک صورت گرفته است. نتایج نشان داده است، مقاومت غلتشی در تایرهای پنوماتیک بین 4 تا 5 درصد است در حالی که در تایرهای غیرپنوماتیک کمتر از 3 درصد است. در نتیجه تایرهای غیرپنوماتیک مصرف سوخت کمتر و راندمان بالاتری نسبت به تایرهای پنوماتیک دارند. همچنین حداکثر تنش در تایر غیرپنوماتیک تولید شده به روش سه بعدی 12 درصد افزایش یافته است با این حال حدودا 82 درصد سفتی عمودی بهبود یافته است. استفاده از فرامواد در لایه برشی در صورتی که انرژی کرنشی در لایه میانی 50 درصد کمتر از دیگر لایه ها باشد، توانایی کنترل ویژگی های خمش برشی را دارد. علاوه بر این نشان داده شده است، توانایی بالای تولیدات افزایشی در تولید ساختارهای پیچیده باعث شده پرینترهای سه بعدی روش مناسبی برای تولید این نوع تایرها باشند. در مواردی تایرهای غیرپنوماتیک با تحمل دمای بالا برای کاربرد در هوافضا نیز، اقداماتی صورت گرفته است.

    کلیدواژگان: تایر خودرو، تایر غیرپنوماتیک، فرامواد، پرینتر سه بعدی، تولید افزایشی، کاربرد هوافضایی
  • محسن ناظمیان علا ئی، محمدصادق ولی پور* صفحات 321-330

    با توجه به اهمیت بالای مانور پذیری در پرواز لباس بالدار، طراحی و هندسه این نوع لباس ها نقش مهمی در بهبود مانورپذیری در مسیر پروازی دارد لذا کنترل جریان به صورت فعال و غیر فعال می تواند موجب بهبود عملکرد و مانورپذیری لباس بالدار گردد. یکی از راه های بهبود عملکرد لباس بالدار ایجاد تغییرات هندسی نظیر موجدار کردن سطح بال می باشد. در این مقاله، به صورت تجربی در مقیاس آزمایشگاهی به بررسی آثار ایجاد برآمدگی موجی شکل بر عملکرد آیرودینامیکی لباس بالدار در مقایسه با بال صاف پرداخته شده است. با انجام آزمایش در تونل باد در زوایای حمله مختلف برای مدل آزمایشگاهی لباس بالدار و اندازه گیری ضریب برآ و پسای مدل، تغییر هندسه سطح بال شاخص کارایی (L/D) را بطور متوسط در حدود 20 درصد در زوایای حمله بالای 10 درجه بهبود داده است. همچنین با نصب تافت روی سطح مدل ها نواحی واماندگی از منظر مریی سازی نیز بررسی گردید. مشاهدات تجربی نشان می دهد که ناحیه جدایش روی سطح بال موجدار در مقایسه با بال صاف کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: لباس بالدار، ضرایب آیرودینامیکی، مریی سازی با تافت، تونل باد، موازنه، ضریب کارایی
  • جاماسب پیرکندی*، مصطفی محمودی، علی امینایی، سبحان حرفت صفحات 331-340

    هدف عمده این مقاله مدلسازی ترمودینامیکی و تحلیل عملکرد سیستم هیبریدی توربین گاز خورشیدی مجهز به پیل سوختی اکسید جامد می باشد. چرخه های هیبریدی دو گانه و سه گانه در سال های اخیر به شدت مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این تحقیق سعی شده است که چرخه هیبریدی توربین گاز و پیل سوختی اکسید جامد با مجهز شدن به یک دریافت کننده خورشیدی به عنوان یک چرخه جدید سه گانه (SOFC-Solar GT) مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن با چرخه دو گانه توربین گاز و پیل سوختی (SOFC-GT) مقایسه شود. در این پژوهش دو پیکربندی مختلف برای این سیستم هیبریدی سه گانه لحاظ شده است. نسبت فشار کمپرسور، دمای گازهای ورودی به توربین، شدت تابش خورشید و دمای پیل سوختی به عنوان پارامترهای مهم و تاثیرگذار در عملکرد چرخه مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی نتایج این تحقیق نشان می دهد که استفاده از دریافت کننده خورشیدی باعث کاهش مصرف سوخت در سیستم هیبریدی و افزایش 8 الی 9 درصدی راندمان کلی خواهد شد. از سوی دیگر نتایج نشان می دهد که توان خالص تولیدی در چرخه های هیبریدی خورشیدی 45 تا 50 درصد نسبت به چرخه پایه بیشتر می باشد.

    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، توربین گاز خورشیدی، دریافت کننده خورشیدی، راندمان، توان، هیبرید
  • مجید حقگو*، هاجر اسحاقی صفحات 341-346

    شکل ذرات یکی از فاکتورهای مهم و اساسی بر رفتار ریولوژیکی سوسپانسیون های پرشده محسوب می شود. در این تحقیق برای اولین بار اثر سه شکل متفاوت از ذرات بر رفتار ریولوژیکی سوسپانسیون های غلیظ در سه شکل کروی، سهمی گون بیضوی و قایقی بر پایه رزین آکریلاتی مورد مطالعه قرار گرفت. ذرات کروی به روش فتوپلیمریزاسیون تعلیقی و ذرات غیرکروی به روش چاپ سه بعدی (DLP) تولید شده و سپس در بستر روغن سیلیکون پراکنده شدند. منحنی های جریان در غلظت های مختلف برای هر سه شکل اندازه گیری و در تمام نمونه ها رفتار غلیظ شوندگی برشی با افزایش نرخ برش مشاهده شد. کسر حجمی بیشینه تراکم برای هر سیستم به کمک مدل کریگر-دورتی به روش حداقل مربعات برازش شد. این مقدار برای شکل کروی ماکزیمم بوده و در شکل های غیر کروی نیز با افزایش نسبت منظر، کاهش می یابد. حلقه پسماند مشاهده شده در منحنی های جریان با افزایش کسر حجمی، روند افزایشی و سپس در نزدیکی کسر حجمی بیشینه تراکم، با شیب زیاد کاهش شدیدی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: رفتار رئولوژیکی، سوسپانسیون غلیظ شده، غلیظ شوندگی برشی، فاکتور شکلی، حلقه پسماند، مدل کریگر-دورتی
  • حانیه محبی، سمانه قندهاریون*، شایان اثمری صفحات 347-356

    انتشار گازهای گلخانه ای به ویژه کربن دی اکسید باعث گرمایش جهانی و تغییر اقلیم شده است. روش های مختلفی برای کاهش کربن دی اکسید اتمسفر پیشنهاد می شوند. یکی از این روش ها جذب مستقیم کربن دی کسید از هوا و تولید سوخت است. از آنجا که خود این سیستم ها انتشار کربن دی اکسید دارند، لازم است ارزیابی چرخه حیات برای این سیستم ها انجام شود. در این مقاله ارزیابی چرخه حیات برای تولید سوخت حمل و نقل با استفاده از جذب مستقیم کربن دی اکسید انجام شده است. این سیستم ابتدا کربن دی اکسید اتمسفر را جذب می کند و  با استفاده از الکترولیز آب و واکنش جابجایی آب-گاز معکوس آن را به گاز سنتز تبدیل می کند. در ادامه، با واکنش فیشر-تروپش گاز سنتز به سوخت تبدیل می شود.در این مقاله چرخه ی سه سناریو برای تولید برق مورد نیاز سیستم در نظر گرفته شده اند که عبارتند از برق شبکه ایران، برق شبکه آینده و برق پاک (تولید شده از 100 درصد انرژی تجدیدپذیر). در سناریو برق شبکه ایران، سیستم حدود  gCO2eq./gCO2 captured6/4 آلایندگی دارد؛ آلاینده ترین واحد ها در این سناریو، تولید برق با هدف تولید هیدروژن برای واکنش فیشر-تروپش و برای واکنش جابجایی آب-گاز معکوس است. بنابراین، ضریب انتشار برق مهمترین عامل در تعیین سیستم با اثرات زیست محیطی کم شناسایی می شود. آلایندگی سیستم در شرایط برق شبکه های آینده  gCO2eq./gCO2 captured8/0 برآورد می شود. با استفاده از برق پاک نیز، آلایندگی سیستم به gCO2eq./gCO2 captured 72/0 کاهش می یابد. در نهایت، نتایج نشان می دهد که در گام اول، برق باید تحت فرآیندهایی با انتشار آلاینده کمتر تولید شود.

    کلیدواژگان: جذب مستقیم کربن دی اکسید، سوخت های کربن صفر، ارزیابی چرخه حیات، جذب کربن و استفاده از آن، واکنش فیشر-تروپش
  • رامتین حکمت خواه، شیدوش وکیلی پور* صفحات 357-366

    پدیده جذب گاز به داخل فاز مایع در یک فیلم مایع گرانشی در پدیده های گوناگون طبیعی رخ داده و استفاده از آن در صنایع مختلف به ویژه صنعت رطوبت زدایی و آب شیرین کن گسترش یافته است. پیچیدگی فیزیک جریان، انتقال جرم، گرما و ابعاد کوچک یک فیلم مایع باعث شده تا مدل سازی و شبیه سازی عددی آن نقش کلیدی در بررسی و مطالعه اثربخشی و بهبود فرآیند جذب در یک جاذب مایع شود. در کار حاضر، اثرات عدد رینولدز، دمای دیواره و شکل دیواره بر روی انتقال جرم و گرما عبوری از سطح تماس از فاز گاز داخل به یک جریان لایه ای فیلم مایع مورد بررسی قرار گرفته است. مدل سازی عددی با استفاده از یک الگوریتم ناپایای تعقیب سطح تماس کاملا همگیر و رهیافت روش لاگرانژی-اویلری اختیاری با زبان برنامه نویسی فرترن صورت پذیرفته است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که تغییر شکل سطح دیواره که فیلم مایع بر روی آن جاری است و سرد کردن دیواره اثر چشمگیری بر روی نرخ جذب بخار گاز به داخل فیلم مایع نسبت به دیواره تخت دارد.

    کلیدواژگان: فیلم ریزان، جذب، الگوریتم تعقیب سطح تماس، رهیافت لاگرانژی-اویلری، روش حجم محدود، الگوریتم فشار مبنا
  • فرزین پرهام، حبیب احمدی*، کامران فروتن، محمد حیدری سرائی صفحات 367-376

    در سال های اخیر کنترل ارتعاشات تیرها، به طور چشمگیر، مورد توجه پژوهشگران بوده است و تحقیقات فراوانی در این زمینه به عمل آمده است. با توجه به اینکه جنس تیرهای بررسی شده، اکثرا فلز یا مواد مرکب بوده اند، لذا در این تحقیق به منظور افزایش مقاومت فیزیکی و حرارتی، تیر مورد بررسی از جنس مدرج تابعی درنظر گرفته شده است. در این مقاله به بررسی کنترل فعال ارتعاشات غیرخطی تیر مدرج تابعی با شرایط مرزی مختلف تحت بارگذاری خارجی پرداخته شده است. دو لایه پیزوالکتریک به سطوح بالایی و پایینی تیر متصل  شده اند تا به عنوان حسگر و عملگر استفاده شوند. معادلات حرکت با استفاده از روش گلرکین گسسته سازی و با استفاده از شبیه سازی عددی حل شده است. برای کنترل ارتعاشات تیر از روش کنترل خطی سازی پسخورد و روش مود لغزشی استفاده شده است و نمودارهای خیز-زمان و ولتاژ زمان برای پنج حالت شرط مرزی دوسر گیردار، گیردار-آزاد،گیردار-ساده، آزاد-آزاد و ساده-ساده نمایش داده شده است. نتایج روش های کنترلی ذکر شده با عدم قطعیت و بدون عدم قطعیت، برای تمام شرایط مرزی باهم مقایسه شده اند.

    کلیدواژگان: تیر مدرج تابعی، کنترل فعال، ارتعاشات غیرخطی، روش خطی سازی پسخورد، روش مود لغزشی
|
  • Z. Kh. Niyazmand, A. Tutunchi, M. Eskandarzade, B. Abbaszadeh Pages 1-8

    The aim of this study was to investigate the source of leaks in the natural gas pipeline network. According to the results obtained from the Failure Mode and Effects Analysis (FMEA), the three defects including lack of proper scraping, the presence of oil and existing of moisture at the welding zone in the installation and execution phase had the highest risk. These defect types studied further using experimental methods. The fracture mechanics analysis for the defects with the highest risk in Abaqus software was performed by XFEM method in three dimensions. According to the results, cracks with initial length of 4mm will grow at pressures higher than 1.4 MPa. To obtain results equivalent stress intensity factor has been used. The results imply the application of suitable nondestructive methods for determination of cracks with lengths higher than 4mm. The results of this research can be employed by inspection engineering of natural gas companies.

    Keywords: Polyethylene, Electro-Fusion Joint, Stress Intensity Factor, Von Mises Stress, Extended Finite Element, FMEA
  • M. Khalili, M. Taheri, M. Gholami Pages 9-18

    Population growth and freshwater scarcity have led people to think about renewable energy sources. In this research, a stepped solar still has been used to produce drinking water. In order to improve the device's performance, absorbent fabrics were utilised to increase the heat transfer area between the saline water and the environment, resulting in increased evaporation and fresh water production. Water inlet flow rate, fabric material, fabric thickness or number of layers, fabric colour, and fabric placement angle are all variables that have been used at the same time. Three different fabrics in three different layers were used in the experiments, with flow rates of 50, 100, and 150 ml/min and angles of 30, 60, and 90 degrees. There were also three colours for fabrics: white, brown, and black. The response level approach was used for the design of the experiments in this study, and 27 experiments were examined. The findings revealed that the black color, material # 1 with the highest water absorption, more layers, larger angles of fabrics, and lowering the flow rate all had an effect on increasing the amount of fresh water produced.

    Keywords: Experimental study, absorbent fabric, stepped solar still, desalination, design of experiment, surface response
  • A. Mehranpour, H. Ghaebi, M. Rahimi Pages 19-28

    Multigeneration system is one of the solutions to increase the productivity of existing thermal energy sources. In this paper, a novel combined system for simultaneous generation of power and fresh water by using a constant temperature heat source such as a nuclear reactor is introduced. This system consists of a recompression supercritical carbon dioxide cycle for producing power and a humidification-dehumidification cycle for producing fresh water by using wasted heat of the first cycle. In order to simulate the combined system, a code has been developed in EES software, and the simulation results are validated for each of the cycles. Then, in order to energy and exergy analysis of the combined system, by considering the temperature of 755 °C and the heat rate of 1 MW for the heat source, the effect of the main variable parameters including pressure ratio (Pr), mass fraction (x), temperature of water inters to the humidifier, and water to air mass ratio in the desalination cycle (̇ ⁄̇ ), on the performance of the combined system has been investigated. And the results show that at the optimum operating condition, the exergy efficiency of the combined system is increased from the common value of 65% to 73%, and exergy efficiency of the precooler as the main cause for exergy loss in the recompression S-CO2 cycle, has increased less than 50% to approximately 99%.

    Keywords: Recompression S-CO2 cycle, HDH desalination, Thermodynamic analysis, Exergy analysis, Exergy loss
  • S. S. Nabavi, A. M. Tahsini Pages 29-38

    A numerical study on combustion phenomenon in a scramjet combustion chamber with fuel injection from different wedge angles (11, 12, 17 and 20 degrees) was done. In this combustion chamber, the Mach numbers of inflow air and hydrogen fuel are 2 and 1 respectively. The considered turbulent flow field was simulated by RANS equations in steady state form. In the present simulations, a realizable k   turbulence model was selected for turbulence simulation and also finite-rate/eddy-dissipation model was used for combustion simulation. A comparison was done between numerical and experimental results and accuracy of numerical method verified. These simulations were performed in Ansys Fluent commercial software. Results showed that with increase of wedge angle, the combustion efficiency rises from 63 to 67 percent. On the other hand, an increase in wedge angle results in stronger shock waves and also total pressure loss increases. Therefore, a compromise should be done by designer from both sides to get an efficient thrust.

    Keywords: Combustion Chamber, Scramjet, Wedge, Combustion Efficiency, Supersonic
  • Z. Shams, M. Baghban, A. Khaksar Pages 39-46

    Natural Gas (NG) is transported from producing regions to consumption regions by using transmission pipelines at high pressures. At consumption regions, the pressure of natural gas is dropped to 250 psi in City Gate Station (CGS). Then in Town Border Station (TBS), by reducing the pressure to 60 psi, gas is injected into the transmission lines. In the present study, the effect of reducing the pressure of the gas distribution network to less than 60 psi on the rate of gas loss, exergy destruction and network stability is studied. The experimental data has been measured for the city of Islamieh in South Khorasan province. Results show that by reducing the pressure from 60 psi to 30 psi, the rate of gas loss in winter and summer periods decreased by 35% and 73%, respectively. In addition, the maximum exergy destruction at a pressure of 60 psi occurs in the home regulators which cannot be recoverable. While at pressures below 60 psi, the greatest exergy destruction is occurred at the TBS. Therefore, at low pressures, the irreversibility can be reduced by installing a turbo expander instead of throttling valve. By examining the stability of the network, the reduction of distribution line pressure to 30 psi is proposed to the National Gas Company.

    Keywords: Pressure reduction, Natural gas, Exergy analysis, Gas station, distribution line, Regulator
  • A. Mashayekhi, S. Behbahani, A. Nahvi, A. Karami Pages 47-55

    Haptic devices are the interface between real and virtual environment. Stability of a haptic device is a critical issue to insure human safety. Haptic devices generally have several degrees of freedom and complex dynamics. The complexity of this dynamic is due to the complicated mechanism along with the friction of Coulomb and viscous, which makes it difficult to study their stability in general conditions. These robots can cover a large workspace. While the robot stability during simulating a virtual object is significant, the range of motion of the stylus of the haptic device in this situation is limited. This has led to the use a 1-DoF dynamic to determine the robot's stable boundary. Meanwhile, there is no systematic approach for simplifying the model around the operating point. In this paper, a new method is used to obtain the simplified dynamics of the robot so that the nonlinear dynamics of the multi degrees of freedom haptic device can be simplified to a simple dynamic. Using this method, the stability of a KUKA LWR IV industrial robot (as a six-degree of freedom haptic device) in different configurations has been studied and the accuracy of the proposed method has been evaluated through simulations in MATLAB. In this research, manipulator multi-DOF dynamics is simplified to one-DOF dynamics with constant effective mass, viscous and Coulomb friction around the operational point. While stability and passivity analysis for the main manipulator is complex, the acquired one-DOF dynamics can be employed for these analyses easily. The average relative error realized through this method is less than 18%.

    Keywords: Haptic device dynamics, Effective mass, Effective Coulomb, Effective viscous, Viscous friction, Coulomb friction
  • A. Daneh-Dezfuli, M. Shafa, E. Hajidavalloo, M. Mohammadi Pages 57-66

    Four applied methods in Francis turbine direct design have been surveyed in this paper. These four design methods include De Siervo, Mosonyi, Lindestrom, and Lugaresi approaches. The reliability of these methods has been evaluated by the redesign of the Francis turbine at three powerplants: Abbaspour, Masjed-e-Soleiman, and Marun. This evaluation is based on a statistical study of obtained results. The studied statical population consists of 12 performance and geometrical parameters of Francis turbine. Three performance parameters of this statical population contain output power, rotational speed, and specific speed of the turbine. The rest are geometrical parameters used for runner, spiral, and draft tube design. The obtained results show that De Siervo approach to the calculation of the 67 % parameters has precision equal to or more than the other three approaches. The maximum computational error of Mosonyi, Lindestrom, and Lugaresi approaches is greater than 150 %. Highlighted result of the current study belongs to the presentation of a new synthesized algorithm for Francis turbine direct design. This algorithm can provide the initial guess of various turbine sizes for numerical designs by an error less than 10%.

    Keywords: Francis turbine, Direct Design Methods, Statistical Evaluation, Runner, Spiral Case, Draft Tube
  • S. Jafari, A. Rahi, S. A. Mortazavi Pages 67-77

    In this study, the effect of failure of a screw in the coupling connecting two compressor shafts on the dynamic behavior of the rotor in The Rolls Roys gas turbine has been investigated. For this purpose, the geometric model of the compressor shaft was designed and Modal analysis was performed by finite element method by ANSYS and Campbell diagram were designed separately. Experiential Modal analysis and its comparison with numerical Modal analysis have been used to validate and confirm the designed model. It used the harmonic analysis of the shaft without blades and discs, as well as the shafts with blades and discs for the frequency response of velocity and displacement due to the failure of the screw connecting the two shafts at the edge and medial connection separately and synchronous. The results showed that the frequency response of the compressor shaft velocity in the coupling screw failure at the edge of the screw failure location is about 30% higher than the medial screw failure mode, indicating that the coupling screw failure in the edge has a greater effect on the shaft and rotor behavior in terms of velocity and displacement compared to the medial screw.

    Keywords: gas turbine, unbalanced shaft of compressor, dynamic behavior of the rotor, Rolls-Royce gas turbine, Campbelldiagram, screw failure
  • H. Nasiri Soloklo, N. Bigdeli Pages 79-88

    This paper proposes a hybrid method for order reduction of bilinear system model of Burgers' equation, via balanced truncation (BT) and bilinear iterative rational Krylov algorithm (BIRKA). The Monte Carlo simulations demonstrates that by choosing the initial guess randomly, the probability of convergence of the bilinear iterative rational Krylov subspace algorithm method to order reduction of the Burgers equation is only 41%. In the proposed method, at first, the order of the reduced model is determined by the concept of Hankel singular values and by minimizing the integral square of the error index. Then, an initial guess of the reduced bilinear system is obtained by two approaches of Bilinear Balanced Truncation (BBT) and Linear Balanced Truncation (LBT) to ensure convergence of the BIRKA. Output of BBT is a good stable initial guess for BIRKA, but imposes computational complexity of solving generalized Lyapunov equations to find its solution. LBT decreases the computational complexity by providing the initial guess via solving Lyapunov equations. To further decrease the complexity, condition number is replaced instead of eigenvalues in BIRKA. Finally, performance of the proposed method is compared with some classical methods.

    Keywords: Burgers equation, Model order reduction, Bilinear systems, Balanced truncation, Iterative rational Krylov algorithm, Monte Carlo simulation
  • F. Ahmadi, E. Ghavanloo, S. A. Fazelzadeh Pages 89-96

    The purpose of this paper is to simulate the vibrations caused by the aerodynamic force of the wind blowing. Disturbances of air currents over the cable cause the oscillations of the cable with certain amplitude. In this paper, the Dryden turbulence model is used to model wind-induced aerodynamic force. The equations of motion of the cable connected to the electromagnetic damper is obtained by using the Hamilton principle and then they are discretized to a set of linear ordinary differential equations by adopting the Galerkin method. In the following, the transfer functions of the first vibration mode of the cable are obtained and the bode diagrams for these transfer functions are plotted using MATLAB software. Then the effects of random gust parameters, such as length scale, turbulence intensity and wind speed on the frequency response of the cable are investigated. The results show that increasing length scale and wind speed decrease the resonant frequency of the system.

    Keywords: Cable, Wind-induced vibrations, Random gusts, Resonance conditions, Instability, Transfer function
  • P. Ghanati Pages 97-103

    Bonded repair of cracks by gluing patches in metal structures has been widely used due to high strength and speed, and easiness. Obviously, the efficiency of this repair is affected by the shape of the patch. In this research, the shape of the patch with constant thickness is optimized in the unsymmetric bonded repair of an aluminum plate with a central crack, under uniaxial tension perpendicular to the crack. For this purpose, a topology optimization algorithm based on the strain energy density homogenization has been used. The two-dimensional three-layer finite element model of Naboulsi and Maal has been used to model and analyze the repair system. The results show that the optimal shape efficiency of this algorithm in reducing the strain energy released at the crack tip per unit of crack extension is affected by the dimensions of the design initial geometric space relative to the crack length and its volume relative to the patch material volume. It is a efficiency criterion of repair. Therefore, with the appropriate selection of the initial space, the optimal shape of this algorithm is desirable both from the point of view of the repair efficiency criterion and from the point of view of construction.

    Keywords: Crack, Unsymmetric bonded repair, Patch, Topology optimization, Strain energy density, Finite element
  • B. Rahmatinejad, F. Azimpour Pages 105-114

    In this research, the thermal performance of Perkins A4.248 engine radiator by CuO + Water nanofluid was studied under the defined environmental conditions on a laboratory model. The results showed that with increasing volume fraction of nanoparticles, density and thermal conductivity increased; Specific heat and dynamic viscosity decreased. The coefficient of friction increased with increasing volume fraction of nanoparticles in the base fluid, and decreased with increasing Reynolds number. Also, with increasing flow and volume fraction, the radiator efficiency coefficient showed an increase. At the maximum value of air flow velocity and cooling fluid, by adding 4% by volume of nanoparticles to the base fluid, the heat transfer rate can be increased by an average of 39% compared to the base fluid. Also, by increasing the electromotor speed from 20 Hz to 40 Hz, the heat transfer coefficient of pure water increased by an average of 28% and nanofluid by 32%. The pressure drop of the radiator with a volume fraction of 1 and 2% compared to the base fluid at the maximum speed of the electric motor was calculated to be 15.7% and 38.2%, respectively.

    Keywords: Nanofluid, Heat transfer, Nusselt number, Radiator, CuO, Perkins A4.248 engine
  • S. Ahangar, M. Hemmati, M. Yasi, E. Wohl Pages 115-124

    Mountain streams are characterized by coarse-bed materials, steep slopes, and low flow depth. In these type of streams, direct measurement of discharges and/or flow velocities is often difficult, particulaly in high flows. Therefore, the use of flow resistance relationships will be inevitable. The present research aims to develop dimensionless relationships of hydraulic geometry in estimating the discharge without measuring the water depth. In this study, flow resistance in three mountain streams, including Ansarood, SaeedAbad and Lighvan with various bed-forms was investigated based on measured data, and a new equation was proposed. The present study results revealed that in the case of mountain rivers, the inclusion of the geometric standard deviation of bed materials in the non-dimensional hydraulic geometry relationships increases the correlation coefficient and the accuracy of the predictive equations.

    Keywords: Darcy-Weisbach friction factor, Hydraulic geometry, Mountain stream, Field data
  • F. Mobadersani, A. R. Jamshid MalekAra Pages 125-134

    In the present paper, mixed convection of water-copper nanofluid in a double lid-driven square cavity consisting of two insulated rotating cylinders is studied numerically. To solve two phase modeling of the nanofluid, the Buongiorno model has been implemented. The governing equations have been solved utilizing the Finite Element Method. The parameters studied in this paper include the effect of different configurations of the cylinders, the rotation direction of the cylinders, the angular speed of the cylinders (Ω), the distance of the cylinders from the moving walls (xc), and the Reynolds number (Re). According to the presented results, the horizontal positioning of the rotating cylinders is the optimal configuration. The rotation direction of the cylinders has an important effect on the heat transfer rate from the hot surface and according to the results, the optimal direction depends on the distance of the cylinders from the walls. Furthermore, with the increase of Re, the heat transfer rate also enhances, so by increasing this number from 50 to 200, the heat transfer rate augments by about 105%.

    Keywords: Natural convection, Nanofluid, Rotating cylinder, Buongiorno model, Nusselt number, Finite element method
  • S. Pirboudaghi, Gh. Khalilzadeh, Y. Hassanzadeh Pages 135-144

    With the help of mathematical models, complex hydraulic conditions and especially the presence of two-phase flows over spillway chutes can be simulated in three dimensions with acceptable accuracy. By establishing different flow flows, the possibility of vacuum generation in this structure can be examined. In the present study, the possibility of cavitation and cure on the service spillway of Aghchai dam using numerical methods in Flow-3D software is evaluated. The flood flow regime has 4400 and 1065 cubic meters per second rate, which is provided by the project consultant. The free flow level in this model is calculated by volume of fluid (VOF) method. The results of flow simulation at a flow rate of 4400 cubic meters per second show that cavitation is very likely to occur at the ogee and the angle change of the chute channel where should be prevented by taking some actions. However, in lower flows, such as 1065 cubic meters per second, due to lower speed and lack of separation of flow from the bed, the occurrence probability of vacuum generation is low and not very significant. The results obtained are in good agreement with the results of the project consultant.

    Keywords: Ogee spillway, Numerical modeling, Flow-3D software, Aghchai dam, VOF method, Cavitation
  • R. Nazari-Bigdilou, S. Irandoust-Pakchin Pages 145-152

    One of the first characteristics of a damaged structure is a change in the local stiffness of the structure and the consequent change in its natural frequencies. In recent years, Compressive Sensing (CS) has achieved remarkable success compared to the Nyquist sampling rate. Compressive Sensing is based on the fact that most natural signals are sparse when displayed on a suitable basis (such as wavelet, Fourier, etc.), so that when sampling signals, sampling of unnecessary parts of the signal can be omitted. As a result, it significantly reduced the number of samples compared to the Nyquist rate. In this research, for the first time, an Orthogonal Matching Pursuit algorithm (OMP) and an Iterative Hard-threshold algorithm (IHT) to detect the presence of cracks in a beam with the lowest signal sampling rate (SNR) are used. The results of this method indicate that when the Gaussian signal-to-noise ratio (SNR) is low, the proposed method performs better.

    Keywords: Beam, Cracked, Compressive Sensing, Nyquist sampling, Sparse signal, Recovery of signal's support
  • A. R. Alizadeh, H. R. Goshayeshi, K. Bashirnezhad, I. Zahmatkesh Pages 153-164

    In this research, the performance of a three-dimensional oscillating heat pipe in different inclination angles from 0 to 90 degrees with distilled water and ferrofluid as operating fluid has been studied and compared experimentally. Fe3O4 ferrofluid was prepared with a mass fraction of 0.1% and tetramethyl ammonium hydroxide surfactant was used for its stability. First Experiments were performed at different input heat input fluxes (30 to 300 watts) and in filling ratios if 50 and 60%, and the optimal filling ratio (50%) was determined. Then with this value, the thermal performance of the oscillating heat pipe was evaluated at different angles without presence and also by applying a magnetic field. The experimental results showed that Fe3O4 nanoparticles could improve the thermal performance of the device. It was also found that the optimal filling ratio for this device is 50%. As the inlet heat flux increases, the thermal resistance of the OHP decreases. In addition, the results showed that the inclination angle of the heat pipe has a significant effect on the performance of the OHP. In horizontal mode, the device did not work at all, but by applying a magnetic field, the device can continue to operate.

    Keywords: 3-D oscillating heat pipe, filling ratio, inclination angle, ferrofluid, magnetic field, thermal resistance
  • S. Abbasi, Sh. Esmailzadeh Vali Pages 165-174

    In this paper, the effect of circumferential groove-type casing treatment on improving the performance of a two-stage contra rotating axial compressor is investigated numerically. The results are presented based on numerical simulation of viscous flow in three dimensions by solving Navier-Stokes equations including continuity, momentum and energy using Ansys CFX software. Initially, in order to validate, the results are compared with the results of other researchers and a good agreement is observed. Examination of the compressor performance curve in both smooth and grooved casing indicates an increase in the stall margin in this compressor by about 8%. It is observed that the application of grooved casing in near-stall conditions reduces the occurrence of stall cells and its peripheral and axial distribution. Due to the attenuation of the tip leakage flow in the grooved shell, the interface between the main flow and the tip leakage flow moves downstream of the passage. In addition, the impact of leakage flows and shock waves, which leads to the production of large losses, is transmitted to downstream.

    Keywords: : Counter-Rotating Axial Compressor, Stall, Numerical Simulation, Performance Curve, smooth, grooved casing, circumferential groove-type casing
  • H. Namdar Asl, S. Pour-Ali, R. Tavangar Pages 175-184

    In the present study, in addition to reviewing the severe plastic deformation (SPD) processes and their mechanisms in the microstructural evolution, previous researches on the corrosion behavior of various metallic materials that have undergone SPD are investigated. Grain size, as an important metallurgical parameter, affects a broad range of mechanical, chemical, physical and electrochemical properties of metallic materials. As mostly reported, the reduction in grain size is in line with a considerable improvement in the mentioned properties. In recent years, SPD methods have been nominated as an ideal way to reach nano- and ultrafine-grains. Among the mentioned properties, the corrosion performance of ultrafine-grained materials produced by SPD methods is still controversial for researchers. The purpose of this study is to review the SPD methods, the mechanism of grain refinement during them, and their effects on the corrosion behavior of various metals and engineering alloys such as steels, aluminum, titanium, copper, and magnesium.

    Keywords: Metallic Materials, Severe Plastic Deformation, Grain Size, Corrosion Behavior, Residual Stress, Texture
  • M. Moslemi, F. Nejati Pages 185-192

    In this study, numerical method of forced convection heat transfer of laminar flow of nano fluid water and copper oxide in wavy micro channel in the presence of magnetic field is investigated. The equations of flow stream function, vorticity and energy are discretized by finite difference method and are solved according to the desired boundary conditions and the development of a FORTRAN software. The effect of various parameters such as Reynolds number 50-500, volume fraction 0-10%, Hartmann number 0-20, and wave amplitude 0 – 0.3 was evaluated in improving the performance of a wavy micro channel. According to the presented results, the sinusoidal shape of the micro channel has a direct effect on the heat transfer and the Nusselt number increases with the increase of the micro channel wave amplitude. On the other hand, the vortices created at high Reynolds have also improved micro channel efficiency and increased heat transfer. The results showed that with increasing Hartmann number the flow line near the wall became more regular and due to the created temperature gradient, the Nusselt number increased

    Keywords: Heat transfer, nanofluid, Vorticity, magnetic field, wavy micro channel, efficiency improvement
  • M. A. Gholipour, B. Ghasemi, A. Raisi Pages 193-202

    In this study, the natural convection in a square cavity filled by two immiscible Newtonian and non-Newtonian liquids heated partially from bottom wall was numerically investigated. The heat source placed on the bottom of a cavity produces a uniform heat flux of q˳". The remaining parts of the bottom wall of the cavity are insulated and the vertical and top walls are kept at cold temperature of TC. The study investigates the effects of relevant parameters such as the Non-Newtonian to Newtonian volume ratio (0≤H≤0.7), the power-law index (n=0.6 and 1.4), Rayleigh number (103 ≤Ra≤106 ) and the Non-Newtonian Prandtl (Pr2=100 and 1000) on flow and temperature fields and the rate of heat transfer. The governing dimensionless equations for the power-law and Newtonian fluids flow, based on properties of Newtonian fluid with Pr1=100, are solved with the numerical finite difference method based on the control volume formulation and SIMPLE algorithm. In order to evaluate the code, its results were compared to another paper in the field of non-Newtonian fluids. Increasing the average Nusselt number for heat source means that the source temperature difference with the cold walls decreases. The results show that increasing the non-Newtonian fluid Prandtl number due to decreasing the thermal conductivity of the non-Newtonian fluid increases the heat source temperature and decreases the average Nusselt number. Also with stronger natural convection in the square enclosure, the average Nusselt number for non-Newtonian fluid increase with decreased power law index.

    Keywords: Natural Convection, square cavity, two immiscible liquids, non-Newtonian, uniform heat flux source
  • A. Sharafi Pages 203-211

    In this article, a numerical investigation of the effect of simultaneous suction and blowing on an airfoil is studied to reduce the separation bubble. This investigation was done at Re=8.5×106 and the simulations are done by commercial Fluent software. First, the suction and blowing systems are used at different blowing and suction angles (30, 45 and 90 degrees) along with their location (distance ratio 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.6, 0.7 and 0.8) were investigated. In this study, the ratio of lift to drag, pressure coefficient, velocity and pressure contours were compared in different cases compared to the one with no slot, and finally the best state was determined. The results of this study showed that the suction on the leading edge and blowing on the tailing edge can improve the aerodynamic performance of the airfoil at an angle of attack of 17 degree. The best performance was the blowing at a distance ratio of 0.6C and suction at 0.1C, which increased the lift-to-drag ratio by 55%. Compared to the one without any slot.

    Keywords: Flow control, Simultaneous suction, blowing, Airfoil, Flow separation, Stall, Drag, lift
  • R. Hasanzadeh Ghasemi, J. Ahmadi Pages 213-220

    In this paper, using the linear and non-linear vehicle-driver model, the effect of the driver's time delay on the vehicle lateral stability has been investigated. Driver's time delay is an unavoidable issue in vehicle handling dynamics. Apart from intrinsic time-delay in human sensory-motor response, the driver's health condition can potentially affect the reaction-time. Taking into account the driver time delay in the modeling, transforms the vehicle handling dynamics to a system of delay differential equations (DDE), which has infinite solution in mathematical sense. In this paper, to solve the follow-on DDE, the time delay is approximated via a Taylor series. Stability charts, demonstrating the acceptable regions for driver's proportional and derivative gains are provided for a specified driver time delay. The results show that as the time delay increases or the vehicle speed increases, the stability region becomes smaller. The critical value of driver time delay for a specified set of driver’s proportional and derivative gains is also calculated. This analysis shows that if the driver drives at higher speeds, he must react faster so that the vehicle does not become unstable. Numerical simulation of a vehicle driver model subjected to a rigorous lane change maneuver is carried out to verify the results obtained from the stability charts. In the simulation a nonlinear seven degrees of freedom of vehicle and a nonlinear tire model is used. The simulation results fully confirm the stability analysis results.

    Keywords: Vehicle-driver model, Stability analysis, Driver’s time delay, Vehicle lateral dynamics, Stability charts, Critical TimeDelay
  • F. Zangooei, A. Saeedi Pages 221-230

    Steam methane reforming process has the highest efficiency in hydrogen production methods. The role of temperature, pressure, inlet steam to methane ratio, Space velocity and catalyst are significant in the process. In this research, a numerical solution is illustrated using Cantera and Python to model Hydrogen production and synthesis gas through steam methane reforming with Nickel and Rhodium catalysts. The model has a temperature range of 600-1300K, steam to methane ratio 2-4, pressure 0.25-4bars, and gas hourly space velocity 150-120000. The results show that the best parameters range to produce Hydrogen using Nickel and Rhodium are temperature 1000-1300K, pressure 1-2 bars, velocity 5000-15000 per hour, and steam to methane ratio 2.5-3 and 3-3.5, respectively. Rhodium is more efficient than Nickel in certain operating conditions. However, the performance of these catalysts are the same at optimum states, so Nickel is more suitable than Rhodium because it is more economical and available.

    Keywords: Hydrogen Production, Steam Methane Reforming, Temperature, Steam to Methane Ratio, Numerical Simulation, Catalysts
  • Sh. Hadipour Gudarzi, E. Ekhtiyari Pages 231-238

    The aerodynamic coefficients of airfoils are usually calculated through numerical and experimental methods causing time and cost consuming as well as depending on the airfoil surface cover. The estimation of aerodynamic coefficients of fabric covered airfoil through fuzzy logic, neural network and fuzzy-neural methods is the innovation of this research in order to determine a low-cost and fast method for optimal design as well as determining the aerodynamic coefficients of airfoils of vehicles having membrane wings. In the models, subsonic velocity was considered. Reynolds number and angle of attack were assumed as input and the values of lift and drag coefficients were assumed as output. Estimations were made on NACA2418 airfoil data, after which the final error of each method was compared. The mean squared error of lift and drag coefficients were 0.8023 and 4.3451e-04 for fuzzy model 0.0012 and 7.5767e-6 for neural network and 0.0697 and 0.0076 for network-fuzzy inference model respectively. The obtained results indicated good fitting of three studied models and best fitting for neural network model, which confirmed by the lift coefficients obtained from experimental tests done for validation.

    Keywords: Aerodynamic Coefficients, Membrane Airfoil, Artificial Neural Network, Adaptive Network Fuzzy Inference system, Fuzzy Inference System, Experimental Test
  • E. Panahpoori, M . Dehghan Manshadi, M . Noori Dabir Pages 239-248

    In this study, a novel recovery system was designed for a vertical take-off and landing (VTOL) UAV. In the desired position, the manipulator moves the cables and gripper toward a fixed rod, then the gripper grasp the rod and the arm disconnects from the gripper. Therefore, the VTOL is hung through 2 light cables. Due to coupled dynamics, the effects of the manipulator are considered as disturbance. Then by using the theory of linear and angular momentum and the changes in the center of mass and inertia of the manipulator, an estimation of the force and torque due to the movement of the arm is presented. This system must be efficient against wind disturbance, undesired aerodynamic effects and parameters error. Therefore the sliding mode controller is designed to track the desired trajectory of VTOL. Results of simulation show that the estimation of torques that is applied to the VTOL due to arm movement is done correctly. The designed controller also has a good performance in tracking the desired trajectory and reducing the effects of disturbance caused by arm movement.

    Keywords: Recovery system, Manipulator, Aerial manipulator dynamic, VTOL, Sliding mode controller, Super twisting slidingmode controller
  • M. M. Mohammadi, O. Bavi, Y. Jamali Pages 249-254

    DNA translocation/sequencing through a solid-state functionalized graphene nanopore with the aid of constant velocity steered molecular dynamics simulation was studied. Hydrogen atoms and hydroxyl molecules have been used to functionalize the nanopore. Phosphorus atom of the DNA backbone has been pulled during translocation and then the pulling force variation was tracked to verify the distinction between bases. Besides, the rotation of the base plane with respect to the graphene plane, called beta angle, was also evaluated during translocation. The results show that cytosine, guanine, and thymine are distinguishable by this method. Employing the capabilities of the current method and considering the unique potentials of two-dimensional solid-state nanostructures, can shed light on the design of a new generation of protein sequencing machines for the Human Genome Project (HGP).

    Keywords: DNA Sequencing, 2D Solid-State Nanostructures, Graphene Nanopores, DNA translocation
  • M. Moravej, F. Ebrahimpour, Z. Ebrahimi Pages 255-262

    In this research, an indirect flow solar dryer of vegetables with indirect heating of nanofluid has been experimentally tested. The system consists of a flat plate solar collector with a water-iron nanofluid working fluid and the dried material is mint vegetable. The time of the experiment was the summer and fall of 1400 at Payam Noor University in Aghajari in the south of Iran. The studies showed that the average efficiency of the collector used is 44.3% and the average thermal efficiency of the dryer is 26.1%. Also, the results obtained from this study in comparison with previous researches provide an acceptable performance in terms of efficiency for dryers with indirect heating. Weather conditions including temperature, humidity and solar radiation were evaluated. According to the data, it was found that the influence of humidity and wind speed was small due to the lack of significant changes and the correlation coefficient was close to 0.3. But in terms of air temperature and solar radiation, with increasing temperature and radiation, the drying stages take place in less time, so that the equilibrium humidity reaches less than 10% in about 5 hours and causes t the dryer efficiency reaches about 29%.

    Keywords: Solar dryer, Experimental investigation, Nanofluid, Efficiency, Indirect heat, Environmental parameters
  • M. A. Torabizadeh, S. Maleki Pages 263-272

    Due to the development of using composite pipes and fittings in transmission lines and refineries of petrochemical and gas industries, knowledge of mechanical behavior and their optimal design in working conditions is essential. In this study, by using the Taguchi experimental design method, a numerical model is presented to investigate the behavior of composite pipes, made of glass fibers and different resins, against impact loads due to drop weight at different operating temperatures. The pipes are produced with three types of epoxy resins, vinyl ester and polyester and have been tested in the temperature range of -15o C to 100 °C. In order to evaluate the model, the results of the numerical model in different cases are compared with experimental ones and the effect of each of the control factors on the mechanical response of the pipe is evaluated. The results show that the pipe with epoxy resin and temperature of 100 °C has the best performance against impact load and also with increasing ambient temperature, the load carrying capacity of the pipe decreases and the impact time of the impactor increases.

    Keywords: Composite pipe, Low velocity impact, Operating temperature, Taguchi method, Optimization, Polymeric resin
  • A. R. Falahat Pages 273-282

    In this research, hydrothermal performance of boehmite alumina nanofluid based on water in a cylindrical heat sink with helical minichannels is investigated numerically. The design factors were selected at four levels including the helix angle of minichannels, the Reynolds number, the nanoparticles shape and volume fraction of nanoparticles. To perform sensitivity analysis of design factors, the Taguchi method with L16 orthogonal array and statistical analysis of variance are used.The Nusselt number, the Fanning friction factor and the total thermal performance factor were computed as the output parameters. The obtained results showed that the helix angle of minichannels and the nanoparticles shape have a vital role in the Nusselt number and the Fanning friction factor with the sum of the contribution ratios of the two factors 85.21% and 96%, respectively. Also, the helix angle of minichannels has a 47.93% contribution in the total thermal performance factor.The optimal combination for the Nusselt number and the total thermal performance factor is acquired as A1B4C4D4. Overall, the helical minichannel with boehmite alumina nanofluid can be useful as a preferred cooling for the cylindrical heat sources.

    Keywords: Cylindrical heat sink, Helical minichannel, nanofluid, nanoparticle shape, Taguchi method, Analysis of variance
  • H. Soltani, M. Rahmanpour, M. Fallah Pages 283-290

    After discovery of fire and its dramatic changes in human life, fire as a great danger always threatened the lives and property of people. In this research, numerical simulations of fires using FDS software in a library are performed and by making changes in the architecture of the building in a way that can affect the architectural beauty and efficiency of the building and in addition reduce the speed of fire expansion. Help to increase the safety of the library, and also to protect the valuable part of the book repository. For this purpose, first, the effect of entrance doors on the spread of fire was investigated and by using automatic doors, a significant effect was achieved in controlling the air flow of incoming into the library. In addition, by creating a correction section, an attempt has been made to protect the valuable section against the intrusion of fire, and as a result of these changes, after one minute, the temperature in the bookcase has decreased by 16% compared to the pre-correction condition.

    Keywords: Fire, building architecture, smoke, numerical simulation, fire spread, FDS
  • S. Deylaghian, H. Mirzaeinejad Pages 291-300

    The anti-lock braking system (ABS) adjusts the longitudinal force of the tire by setting the coefficient of longitudinal slip of the car in its optimum value. This applies the proper braking torque to the car and in addition to reducing the car's stopping distance, prevents the wheels from locking. Due to the uncertainty and road conditions, the maximum length of the tire varies, so it is not appropriate to use a fixed value for the desired longitudinal slip. To solve this problem, in this paper, the desired longitudinal slip value is obtained at any moment using the sliding mode-based extremum seeking algorithm in combination with fuzzy method according to the road conditions to maximize the tire's braking force. Then the nonlinear prediction-based controller finds the right amount of braking torque at any moment by adjusting the longitudinal slip in the calculated desired value. The simulation is performed on a nonlinear vehicle model and the results of this simulation show the proper performance of the controller and the effect of using the desired instantaneous longitudinal slip to reduce the stopping distance.

    Keywords: Extremum seeking algorithm, Fuzzy logic, Anti-lock braking system, Prediction control, Longitudinal wheel slip, stopping distance
  • M. A. Sabbaghi, M. Sefid Pages 301-310

    This study provides the energy, exergy, economic and environmental (4E) analysis of an organic Rankine cycle with the aim of producing power, hydrogen, and desalinated water with combined geothermal and biomass energy sources. In the proposed system, different heat exchangers have been used to increase the exergy efficiency of the system. Also, the cycle performance in both modes of with and without geothermal energy is compared. The results provide that the highest rate of exergy destruction is equal to 119.4 kW which is related to the boiler. Also, the lowest amount of exergoeconomic factor for the boiler is equal to 12.31%. The amount of produced hydrogen and desalinated water is equal to 1.58 lit/s and 15.15 kg/s, respectively. Moreover, with an increment in the temperature of the geothermal source from 125 to 160 C, the production rate of hydrogen and desalinated water are increased 30 and 18 %, respectively. In the case that geothermal energy is not used and all energy is supplied from biomass, the amount of carbon dioxide emission will increase by 68%.

    Keywords: Cogeneration, Geothermal, Biomass, Organic Rankine Cycle, Exergoeconomc Analysis, Envinroment
  • Sh. Dezianian, M. Azadi, S. M. Javad Razavi Pages 311-320

    In this article, a review has been made on the types of metamaterials and non-pneumatic tires. The results show that rolling resistance in pneumatic tires was between 4 and 5%, while less than 3% in non-pneumatic tires. As a result, non-pneumatic tires have lower fuel consumption and higher efficiency than pneumatic tires. Moreover, the maximum tension in the non-pneumatic tire produced by the three-dimensional method increased by 12%. However, the vertical stiffness improved by about 82%. The use of metamaterials in the shear layer, if the strain energy in the middle layer was 50% less other than layers, can control the shear bending characteristics. In addition, it has been shown that the high ability of additive manufacturing in the production of complex structures has made 3D printers producing for suitable this type of tire. In some cases, non-pneumatic tires with high-temperature tolerance for use in aerospace have also been taken.

    Keywords: Vehicle tire, non-pneumatic tire, Metamaterials, 3D-printer, Additive manufacturing, Aerospace application
  • M. Nazmian Alaei, M . S. Valipour Pages 321-330

    Due to the high importance of maneuverability in wingsuit flight, the design and geometry of wingsuits have an important role in improving maneuverability in the flight, therefore active and passive flow control can improve wingsuit performance and maneuverability. One of the ways to improve wingsuit performance is to make geometrical changes such as the structure of the wing surface. In this article, the effects of creating a wave-shaped protrusion on the aerodynamic performance of a wingsuit compared to a smooth wing have been investigated experimentally. By tests in the wind tunnel at different angles of attack for the wingsuit model and measuring the lift and drag coefficients of the model, changing the geometry of the wing surface has improved the performance (L/D) on average by about 20% at angles of attack above 10⸰. Also, by tufts on the surface of the models, the areas of separation were also examined from the perspective of visibility. Experimental observations show that the separation area on the surface of the wavy wing is reduced compared to the smooth wing.

    Keywords: Wingsuit, Aerodynamic Coefficients, Visualization with Tufts, Wind Tunnel, Balance, performance factor
  • J. Pirkandi, M. Mahmoodi, A. Aminaei, S. Herfat Pages 331-340

    The main purpose of this article is thermodynamic modeling and performance analysis of solar gas turbine hybrid system equipped with a solid oxide fuel cell. Double and triple hybrid cycles have been studied by researchers in recent years. In this research, it has been tried to investigate the hybrid cycle of gas turbine and solid oxide fuel cell by being equipped with a solar receiver as a new triple cycle (SOFC-Solar GT) and to compare its results with the double cycle gas turbine and fuel cell (SOFC-GT). In this research, two different configurations have been considered for this triple hybrid system. Compressor pressure ratio, gas temperature entering the turbine, solar radiation intensity, and fuel cell temperature have been evaluated as important and effective parameters in the cycle performance. Examining the results of this research shows that the use of solar receiver will reduce the fuel consumption in the hybrid system and increase the overall efficiency by 8-9%. On the other hand, the results show that the net production power in solar hybrid cycles is 45- 50% more than the basic cycle.

    Keywords: Solid Oxide Fuel Cell, Solar Gas Turbine, Solar Receiver, Efficiency, Power, Hybrid
  • M. Haghgoo, H. Eshaghi Pages 341-346

    Particle shape is one of the most important and fundamental factors on the rheological behavior of filled suspensions. In this study, for the first time, the effect of three different shapes of particles on the rheological behavior of concentrated suspensions in three forms of spherical, elliptical paraboloid and boat-like (based on acrylic resin) was studied. Spherical particles were prepared by suspension photo polymerization and non-spherical particles were fabricated by three-dimensional printing (DLP), followed by being dispersed in a silicon oil substrate. Flow curves of the obtained suspensions at different concentrations for all three shapes confirm that the samples show a shear thickening behavior with increasing shear rate. The maximum packing volume fraction for each suspension was fitted using the Krieger-Dorty model with the least squares method. This value is the maximum for the spherical shape and decreases in non-spherical shapes with increasing aspect ratio. The hysteresis loops in the flow curves increase with increasing volume fraction, and then collapse near the maximum packing fraction.

    Keywords: Rheological behavior, Filled suspension, Shear thickening, Shape factor, Hysteresis loop, Krieger-Dorty model
  • H. Mohebi, S. Ghandehariun, Sh. Asmari Pages 347-356

    Greenhouse gas emissions, specifically carbon dioxide emissions, cause global warming and climate change. There are methods to reduce the amount of carbon dioxide in the atmosphere by capturing and utilizing the carbon dioxide. One method is the direct capture of carbon to produce fuels such as transportation fuels. However, to determine if the system is environmentally friendly, it is required to perform a life cycle assessment. This paper presents a life cycle assessment of an integrated system for transportation fuel production using direct air capture. This system absorbs carbon dioxide at first and then converts it into syngas using water electrolysis and reverse water-gas shift reaction. Subsequently, Fischer-Tropsch Synthesis takes place to produce fuel from the syngas. Environmental impacts are evaluated under three scenarios: using Iran’s electricity grid, future electricity grids, and clean (100% renewable) electricity. Using Iran’s electricity grid, the impacts of the system are 4.6 gCO2 eq./gCO2 captured; the most polluting part of the integrated system is the electricity for hydrogen production used in the Fischer-Tropsch and RWGS. Therefore, the electricity emission factor is identified as the most important factor in determining the integrated system with low environmental effects. In the second scenario, the system has an impact of 0.8 gCO2 eq./gCO2 captured. The environmental impacts of clean electricity are reduced to 0.72 gCO2 eq./gCO2 captured. The results show that the emission factor of the electricity has a significant impact. Therefore, this system can be used only where electricity is generated partly from renewable resources.

    Keywords: Direct Air Capture, Carbon-Neutral Fuels, Life Cycle Assessment, Carbon Capture, Utilization, Fischer-TropschProcess
  • R. Hekmatkhah, Sh. Vakilipour Pages 357-366

    The vapour absorption into the liquid falling film has occurred in various natural phenomena and its application has spread in various industries, such as the dehumidification and desalination industry. The complexity of flow dynamics, mass transfer, heat, and small dimensions of a liquid film has made its modeling and numerical simulation a key role in the investigation and studying of the effectiveness and improvement of the absorption process in a liquid film absorbent. In the present work, the effects of Reynolds number, wall temperature, and wall shape on the interfacial heat and mass transfer have been investigated. Numerical modeling has been performed using an unsteady Arbitrary Lagrangian-Eulerian interface tracking method by Fortran. The simulation results show that the deformation of the wall surface and the cooling of the wall temperature has a significant effect on the rate of gas vapor absorption into the laminar liquid film in comparison with the flat wall

    Keywords: Falling Film, Absorption, Interface Tracking Algorithm, Lagrangian-Eulerian Approach, Finite volume method, Pressure based algorithm
  • F. Parham, H. Ahmadi, K. Foroutan, M. Heydari Saraei Pages 367-376

    In recent years, the vibrations control of beams has been significantly considered by researchers and a lot of research has been done in this field. Given that the material of studied beams was mostly metal or composite, so in this study, in order to increase the physical and thermal resistance, the studied beam was considered as functional graded (FG). In this paper, the active control of nonlinear vibrations for an FG beam with different boundary conditions under external loading is investigated. Two piezoelectric layers are connected to the upper and lower surfaces of the beam to be used as sensors and actuators. To discretize the equations of motion, Glerkin method is used, and the numerical simulation is utilized to solve the discretized equations. In order to control the vibrations of the beam, the feedback linearization control and the sliding mode methods have been used. The time-amplitude and time-voltage curves are shown for five boundary conditions, including, clamped- clamped, free-clamped, simply-clamped, free-free and simply-supported ends. The results of the mentioned control methods are compared for all boundary conditions in the presence and absence of uncertainty.

    Keywords: FGM beam, Active control, Nonlinear vibration, Linearization feedback method, Sliding mode method