فهرست مطالب

نشریه یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی
سال دوم شماره 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید علیرضا ناظم، ایمان زحمتکش* صفحات 1-7
    انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی ابدی و گسترده، چگالی پایینی دارد و شدت آن به طور پیوسته در حال تغییر است. عدم دسترسی به انرژی خورشیدی در شب و شکاف بین زمان تابش و مصرف آن، نقاط ضعف اصلی آن به شمار می روند. در کاربردهایی از قبیل آبگرم مصرفی (DHW)، مواد تغییر فاز دهنده (PCM)، با ظرفیت گرمایی بالا و دمای ثابت در طول فرآیند تغییر فاز می توانند این چالش مهم را برطرف سازند. با این وجود، کوچک بودن ضریب رسانش گرمای آب، عملکرد گردآورنده خورشیدی لوله خلا را کم می کند. البته با به کارگیری نانوسیالات می توان رسانش گرمای آب را به میزان چشمگیری افزایش داد. این مقاله به تحلیل عددی همرفت طبیعی نانوسیال در یک گردآورنده خورشیدی تحت خلا همراه با مواد تغییر فاز دهنده می پردازد. نانوذرات بررسی شده شامل اکسید مس، اکسید تیتانیوم، اکسید آهن، اکسید آلومینیوم و اکسید گرافن می باشند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که به ازای همه نانوذرات بررسی شده، با افزایش کسر حجمی نانوذرات، مقدار دمای خروجی از گردآورنده کاهش می یابد. مشخص می شود که بیشترین دما در هنگام استفاده از نانوذرات اکسید گرافن رخ می دهد.
    کلیدواژگان: نانوسیال، مواد تغییر فاز دهنده، گردآورنده خورشیدی، لوله خلا، تحلیل عددی
  • امیر کاظمی، احمد منشی*، مهدی بروجردنیا صفحات 8-16
    در این پژوهش دو نوع پوشش کامپوزیتی بر پایه رنگ اپوکسی تقویت شده توسط نانو و میکرو ذرات دی اکسید تیتانیوم و ذرات آبگریز شده آن به طور جداگانه و با غلظت های 1، 2، 3، 4 و 5 درصد وزنی برای بهبود ویژگی های رنگ اپوکسی تهیه شد. به منظور بررسی رفتار آن ها بر روی فولاد X52 اعمال گردیدند و سپس با انجام آزمون های خوردگی و سایش خواص آن ها مورد بررسی قرار گرفت. ضخامت پوشش ها توسط دستگاه ضخامت سنج دیجیتال بررسی شدو رفتار مقاومت به خوردگی پوشش ها با استفاده از روش پلاریزاسیون در محلول سدیم کلرید 5/3% ارزیابی شد. نتایج آزمون خوردگی نشان داد که با اضافه کردن و افزایش غلظت ذرات تقویت کننده در پوشش ها مقاومت به خوردگی بهبود یافته و همچنین پوشش کامپوزیتی رنگ اپوکسی دارای 5 درصد وزنی تقویت کننده دی اکسید تیتانیوم آبگریز شده، مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به سایر نمونه ها از خود نشان می دهد. برای بررسی خواص مورفولوژی سطح از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز استفاده گردید. نتایج به دست آمده از این آنالیز توزیع مناسب و یکنواخت ذرات آبگریز شده در زمینه پوشش اپوکسی را نشان داده است. مقاومت به سایش پوشش ها توسط دستگاه آزمون گلوله بر روی دیسک انجام شد. نتایج آزمون سایش نشان داد که با اضافه کردن و افزایش غلظت ذرات تقویت کننده در پوشش مقاومت سایشی پوشش افزایش یافته، اما با مقایسه نمونه های کامپوزیتی اپوکسی مشخص گردید که آبگریز شدن ذرات تقویت کننده تاثیری بر مقاومت به سایش نداشته است.
    کلیدواژگان: رنگ اپوکسی، پوشش کامپوزیت، دی اکسید تیتانیوم ضد آب، مقاومت به خوردگی، مقاومت به سایش
  • محمدرضا قلانی*، مسلم برزگری، اشکان غفوری صفحات 17-23
    از روش های آماری در تحلیل انواع داده ها استفاده می شود. در این مقاله با استفاده از روش آنالیز واریانس چند عاملی و رگرسیون چند متغیره، داده های مربوط به هدایت حرارتی نانوسیال ها مورد بررسی قرار گرفته و نتایج دو روش مقایسه شده است. برای آماده سازی نانوسیال اتیلن گلیکول- اکسید منیزیم از روش دو مرحله ای استفاده شد. به منظور آماده سازی نانوسیال به وسیله تعلیق کردن نانوذرات در سیال پایه، از دستگاه همزن آلتراسونیک استفاده گردید. بدین منظور از نانوذرات با قطرهای 50،20 و 100 نانومتر در کسرهای حجمی25/0، 5/0، 75/0، 1 و 25/1 درصد در دماهای 50،45،40،35،30،25 درجه سانتیگراد استفاده شده است. از روش سیم داغ گذرا برای اندازه گیری ضریب هدایت حرارتی درکسرهای حجمی مختلف استفاده شد. سپس مقادیر تجربی بدست آمده با استفاده از نرم افزار SPSS.26 مورد تحلیل قرار گرفت. ضریب تعیین و نمودارهای خطاهای بدست آمده در دو روش نشان داد که وقتی متغیرهای مستقل به صورت گروه بندی شده تعریف می شوند استفاده از آنالیز واریانس چند عاملی بهتر می تواند پراکندگی ضریب هدایت حرارتی را توصیف نماید.
    کلیدواژگان: اتیلن گلیکول، ضریب هدایت حرارتی، نانوسیال، آنالیز واریانس چند عاملی، رگرسیون چند متغیره
  • علی شرفی، ابراهیم آقاجری*، علیرضا توکلی صفحات 24-34

    خنک سازی پنل ها با استفاده از روش نیم لوله یکی از مهمترین روش های مورد استفاده جهت افزایش بازده منابع خورشیدی است. از این رو، در این مقاله، یک پروژه عملی برای ساخت یک پنل خورشیدی مبتنی بر روش خنک سازی نیم لوله با هدف افزایش بازدهی پنل های خورشیدی انجام شده است. در طرح پیشنهادی، نیم لوله ها مستقیما روی سطح زیرین پنل تعبیه شده اند. سیال موجود که در این تکنیک آب میباشد درون نیم لوله ها و در تماس مستقیم با پنل بوده و فرآیند خنک سازی را به صورت مارپیچ روی سطح پنل انجام می دهد. از دو پنل جهت مقایسه عملکرد پنل مجهز به نیم لوله و پنل فاقد این سیستم بهره گرفته شده که پنل ها دارای ابعاد 180*150و توان 200 وات میباشد. از سه حسگر هم برای اندازه گیری دمای پنل ها و محیط استفاده شده است. نتایج بیانگر این است که بکارگیری روش نیم لوله می تواند دمای پنل ها را تا حدود 10 درجه سانتیگراد کاهش دهد. علاوه بر این، نتایج بیانگر افزایش بازده 36 درصدی پنل خورشیدی با بکارگیری روش نیم لوله می باشد.

    کلیدواژگان: سیستم فتوولتائیک، پنل خورشیدی، سیستم خنک سازی، افزایش بازده، حسگر دما
  • سید ایمان هاشمی مرغملکی، هادی اسکندری* صفحات 35-43
    در این پژوهش، مشخصه های حرارتی و هیدرولیکی سمت پوسته مبدل حرارتی پوسته-لوله با بافل منفذدار کواترفویل به وسیله الگوریتم های فراابتکاری گرگ خاکستری و ژنتیک به صورت تک هدفه و چند هدفه بهینه سازی می شود. تابع های هدف، ظرفیت انتقال حرارت برای مقدار بیشینه و اتلاف فشار برای مقدار کمینه می باشد. متغیرهای مبدل حرارتی پوسته-لوله برای بهینه سازی عبارتند از: قطر و تعداد لوله ها، عدد رینولدز، فاصله بین بافل ها و ارتفاع منفذ کواترفویل. مقادیر بهینه شده برای آرایش مربع و مثلث دسته لوله ها به دست آمده است. نتایج نشان داده است که برای بیشترین انتقال حرارت بافل کواترفویل مقادیر قطر لوله 03/0 متر، تعداد لوله ها 30  عدد، مقدار عدد رینولدز 20000،  ارتفاع منفذ 0018/0 متر و فاصله بین بافل ها 15/0 متر است. برای کمترین مقدار افت فشار قطر لوله ها 03/0 متر برای آرایش مربع و 01/0 متر برای آرایش مثلث، عدد رینولدز 5000، ارتفاع منفذ 003/0 متر و فاصله بین بافل ها 25/0 متر است. در بهینه سازی چند هدفه قطر لوله ها 03/0 متر و تعداد لوله ها 30 عدد حاصل شده است. بهینه سازی به وسیله الگوریتم گرگ خاکستری والگوریتم ژنتیک نتایج یکسانی برای مبدل حرارتی پوسته-لوله با بافل کواتر فویل در بر داشته است.
    کلیدواژگان: بافل منفذدار کواترفویل، الگوریتم گرگ خاکستری، الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی تک هدفه، بهینه سازی چند هدفه
  • رضا نویدنژاد، شهرام شهرویی*، عرفان میرشکاری، پژمان تقی پور بیرگانی صفحات 44-53
    ترک خوردگی تنشی عنوان یک تهدید مهم برای صنایع فولادی می باشد. هنگامی که شرایط خاصی در محیط فولاد ایجاد می شود، بارگذاری این عیب منجر به ترک بین دانه ای در صفحه شعاعی-محوری می شود. این ترک ها می توانند تحت بارگذاری نامطلوب پیوسته رشد کنند و در نهایت منجر به پارگی شوند. در این خصوص تحقیقات و آزمایشات زیادی انجام شده است. این مقاله، مروری است بر ترکیب شرایط حاکم بر فولادها که منجر به رشد ترک خوردگی تنشی می شوند. شکست های ناشی از ترک خوردگی تنشی در یک بازه طولانی در طی چند مرحله همچون جوانه زنی، رشد ترک و شکست نهایی رخ می دهد. از طرفی ترک خوردگی تنشی به شرایط محیطی، متالورژیکی و مکانیکی وابسته است. لذا در این مقاله بررسی شرایط بارگذاری در هر مرحله از ترک خوردگی تنشی و تاثیرات تنش تکرار شونده بر روی فولادها و همچنین اثرات هم افزایی پارامترهای مختلف در طول کل چرخه عمر فولادها نیز مورد بحث قرار گرفته است. تمرکز اصلی این بررسی، مرتبط کردن شرایط بارگذاری در هر مرحله از انتشار ترک است که نقش مهمی در تخمین عمر باقی مانده فولادها حساس به ترک خوردگی تنشی را ایفا می کند. در انتها مدل سازی رشد ترک خوردگی تنشی مورد بحث و بررسی قرار گرفت و پیشنهاداتی همچون تحلیل شکست به واسطه رشد ترک خوردگی تنشی بر روی ورق ها داده شده است.
    کلیدواژگان: خوردگی تنشی، خستگی، فولاد، رشد ترک
|
  • Seyed Alireza Nazem, Iman Zahmatkesh * Pages 1-7
    As an eternal and widespread energy source, solar energy has a low density while its intensity is changing continuously. Unavailability of the solar energy in nights and the gap between the time of radiation and its consumption are concerned as the main drawbacks of this type of energy. In applications such as domestic hot water (DHW), phase change materials (PCMs) can successfully remove this shortcoming due to their high thermal capacity and constant temperature during the phase change process. However, thermal conductivity of water is relatively low which reduces the performance of vacuum tube solar collectors. This properties can be improved substantially with the utilization of nanofluids. This paper presents a numerical study on nanofluid natural convection in a vacuum tube solar collector with phase change materials. The studied nanoparticles include copper oxide, titanium oxide, iron oxide, aluminum oxide, and graphene oxide. The obtained results show that for all of the current nanoparticles, rise in the nanoparticles volume fraction is accompanied by a decrease in the exit temperature of the collector. It is found that the highest temperature belongs to the graphene oxide nanoparticles.
    Keywords: Nanofluid, Phase change material (PCM), Solar collector, Vacuum tube, numerical analysis
  • Amir Kazemi, Ahmad Menshi *, Mehdi Boroujerdnia Pages 8-16
    In this research, two types of composite coatings based on epoxy paint reinforced by TiO2 nano and micro particles and TiO2 particles hydrophobicized by polysiloxane were prepared separately with concentrations of 1, 2, 3, 4 and 5% by weight to improve the properties of epoxy paint. and in order to investigate their behavior, they were applied on API 5L X52 steel and then their properties were investigated by conducting corrosion and wear tests. The thickness of the coatings was checked by a digital thickness gauge. The corrosion resistance behavior of the coatings was evaluated using the polarization method in 3.5% NaCl solution. The results of the corrosion test showed that by adding and increasing the concentration of reinforcing particles in the coatings, the corrosion resistance was improved, and also the composite coating of epoxy paint with 5% by weight of the hydrophobic TiO2 reinforcement showed better corrosion resistance than other samples. A scanning electron microscope (SEM) equipped with EDX was used to examine the morphological properties of the surface. In order to check the dispersion of micro particles in the field of coating, Map analysis was taken from the samples. The results obtained from Map analysis have shown the appropriate and uniform distribution of hydrophobic particles in the field of epoxy coating. The wear resistance of the coatings was performed by the bullet test machine on the disc. The results of the abrasion test showed that by adding and increasing the concentration of reinforcing particles in the coating, the abrasion resistance of the coating increased, but by comparing the epoxy composite samples, it was found that the hydrophobicity of the reinforcing particles had no effect on the abrasion resistance.
    Keywords: epoxy paint, Composite coating, waterproof TiO2, Corrosion Resistance, wear resistance
  • Mohammad Reza Ghalani *, Moslem Barzegari, Ashkan Ghafouri Pages 17-23
    Statistical methods are used in the analysis of all types of data. In this paper, using multivariate analysis of variance and multivariate regression, the data related to the thermal conductivity of nanofluids have been analyzed and the results of the two methods have been compared. A two-step method was used to prepare ethylene glycol-magnesium oxide nanofluid. In order to prepare the nanofluid by suspending the nanoparticles in the base fluid, an ultrasonic homogenizer was used. For this purpose, nanoparticles with diameters of 20, 50, and 100 nm in volume fractions of 0.25, 0.5, 0.75, 1, and 1.25% have been used at temperatures of 25, 30, 35, 40, 45, and 50 degrees Celsius. Transient hot wire method was used to measure thermal conductivity in different volume fractions. Then the obtained experimental values were analyzed using SPSS.26 software. The coefficient of determination and the graphs of the errors obtained in the two methods showed that when the independent variables are defined as grouped, the use of multivariate analysis of variance can better describe the dispersion of the thermal conductivity.
    Keywords: Ethylene glycol, Thermal conductivity, Nanofluid, Multivariate analysis of variance, Multivariate regression
  • Ali Sharafi, Ebrahim Aghajari *, Alireza Tavakoli Pages 24-34

    Cooling panels using the half pipe method is one of the most important methods used to increase the efficiency of solar resources. In this article, a practical project for cooling a solar panel based on the half-pipe method has been carried out with the aim of increasing the efficiency of solar panels. In the proposed design, the half-pipes are installed directly on the bottom surface of the panel, and the available fluid, which is water in this technique, is inside the half-pipes and in direct contact with the panel, and performs the cooling process in a spiral on the surface of the panel. Two panels have been used to compare the performance of a panel equipped with a half pipe and a panel without this system, the panels have dimensions of 150 x 180 and power of 200 watts. Three sensors have been used to measure the temperature of the panels and the environment. The results show that using the half-pipe method can reduce the temperature of the panels by about 10 degrees Celsius. In addition, the results show a 36% increase in solar panel efficiency by using the half-pipe method.

    Keywords: Solar Panel, efficiency increase, cooling process, half pipe method
  • Seyed Iman Hashemi Marghmaleki, Hadi Eskandari * Pages 35-43
    In this research, the thermal and hydraulic characteristics of the shell side of the shell and tube heat exchanger with perforated quatrefoil plate are optimized by a gray wolf and genetic algorithms in a single-objective multi-objective manner. The objective functions are heat transfer capacity for the maximum value and pressure drop for the minimum value. Shell and tube heat exchanger variables for optimization are: the diameter and number of tubes, the Reynolds number, the distance between baffles, and the height of the quatrefoil hole. The results show that for the maximum heat transfer of the quatrefoil baffle, the tube diameter is 0.03 m, the number of tubes is 30, The Reynolds number is 20000, the height of the perforated hole is 0.0018 m, and the distance between the baffles is 0.15 m. For the lowest pressure drop value, the diameter of the tubes is 0.03 m for the square arrangement and 0.01 m for the triangle arrangement; the Reynolds number is 5000, the height of the perforated hole is 0.003 m, and the distance between the baffles is 0.25 m. The optimization by the gray wolf and genetic algorithms has the same results for the shell and tube heat exchanger with a quatrefoil baffle.
    Keywords: Quatrefoil Perforated Plate, gray wolf algorithm, Genetic Algorithm, Single-Objective Optimization, Multi-Objective Optimization
  • Reza Navidnezhad, Shahram Shahrooei *, Erfan Mirshekari, Pejman Taghipour Birgani Pages 44-53
    Stress cracking is an important threat to steel industries. When certain conditions are created in the environment of steel, the loading of this defect leads to intergranular cracks in the radial-axial plane. These cracks can grow under continuous adverse loading and eventually lead to rupture. A lot of research and experiments have been done in this regard. This article is a review of the combination of conditions governing steels that lead to the growth of stress cracking. Failures caused by stress cracking occur in a long period during several stages such as germination, crack growth and final failure. On the other hand, we know that stress cracking depends on environmental, metallurgical and mechanical conditions. Therefore, in this article, the purpose of investigating the loading conditions at each stage of stress cracking and the effects of repetitive stress on steels will be discussed. Also, the synergistic effects of different parameters during the entire life cycle of steels will also be discussed. The main focus of this review is to relate the loading conditions at each stage of crack propagation, which plays an important role in estimating the remaining life of steels susceptible to stress cracking. This discussion will include how cyclic loading conditions can change steel properties and contribute to the initiation of intergranular cracking. Finally, the modeling of stress crack growth will be discussed and suggestions such as failure analysis due to stress crack growth on sheets were given.
    Keywords: Stress corrosion, Fatigue, Steel, crack growth