فهرست مطالب

نشریه یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی
سال یکم شماره 4 (زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مجتبی جمعیتی* صفحات 1-7
    هدف این تحقیق ارزیابی پتانسیل نانوسیال های خورشیدی (مایع با نانوذرات پراکنده) برای جذب مستقیم تابش خورشید و تولید بخار است. در حال حاضر، سیستم های انرژی حرارتی خورشیدی متحمل تلفات زیادی به دلیل فرآیندهای انتقال حرارت می شوند، بنابراین، توسعه فناوری نانو و دستاوردهای آن مانند نانو ذرات مختلف، امیدهای زیادی را در جهت افزایش کارایی کلکتورهای خورشیدی از طریق جذب مستقیم نور خورشید ایجاد نموده است. به منظور استفاده بهینه از سیستم های نانوسیال خورشیدی، نیاز به شناسایی و مطالعه آن ها می باشد. در این تحقیق چهار نانوسیال مختلف سنتز، مشخص و ارزیابی شده است. دو مورد از آنها نانوسیال مبتنی بر آب و دو مورد دیگر نانوسیال مبتنی بر روغن حرارتی بودند. همچنین خواص نوری نانوسیال ها در دمای اتاق با یک اسپکتروفتومتر اندازه گیری شده و با سیال پایه مقایسه گردیده است. خواص نوری، به غیر از اندازه گیری در دمای اتاق، پس از عملیات حرارتی انجام شده بر روی نانوسیال ها در دمای بالا نیز ارزیابی شده است. این افزایش دما با هدف بازآفرینی شرایط عملیاتی برای کسانی که به کاربردهای واقعی نزدیک تر هستند، می باشد. اندازه گیری های DLS یک اندازه متوسط هیدرودینامیکی مشابه 138 نانومتر برای نمونه حاوی SDS و 135 نانومتر برای نمونه حاوی SDS و PVP را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: فناوری نانو، کلکتور خورشیدی، بهینه سازی انرژی، تابش خورشیدی، نانوسیال
  • مجتبی آیتی نیا، مهدی فروزانفر*، امین رمضانی صفحات 8-19
    در این مقاله، همگرایی مقاوم کنترل یادگیر تکرار شونده (ILC) در ربات توانبخشی خطی دارای عدم قطعیت پارامتری، بدست آمده است. امروزه ربات های توانبخشی وظیفه مهمی را در کمک به فیزیوتراپ ها در ترمیم آسیب های حرکتی بر عهده دارند. از آن جهت که عدم قطعیت در ربات های توانبخشی در عمل با تکرار تغییر می کنند، حذف اثر عدم قطعیت پارامتری متغیر با تکرار امری بسیار ضروری است. همچنین عدم قطعیت پارامتری در ماتریس های ورودی و خروجی مدل یک ربات توانبخشی، تاثیر مستقیمی بر همگرایی الگوریتم ILC داشته و یک تاثیر کوچک در هر یک از این ماتریس ها، ممکن است به واگرایی الگوریتم منجر شود. در این مقاله، ابتدا قانون الگوریتم ILC بدون حضور عدم قطعیت بدست آمده و سپس همگرایی مقاوم این الگوریتم با یک بهره یادگیری ثابت در حضور عدم قطعیت پارامتری، اثبات شده است. در پایان صحت سنجی نتایج بدست آمده روی یک مدل ربات توانبخشی مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: کنترل یادگیر تکرار شونده (ILC)، بهره یادگیری ثابت، عدم قطعیت پارامتری، ربات توانبخشی
  • نوید بزرگان*، آرش استواری، نادیا جلالی فر، موسی قاسمی صفحات 20-29
    در این مقاله با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی، ویژگی های دینامیکی جریان در شیارهای دو جهته نشت بند گازی خشک یک کمپرسور سانتریفیوژ، شبیه سازی می شود. ناحیه محاسباتی شامل فیلم گاز بین دو رینگ ثابت و چرخان و فضای درون شیارها است. عملکرد نشت بند تحت ضخامت های 05/3 و 08/5 میکرومتر مورد بررسی قرار می گیرد. به منظور انجام حل عددی، معادله های پیوستگی و ناویر-استوکس با فرض گاز کامل با استفاده از سلول های بی سازمان حل می شوند. رژیم جریان آرام در نظر گرفته می شود. نتایج به دست آمده شامل توزیع فشار می باشند. نتایج حاصل از حل عددی مدل هندسی با شیار دو جهته C شکل با نتایج تجربی گابریل، ارزیابی شدند. هندسه مورد بحث در این پژوهش هندسه گاز خشک کمپرسور C-14200 واحد الکیلاسیون شرکت پالایش نفت آبادان است. نتایج نشان می دهد که سرعت چرخش آببند گاز خشک تاثیر مهمی در اثر هیدرودینامیکی دارد، زمانی که سرعت چرخش از 4000 دور بر دقیقه به 18000 دور بر دقیقه افزایش می یابد، فشار هیدرودینامیکی در شیار از 76/4 بار به 009/6 بار افزایش می یابد. در حالی که فشار شعاع خارجی و ضخامت فیلم گاز هر دو اثر هیدرودینامیکی را کاهش می دهند.
    کلیدواژگان: آببند گاز خشک، شبیه سازی عددی، شیار C شکل
  • سید اسماعیل ساداتی*، سعید مقیمی، مهدی ایزدی صفحات 30-36
    صرفه جویی در مصرف انرژی یکی از چالش های مهم جهان امروز می باشد. در سال های اخیر افزایش نگرانی ها در خصوص تبعات زیست محیطی مصرف انرژی و گرم شدن کره زمین اهمیت این موضوع را دوچندان کرده است. از سوی دیگر سهم بخش ساختمان در مصرف انرژی کشورها قابل توجه است و به همین دلیل، در چند دهه اخیر، در اکثر کشورهای صنعتی، اقدامات اساسی درزمینه اصلاح الگوی مصرف، با استفاده از ابزارهای مختلف ازجمله تدوین مقررات و ضوابط، صورت گرفته است. یکی از مهم ترین انرژی های مصرفی، انرژی الکتریکی می باشد که از اساسی ترین منابع انرژی ساختمان ها بوده و نقش مهمی را ایفا می کند. مشکلات و فرایندهای پیچیده تولید و انتقال انرژی الکتریکی، آلودگی های حاصل از تولید آن که از سوختن سوخت های فسیلی حاصل می گردد و موارد دیگر محققان را بر آن داشته تا به دنبال راه چاره به منظور کاهش مصرف انرژی یا به عبارتی بهینه سازی مصرف انرژی باشند. در این تحقیق برخی از راهکارهای عملی برای حرکت به سمت صرفه جویی انرژی بررسی گردیده و تاثیر استفاده از مصالح با ضریب انتقال حرارت مختلف در دیوارهای خارجی با توجه به شرایط آب و هوایی سمنان بر روی ساختمان مدل سازی شده بررسی و به تحلیل بار سرمایش و گرمایش ساختمان در مقایسه با مصالح تجدید پذیر پرداخته گردید. درنهایت دیوار خارجی با استفاده از بلوک کاهگلی 20 سانتیمتری، منجر به کاهش مصرف انرژی سالیانه نسبت به سفال سوراخ دار، بتن اتوکلاو شده و مبحث 19 مقررات ملی به ترتیب به میزان 3%، 0.6%، 2.76% شده است.
    کلیدواژگان: مصالح تجدیدپذیر، بهینه سازی مصرف انرژی، دیزاین بیلدر، شرایط اقلیمی
  • علی منصوری مقرب*، مهدی ارجمند، جعفر توفیقی داریان، فرهاد خراشه صفحات 37-49
    در این مقاله که به کاربرد پدیده های میان رشته ای می پردازد به بررسی روش های نوین بهبود انتقال حرارت مبدلهای حرارتی در مهندسی مکانیک پرداخته شده سپس به کاربرد این روش ها در راکتورهای شیمیایی می پردازد. از آنجا که در یک راکتور شیمیایی علاوه بر انتقال حرارت و افت فشار که دو مقوله مهم در مبدلهای حرارتی به شمار می روند, واکنش شیمیایی نیز اضافه می شود لذا استفاده از روش های بهبود انتقال حرارت با حساسیت بیشتر بررسی می شوند به طوری که کمترین افت فشار و بیشترین انتقال حرارت را داشته باشند. در این تحقیق استفاده از فینهای طولی مستقیم و مارپیچ در راکتورهای شکست حرارتی بررسی شد و مشخص گردید که هر کدام از این نوع فینها باعث افزایش افت فشار در اثر نیروی اصطکاک یا نیروی درگ می شوند که تاثیر منفی بر واکنش شیمیایی دارند. سپس با انجام محاسبه ضخامت زیر لایه ویسکوز برای سیال گازی با ارایه روشی نوین درتبدیل رژیم جریان در کنار دیواره از آرام به مغشوش با انجام شبیه سازی CFD شیارهای محیطی در یک لوله وسپس جمع بندی و نتیجه گیری پیشنهاد شد که با استفاده از شیارهای کوچک در جداره راکتور می توان علاوه بر کاهش افت فشار ناشی از نیروی درگ. با افزایش مولفه شعاعی سرعت به میزان بیش از 3 برابر لوله صاف انتقال حرارت از جداره لوله به سیال را درزیر لایه ویسکوز بهبود بخشید.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، افت فشار، فین، راکتور شکست حرارتی هیدرو کربنها، زیر لایه ویسکوز
  • فاطمه بهبهانی*، مهدی حمزه ای، زهرا مهردوست، محمد مقیمان صفحات 50-56
    در سالهای اخیر استفاده از فضای پارکینگ در ساختمانهای بزرگ رواج یافته است. یکی از خطراتی که همواره ساختمانها را تهدید میکند، خطر حریق میباشد. پس از وقوع حریق، دود تولید میگردد. دود ایجاد شده در اثر حریق خطر بیشتری نسبت به آتش، برای جان افراد به دنبال دارد. با کنترل دود میتوان از ساختمان و افراد ساکن در آن محافظت کرد و خسارتهای حریق را کاهش داد. در این پژوهش پخش دود و پروفیل دما در پارکینگ یک مجتمع تجاری با استفاده از نرم افزار پایروسیم، مورد بررسی قرار گرفت. برای حل از معادلات ناویراستوکس، انرژی، بقاء جرم و برای آشفتگی از مدل شبیه-سازی گردابه های بزرگ استفاده شد. دو سناریو برای بررسی حریق در نظر گرفته شد. در سناریوی اول پارکینگ بدون سیستم تهویه و در سناریوی دوم همراه با سیستم تهویه مورد مطالعه قرار گرفت. از فن تخلیه دود برای خروج دود از فضا و از فن تزریق هوا برای تامین هوای تازه استفاده شد. نتایج این دو شبیه-سازی با یکدیگر مقایسه گردید. قدرت حریق مورد بررسی 4 مگاوات بود. نتایج نشان داد در سناریوی اول میزان غلظت دود 0/003 مول بر مول و دما 80 درجه سانتی گراد می باشد. در سناریوی دوم میزان غلظت دود 0/0002مول بر مول می شود که نسبت به سناریوی اول 93% بهبود یافت. هم چنین دما با تخلیه دود در زمان 1200 ثانیه به 28 درجه سانتیگراد کاهش یافت. در واقع دما نسبت به سناریوی اول %65 بهبود یافت.کاهش غلظت دود و کاهش دما موجب تخلیه آسانتر افراد در هنگام حریق می شود.
    کلیدواژگان: حریق، کنترل دود، غلظت دود، پروفیل دما، نرم افزار پایروسیم
|
  • Mojtaba Jamiati * Pages 1-7
    The purpose of this study is to evaluate the potential of solar nanofluids (liquid with dispersed nanoparticles) for direct absorption of solar radiation and steam production. At present, solar thermal energy systems suffer great losses due to heat transfer processes, therefore, the development of nanotechnology and its achievements such as various nanoparticles, has created high hopes to increase the efficiency of solar collectors through direct absorption of sunlight. In order to make optimal use of solar nanofluid systems, it is necessary to identify and study them. In this research, four different nanofluids have been synthesized, identified and evaluated. Two of them were water-based nanofluids and the other two were thermal oil-based nanofluids. Also, the optical properties of nanofluids were measured at room temperature with a spectrophotometer and compared with the base fluid. The optical properties, in addition to being measured at room temperature, have also been evaluated after heat treatment on nanofluids at high temperatures. This temperature increase is intended to recreate operating conditions for those closer to the actual applications. DLS measurements show a similar hydrodynamic average of 138 nm for the sample containing SDS and 135 nm for the sample containing SDS and PVP.
    Keywords: nanotechnology, Solar collector, Energy optimization, Solar radiation, Nanofluid
  • Mojtaba Ayatinia, Mehdi Forouzanfar *, Amin Ramezani Pages 8-19
    In this paper, the robust convergence of iterative learning control (ILC) in a linear rehabilitation robot with parametric uncertainty is obtained. Today, rehabilitation robots have an essential role in assisting physiotherapists in repairing muscle injuries. Since the uncertainties in rehabilitation robots change with practice in iteration, it is crucial to eliminate the effect of variable parametric uncertainty with iteration. Also, parametric uncertainty in the input and output matrices of a rehabilitation robot model directly affects the convergence of the ILC algorithm, and a small effect on each of these matrices may lead to algorithm divergence. In this paper, first, the law of the ILC algorithm without uncertainty is obtained. Then the robust convergence of this algorithm with a fixed learning gain in the presence of parametric uncertainty is proved. Finally, validation of the results obtained on a rehabilitation robot model is analyzed and evaluated.
    Keywords: Iterative Learning Control (ILC), Fixed Learning Gain, Parametric Uncertainty, Rehabilitation Robot
  • Navid Bozorgan *, Arash Ostovari, Nadia Jalalifar, Moosa Ghasemi Pages 20-29
    In this paper, using computational fluid dynamics, the dynamic properties of the flow in the two-way grooves of a centrifugal compressor gas seal are simulated. The computational area consists of a gas film between two fixed and rotating rings and the space inside the grooves. Leak performance is tested at thicknesses of 3.08 and 5.08 μm. In order to perform the numerical solution, the continuity and Navier-Stokes equations are solved assuming complete gas using disorganized cells. The flow regime is considered layered. The results obtained include the pressure distribution. The results of numerical solution of the geometric model with bidirectional C-shaped groove were evaluated with Gabriel experimental results. Geometry discussed in this dissertation is the geometry of dry gas compressor C-14200 alkylation unit of Abadan Oil Company. The results show that the rotation speed of the Dry Gas Seal, or DGS for short, has a significant effect on the hydrodynamic effect, while the pressure of the outer radius and the thickness of the gas film both reduce the hydrodynamic effect.
    Keywords: Dry Gas Seal, Simulation, Groove
  • Seyed Esmaeil Sadati *, Saeed Moghimi, Mahdi Ezadi Pages 30-36
    Saving energy is one of the most important challenges in the world today. In recent years, growing concerns about the environmental consequences of energy consumption and global warming have doubled in importance. On the other hand, the share of the construction sector in the energy consumption of countries is significant and for this reason, in recent decades, in most industrialized countries, basic measures have been taken to improve consumption patterns, using various tools such as regulations. One of the most important energy consumed is electrical energy, which is one of the most basic energy sources of buildings and plays an important role. The complex problems and processes of electricity generation and transmission, the pollution generated by the production of fossil fuels, and other cases have prompted researchers to seek solutions to reduce energy consumption or, in other words, optimize energy consumption. In this study, some practical solutions to move towards energy saving have been investigated and the effect of using materials with different heat transfer coefficients in external walls according to Semnan weather conditions on the modeled building and to analyze the cooling and heating load of the building. Compared with renewable materials. Finally, the external wall, using a 20 cm straw block, has reduced the annual energy consumption compared to perforated pottery, autoclaved concrete, and Article 19 of the National Regulations has resulted in 3%, 0.6%, and 2.76%, respectively.
    Keywords: Renewable materials, Energy efficiency, builder design, climatic conditions
  • Ali Mansouri Mogharab *, Mehdi Ardjmand, Jafar Towfighi, Farhad Khorasheh Pages 37-49
    This article which deals with the application of interdisciplinary phenomena,New methods of improving heat transfer of heat exchangers in mechanical engineering have been studied It then applies these methods to chemical reactors.Because in a chemical reactor, in addition to heat transfer and pressure drop, which are two important categories in heat exchangers, a chemical reaction is also added.Therefore, the use of heat transfer improvement methods are examined with more sensitivity so that they have the least pressure drop and the highest heat transfer.In this study, the use of straight and helical longitudinal fins in thermal cracking reactors was investigated And it was found that each of these types of fins increase the pressure drop due to friction or drag force Which have a negative effect on the chemical reaction.Then, by calculating the thickness of the viscous sub lary layer for the gaseous fluid by presenting a new method in converting the flow regime along the wall from laminar to turbulent By performing CFD simulation of peripheral grooves in a pipe Then a conclusion was suggested By using small grooves in the reactor wall can be in addition to reducing the pressure drop caused by drag force,By increasing the radial component of the velocity by more than 3 times the smooth tube, the heat transfer from the pipe wall to the fluid in the boundary layer was improved.
    Keywords: heat transfer, pressure drop, Fin, hydrocarbon thermal cracking reactor, viscose sublayer
  • Fatemeh Behbahani *, Mahdi Hamzei, Zahra Mehrdoost, Mohammad Moghiman Pages 50-56
    In recent years, the use of parking space in large buildings has become popular. One of the dangers that always threatens buildings is the risk of fire. Smoke is generated after a fire. Smoke from fire poses a greater risk to life than fire. By controlling the smoke, the building and its occupants can be protected and the damage caused by the fire can be reduced. In this study, smoke distribution and temperature profiles in the parking lot of a commercial complex were investigated using Pyrosim software. Navier-Stokes equations for energy, Conservation of mass were used to solve, and Large Eddy Simulation model was used for turbulence. Two scenarios were considered to investigate the fire. In the first scenario, parking without a ventilation system was studied and in the second scenario, it was studied with the ventilation system. Exhaust fan was used to evacuate the smoke and a supply fan was used to supply fresh air. The results of these two simulations were compared with each other. The fire power was 4 MW. The results showed that in the first scenario, the smoke concentration is 0.003 mol / mol and the temperature is 80 ° C. In the second scenario, the smoke concentration is 0.0002 mol / mol, which is 93% better than the first scenario. The temperature also dropped to 28 ° C by evaporating the smoke in 1200 seconds. In fact, the temperature improved by 65% compared to the first scenario. Reducing the concentration of smoke and lowering the temperature make it easier for people to evacuate during a fire.
    Keywords: Fire, smoke control, smoke concentration, temperature profile, pyrosim software