فهرست مطالب

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال سی و چهارم شماره 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/19
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد هروی، محمدمهدی خطیبی*، علیرضا آلبویه صفحات 1-18

    در این مقاله ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی با رویه هیبرید فلز/کامپوزیت تقویت شده با الیاف کربن و شیشه و هسته نرم دارای تکیه گاه ساده مورد بررسی قرار گرفته است. برای استخراج معادلات حاکم، از تیوری مرتبه بالای چندلایه و اصل همیلتون برای ورق ساندویچی مستطیلی با رویه هیبرید فلز/کامپوزیت و با فرض اتصال کامل رویه به هسته نرم و همچنین با فرض جابه جایی خطی استفاده شده است. پس از مقایسه و تصدیق نتایج تحقیق حاضر با نتایج تحقیقات مشابه موجود و اطمینان از صحت معادلات استخراج شده، اثرات حجم موثر لایه فلز و کامپوزیت با لایه چینی زاویه ای، پارامترهای هندسی نسبت طول به ضخامت و ضخامت هسته به رویه، طول به عرض و لایه چینی (90و0) و (45و45-) برای دو جنس الیاف شیشه و کربن هیبریدشده با آلومینیوم AL 2024 T3 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج ارتعاشات آزاد نشان داد، هیبرید کربن/آلومینیوم در نسبت حجم موثر کامپوزیت (Vc) برابر با 5/0، بیشترین مقدار فرکانس طبیعی را در لایه چینی AL/-45/45/core/45/-45/AL در پنج مود اول داشته است و همچنین با افزایش ضخامت هسته به رویه و نسبت طول به ضخامت کل، اثر لایه آلومینیوم کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: ساندویچ پانل، هیبرید فلز، کامپوزیت، تئوری مرتبه بالای چندلایه، لایه چینی زاویه ای، حجم موثر کامپوزیت
  • امین کاردگر* صفحات 19-34
    در پژوهش حاضر، یک سامانه انرژی یکپارچه خورشیدی-زمین گرمایی ارایه شده است. این سامانه انرژی از یک محفظه تبخیر یک مرحله ای زمین گرمایی، سیکل تبرید جذبی تک اثره، سیکل پمپ حرارتی برای عملیات خشک کردن، سامانه ذخیره ساز انرژی خورشیدی، دو توربین بخار برای تولید توان، تولید سرمایش برای مصارف خانگی و سامانه گرمایشی برای مصارف صنعتی تشکیل شده است. هدف از این سامانه تولید توان، سرمایش و گرمایش برای مصارف خانگی و صنعتی و  خشک کردن محصولات غذایی است. راندمان انرژی و اگزرژی کل این سامانه به ترتیب 92% و %57 است. اثرات عوامل موثر مانند دمای محیط، دبی و دمای آب مخزن زمین گرمایی و دمای آب خروجی از ژنراتور سیکل تبرید جذبی بر راندمان انرژی و اگزرژی سامانه بررسی شده است. با افزایش دمای محیط از K 270 تاK  320 مقدار راندمان انرژی کل تغییری نمی کند اما راندمان اگزرژی کل، توربین شماره 1 و توربین شماره 2 به ترتیب حدود 7%، 3% و 4% کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: اگزرژی، زمین گرمایی، انرژی خوشیدی، تبرید جذبی، تولید توان
  • علی امیری*، امیر یاری نژاد صفحات 35-52
    در این پژوهش نقش مواد تغییر فاز دهنده در کاهش مصرف انرژی در ساختمان های پیش ساخته سبک وزن مطالعه شده است. به این منظور، یک ساختمان نمونه در شهر کرمانشاه انتخاب و در محیط نرم افزار دیزاین بیلدر شبیه سازی شد. سرمایش و گرمایش ساختمان توسط یک دستگاه کولر اسپلیت تامین می شود. ماده تغییر فاز دهنده InfiniteRPCM21C به صورت یک لایه همگن روی دیواره نصب شده است. محل اجرا شامل هر یک از دیوار ها، سقف، چهار دیوار هم زمان و کل پوسته ساختمان است. دیوار جنوبی با کاهش 14/12 درصدی انرژی مصرفی، بهترین گزینه در بین دیوارها است. از دیدگاه اقتصادی نیز این دیوار با صرفه جویی 08/2 کیلووات ساعت انرژی به ازای هر کیلوگرم ماده تغییر فاز دهنده، بهترین عملکرد را دارد. اجرا روی کل پوسته ساختمان، صرفه جویی را تا 2/37 درصد افزایش می دهد. هرچند که این حالت به لحاظ اقتصادی توجیه ندارد، اما از دیدگاه تامین آسایش در چهار ماه از سال نیاز به انرژی را تقریبا به صفر می رساند. با بررسی ماده تغییر فاز دهنده در لایه های مختلف دیواره، مشخص شد در تمامی جهات، اجرا روی سطح داخلی دیواره منجر به بیشترین صرفه جویی می شود. هم چنین بررسی ضخامت ماده تغییر فاز دهنده در بازه 5 تا 25 میلی متر نشان داد هرچه ضخامت کمتر باشد، صرفه جویی در واحد جرم ماده بیشتر می شود. افزایش ضخامت به بیش از 20 میلی متر تاثیر قابل توجهی در صرفه جویی انرژی ندارد. در نهایت اثر نقطه ذوب در بازه 18 تا 29 درجه سلسیوس بررسی و معلوم شد در نقطه ذوب 21 درجه سلسیوس بیشترین صرفه جویی به دست می آید.
    کلیدواژگان: مواد تغییر فاز دهنده، مصرف انرژی، آسایش حرارتی، ساختمان پیش ساخته، سبک وزن، دیزاین بیلدر
  • افشین احمدی ندوشن*، داریوش بهرامی، مرتضی بیاره صفحات 53-63

    تجهیزات در حد میکرو دارای مزایای بسیار زیادی از جمله بازده گرمایی بالا، نسبت سطح انتقال گرما به حجم زیاد، اندازه کوچک، وزن کم، سیال موردنیاز کم و انعطاف پذیری بالای طراحی هستند. در پژوهش حاضر، جریان سیال درون میکروکانال با فرض جریان آرام، تراکم ناپذیر و دو بعدی مدل شده است. شرط لغزش روی دیوارها اعمال شده و خروجی کانال به صورت توسعه یافته در نظر گرفته شده است. تاثیر پارامترهای مختلفی همچون ضریب لغزش بی بعد، عدد رینولدز و کسر حجمی نانوسیال مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که مقدار سرعت در ضریب لغزش بین صفر و 04/0 از مقدار سرعت در ضریب لغزش بین 04/0 و 08/0 بیشتر است. همچنین، هرچه عدد رینولدز بیشتر می شود محلی که قرار است توسعه یافتگی حرارتی صورت گیرد به سمت مرکز کانال و به طرف خروجی کانال حرکت می کند. در عدد رینولدز 10 دمای سیال به علت سرعت کم آن سریعا افزایش می یابد و ضریب لغزش تاثیر زیادی بر پروفیل سرعت ندارد. در حالی که در مقادیر بالای عدد رینولدز، پروفیل دما برای ضرایب سرعت لغزشی تاثیری بیشتری دارد. طبق نتایج بدست آمده با افزایش درصد کسر حجمی نانوسیال مقدار انتقال حرارت افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: میکروکانال، ضریب لغزش، جریان لغزشی، توسعه یافتگی حرارتی
  • مهران قمشی بزرگ* صفحات 65-87

    در این مقاله، پایداری دینامیکی یک ورق مستطیلی نسبتا ضخیم شناور بر روی یک سیال ساکن تحت حرکت متناوب جسم های صلب نوسان کننده متحرک مطالعه شده است. هر دو انتهای جسم صلب از طریق یک سیستم تعلیق به یک چرخ متصل شده اند. اثر نیروی سیال بر روی ورق با استفاده از روش جرم افزوده مدل شده است. با استفاده از روش مودهای فرضی، مبتنی بر تیوری ورق میندلین معادلات حاکم استخراج شده اند. تیوری فلاکه به عنوان یک روش عددی برای تعیین نواحی پایدار و ناپایدار در صفحه پارامترها بکارگرفته می شود. با درنظرگرفتن مدل جسم نقطه ای متحرک، اثر مدل سازی جسم متحرک بر روی نتایج آنالیز پایداری نیز بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که تماس ورق با سیال، شرایط مرزی ورق، ضخامت ورق، سختی و میرایی سیستم تعلیق، نسبت جرم چرخ به جرم کل جسم صلب، طول جسم صلب و روش مدل سازی بر روی نواحی پایدار و ناپایدار سیستم کاملا موثر هستند.

    کلیدواژگان: ورق میندلین، جسم صلب نوسان کننده، پایداری دینامیکی، تئوری فلاکه
  • رضا امیریان، غلامرضا زارع پور، منصور طالبی* صفحات 89-104
    یکی از مهم ترین پارامترها در تحلیل رفتار ارتعاشی میله سوخت خصوصیات الاستیک شبکه های نگهدارنده است. در این پژوهش برای تعیین ضرایب فنریت این نگهدارنده ها که مربوط به یک مجتمع سوخت با طرح دایره ای است از ترکیب تست های آزمایشگاهی و فرمول تیوری بهره گرفته شده است. به منظور صحه گذاری مدل عددی یک سامانه تست مودال ویژه این پژوهش طراحی، ساخته و راه اندازی شده است. نتایج تست مودال بیانگر آن است که چگالی معادل میله سوخت مجازی به شکل مود طبیعی میله وابسته است. سپس ضریب های فنریت نگهدارنده های میانی و قیدهای انتهایی به کمک مقایسه نتایج شبیه سازی عددی با نتایج تست های مودال تعریف شده در حالت های مختلف قیدگذاری میله توخالی، اصلاح شده است. نتایج شبیه سازی بیانگر این موضوع است که علاوه بر نگهدارنده های میانی، قیدهای انتهایی نیز تاثیر بسزایی بر فرکانس های طبیعی میله دارد. نتایج تحلیل حساسیت نشان می دهد که این ضرایب به شکل مود طبیعی میله وابسته است. همچنین نتایج نشان می دهد که با بروزرسانی ضرایب فنریت نگهدارنده های میانی و انتهایی به مقدار قابل ملاحظه ای خطای تخمین فرکانس های طبیعی کاهش و تخمین شکل مودهای طبیعی بر اساس معیار اطمینان مودال بهبود یافته است.
    کلیدواژگان: تحلیل عددی و تجربی مودال، میله سوخت، شبکه نگهدارنده، فرکانس و شکل مود طبیعی، تحلیل حساسیت
|
  • Mohammad Heravi, MohammadMahdi Khatibi *, Alireza Albooyeh Pages 1-18

    This paper investigates the free vibrations of a sandwich panel with metal/composite hybrid face sheets reinforced with carbon and glass fibers and a soft core with simply-support boundary conditions. To derive the governing equations, with third shear deformation theory (TSDT) of multilayers and Hamilton's principle have been used for a rectangular sandwich panel with a metal/composite hybrid top and bottom face sheets. It is assumed full connection of the face sheets to the softcore and linear displacement. After comparing the results of the present research with similar and ensuring the correctness of the extracted equations, the parameters effective, volume fraction metal layer and composite with angular layering, the ratio of length to thickness and thickness of the core to the face sheet, length sandwich panel to width and the layup (0,90) and (45, -45) for two types of glass and carbon fibers hybridized with AL 2024 T3 aluminium investigated. The results showed that the carbon/aluminium hybrid with the volume of the composite (Vc) equal to 0.5 has the highest natural frequency value in the first five mode shapes with layup AL/-45/45/core/45/-45/AL. Also, by increasing the thickness of the softcore to the surface and the ratio of length sandwich panel to total thickness, the effect of the aluminium layer decreases.

    Keywords: Sandwich Panel, Metal, Composite Hybrid (FML), Third-Order Shear Deformation Theory, Angle-ply Laminate, Volume Fraction Laminate
  • Amin Kardgar * Pages 19-34
    In the present research, an integrated solar-geothermal energy system is proposed. This energy system consists of a single flash geothermal cycle, single effect absorption refrigeration cycle, heat pump cycle for drying process, solar energy saving comportment, two steam turbines for power production, cooling system for domestic usage and heating for industrial application. The aim of this system is providing cooling and heating for domestic and industrial appliances and drying food products. The energy and exergy efficiency of the system were 92% and 57%, respectively. The effect of parameters such as surrounding temperature, the temperature and the mass flow rate of geothermal tank, and the outlet water temperature of the generator of absorbtion cooling system on energy and exergy efficiency of the system were investigated. The overall energy efficiency does not change by increasing surrounding temperature from 270 K to 320 K, but overall exergy efficiency, turbine 1, and turbine 2 decrease almost 7%, 3% and 4%, respectively.
    Keywords: Exergy, Geothermal, Solar energy, Absorption refrigeration, Power production
  • ALI Amiri *, Amir Yarinezhad Pages 35-52
    In this research, the role of Phase Change Materials (PCM) in energy saving in lightweight prefabricated buildings is studied. For this purpose, a typical building in Kermanshah, Iran is simulated in DesignBuilder software. A split unit is used as air conditioning system. The annual energy consumption of the building in the reference state is 2577.27 kWh. The implementation of the InfiniteRPCM21C was investigated in all directions including each individual wall, ceiling, four walls simultaneously and the entire building envelope. The southern wall is the best option among the walls with 12.14% energy saving. From an economic point of view, this wall has the best performance as well by saving 2.08 kWh/kgPCM. Implementation on the entire envelope increases savings up to 37.2%. Although this is not an economical case, but it reduces the need for energy to almost zero in four months of the year. By examining the PCM in different layers of the wall, it was found that in all directions, the inner surface of the wall leads to the greatest energy savings. Also, taking account the PCM thickness in the range of 5 to 25 mm showed that the smaller the thickness, the greater the savings per unit mass of the PCM. Therefore, thicknesses more than 20 mm are not recommended. Finally, the effect of the PCM melting point in the range of 18 to 29 degrees Celsius was investigated and it was found that the maximum energy saving is obtained at the melting point of 21 degrees Celsius.
    Keywords: Phase change materials, PCM, Energy saving, Thermal comfort, Prefabricated building, DesignBuilder
  • Afshin Ahmadi Nadooshan *, Dariush Bahrami, Morteza Bayareh Pages 53-63

    Micro-scale equipment has many advantages such as high thermal efficiency, high heat transfer surface-to-volume ratio, small size, lightweight, low required fluid, and high design flexibility. In the current study, the fluid flow inside the microchannel is modeled by assuming laminar, incompressible, and two-dimensional flow. The slip boundary condition is applied on the walls and the outlet of the channel is considered as fully developed. The effect of various parameters such as dimensionless slip coefficient, Reynolds number, and volume fraction of nanofluid is examined. The obtained results demonstrate that the velocity for the slip coefficient between 0 and 0.04 is higher than that for the slip coefficient between 0.04 and 0.08. Also, as the Reynolds number increases, the place where thermal development is supposed to occur moves towards the center of the channel and towards the outlet of the channel. At a Reynolds number of 10, the temperature of the fluid is enhanced rapidly due to its low velocity, and the slip coefficient does not have a large effect on the velocity profile. At high Reynolds numbers, the temperature profile has a greater effect on the slip velocity coefficient. According to the results, the amount of heat transfer is increased with the volume fraction of the nanofluid.

    Keywords: microchannel, Slip Coefficient, Nanofluid, Thermal Development
  • Mehran Ghomeshi Bozorg * Pages 65-87

    In this paper, the dynamic stability of a moderately thick rectangular plate floating on stationary fluid under the periodic passage of oscillating rigid bodies is studied. Each of the two ends of a rigid body is connected to a wheel through a suspension system. The fluid loading effect on the plate is modelled using the method of added mass. Using the assumed-mode method, the governing equations are derived based on the Mindlin plate theory. The Floquet theory is employed as a numerical method to obtain stable and unstable zones of the parameters plane. Considering the point moving object model, the effect of moving object modelling on the stability analysis results is also investigated. The results indicate that contact of the plate with the fluid, the plate boundary conditions, the plate’s thickness, the stiffness and damping of the suspension system, the mass ratio of the wheels to the whole rigid body, the rigid body’s length and the moving object modelling method are very effective in domains stability and instability of the system.

    Keywords: Mindlin Plate, Oscillating Rigid Body, Stability analysis, Floquet Theory
  • Reza Amirian, Gholamreza Zarepoor, Mansour Talebi * Pages 89-104
    One of the most important parameters in the analysis of the vibration behavior of the fuel rod is the elastic properties of spacer grids. In this research the combination of laboratory tests and theoretical formula was used to determine the elastic coefficients of these spacers that is related to fuel assembly with circular design. In order to validate the numerical model a spatial modal test set-up has been designed, constructed and set up to perform the modal test. The modal test results indicate that equivalent density of the dummy fuel rod depends on the natural mode of the rod. Then, the spring coefficients of the middle spacers and end constraints have been modified by comparing the results of numerical simulation with the results of modal tests defined in different supporting states of the hollow rod. The simulation results show that in addition to the middle spacers, also the end constraints have a significant effect on the natural frequencies of the rod. The Sensitivity Analysis results show that these coefficients depend on the natural mode of the rod. In addition, the results show that by updating the spring coefficients of the middle spacers and end constraints the estimation error of natural frequencies has been significantly reduced and the estimation of natural mode shapes based on the modal assurance criterion has been significantly improved.
    Keywords: Numerical, Experimental Modal Analysis, Fuel Rod, Spacer Grid, Natural Frequency, Mode Shape, sensitivity analysis