فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 148 (فروردین و اردیبهشت 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • زهره مرادی، خسرو خاندانی، معین طاهری، مهدی مدبری فر صفحات 3-12

    میکروسکوپ نیروی اتمی یکی از ابزارهای جدید کاربردی  در حوزه ی نانوتکنولوژی است که در نانومنیپولیشن مورد استفاده قرار می گیرد. هدف اصلی از این پژوهش مدل سازی مسیریابی بهینه ی میکرو/نانو ذرات در فاز دوم منیپولیشن و حرکت ذرات با استفاده از تصاویر میکروسکوپ نیروی اتمی می باشد. بدین منظور در این پژوهش، ابتدا به انجام کار تجربی و تصویربرداری از بافت سلولی سرطانی سر و گردن، با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی پرداخته شده است. پس از آن، این تصاویر مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته و سپس با استفاده از الگوریتم های مختلف مسیریابی، شامل الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، الگوریتم ژنتیک و الگوریتم تبرید شبیه سازی شده، مسیر بهینه جهت انجام فاز دوم نانومنیپولیشن، استخراج شده است. نتایج به دست آمده حاکی از بهینه شدن مسیر در فاز دوم نانومنیپولیشن جهت کاربرد در جابه جایی ذرات است.

    کلیدواژگان: نانومنیپولیشن، مسیریابی بهینه، بافت سلولی سر و گردن، الگوریتم های مختلف مسیریابی، میکروسکوپ نیروی اتمی
  • محمد حججی، امیرحسین رضوانی، نیما عسگری، امیرحسین صادقی، سید جلیل حسینی صفحات 13-29

     طوفان های فرو وزشی با ایجاد جریان های ناپایای ریزشی قوی، باعث تخریب های شدید می شوند. از طرفی با توجه به تفاوت ساختار آنها با طوفان های لایه مرزی اتمسفری، بررسی و شناخت این جریانات در شرایط مختلف اهمیت دارد. لذا در این تحقیق به بررسی تاثیرات برخورد طوفان فرو وزشی در زوایا و راستاهای متفاوت در حالت دینامیکی بر روی مدل مکعب شکل پرداخته شده است. این مدل، در چهار زاویه  قرارگیری مختلف نسبت به راستای ریزش جریان (θ)، دو راستای برخورد جریان سطحی (α) و در محدوده شعاعی 5/1±=X/D قرار گرفته است. همچنین نسبت سرعت انتقالی افقی این طوفان (VR</sub>)، 06/0 و 12/0 در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش θ و VR</sub>، باعث شده تا ضریب فشار بیشینه، از نقطه مرکزی فرود جریان (0X/D=) به سمت پایین دست جریان متمایل شود. همچنین افزایش زاویه α باعث کاهش بازه تغییرات فشار و نیرو در حدود 25٪ بر مدل شده است. به علاوه مشخص شد که طوفان های فرو وزشی در حالت دینامیکی ضربات قوی تری بر سازه وارد نموده و عموما قویترین ضربات، بلافاصله بعد از عبور طوفان از روی سازه رخ داده است.  

    کلیدواژگان: طوفان فرو وزشی، مدل مکعب شکل، ضرایب فشار و نیرو، زاویه برخورد، بررسی دینامیکی
  • محمدمهدی نظری، محسن بهرامی، عباس رهی صفحات 30-38

    سامانه های میکروبازیاب انرژی، فناوری جدیدی هستند که جایگزین باتری ها و وسایل ذخیره انرژی که دارای محدودیت می باشند، می شوند. عدم نیاز به جایگزینی یا شارژ دوباره آن ها به صورت دوره ای، حجم و وزن خیلی کم و نیز دقت بالا از خصوصیات سامانه های میکروبازیاب انرژی می باشد.  در این مقاله، سامانه میکروبازیاب انرژی الکترومغناطیس تحت تحریک اتفاقی از نوع نویز سفید بررسی می شود. مدل مکانیکی در نظر گرفته شده برای میکروبازیاب انرژی به صورت تیر یک سر گیردار است. در این سامانه، شتاب پایه به عنوان ورودی میکروبازیاب انرژی بوده و ولتاژ القا شده در سیم پیچ به عنوان خروجی سامانه می باشد. تحریک پایه یک فرآیند اتفاقی نویز سفید گوسی و ایستای ضعیف فرض می شود. با توجه به معادله حرکت مکانیکی سیستم می توان تابع پاسخ فرکانسی را بدست آورد. هدف این پژوهش، محاسبه متوسط توان تولید شده در میکروبازیاب انرژی الکترومغناطیس تحت تحریک اتفاقی می باشد. تحلیل تنش با استفاده از شبیه سازی در نرم افزار المان محدود و حل عددی انجام شده و صحت نتایج تایید می شود. در نهایت تاثیر پارامترهای میکروبازیاب انرژی الکترومغناطیس بر روی متوسط توان تولید شده بررسی می شود.

    کلیدواژگان: میکروبازیاب انرژی الکترومغناطیس، ارتعاشات اتفاقی، تابع پاسخ فرکانسی، نویز سفید، سیستم هایمیکروالکترومکانیکی، تراکم طیفی، متوسط توان
  • فرزاد چوبداررحیم، محمدباقر محمدصادقی آزاد صفحات 39-56

    در این مقاله به بررسی انتقال حرارت ترکیبی جابجایی همراه با تشعشع در میله سوخت داغ استوانه ای شکل قلب یک راکتور هسته ای تحت فشار مانند راکتور بوشهر پرداخته شده است. به طور کلی در آنالیز حرارتی یک میله سوخت، توجه ویژه ای به توزیع درجه حرارت در اجزاء تشکیل دهنده میله سوخت و همچنین تاثیر جریان سیال اطراف آن بر میزان برداشت حرارت معطوف می گردد. لذا در این مطالعه با استفاده از معادلات انتقال حرارت در سوخت و سیال مجاور آن، میزان شدت انتقال حرارت جابجایی و تابشی و تاثیر پارامترهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در این مدل سازی از فرض محیط خاکستری برای مدل سازی تشعشع در فضای بین سوخت و غلاف و همچنین در نظر گرفتن دیواره های مات استفاده شده است و مدل تشعشع به کار گرفته شده مدل جهات مجزا (DOM) می باشد. برای این شبیه سازی از نرم افزار انسیس فلوینت (تحلیل عددی) بهره گرفته شده است و نتایج حاصل از این شبیه سازی با نتایج مراجع موجود مقایسه و تاثیر انتقال حرارت تشعشعی در میله سوخت هسته ای بررسی شده است.

    کلیدواژگان: راکتورهای قدرت هسته ای، میله سوخت داغ، ترموهیدرولیک، انتقال حرارت جابجایی، تشعشع، تک کانال، تحلیل عددی
  • نگین رشیدی، فرخ مبادرثانی صفحات 57-68

    در این مقاله به بررسی عملکرد حرارتی میکرو چاه گرمایی حاوی سوسپانسیون مواد تغییر فاز دهنده با سطح مقطع بیضوی متخلخل پرداخته شده است. حل معادلات اساسی حاکم بر مسیله بر اساس روش المان محدود می باشد و شبیه سازی با استفاده از نرم افزار کامسول مولتی فیزیکس 6/5 انجام شده است. از معادله ی فورشهایمر- بریکمن- دارسی برای توصیف جریان عبوری از محیط متخلخل بهره برده شده است. در کار حاضر، تجزیه و تحلیل آرایش تخلخل (ε) و ضخامت ناحیه ی متخلخل بر ویژگی های حرارتی و هیدرولیکی تحت سرعت های ورودی مختلف صورت گرفته است. افزایش قطر کوچک بیضی، موجب کاهش قطر مقطع متخلخل شده و با افزایش سرعت ورودی سیال افت فشار کاهش می یابد به طوری که در 275/0= b میلیمتر و 2= متر بر ثانیه افت فشار نسبت به 175/0 =b میلیمتر، 34/62 درصد کاهش یافته و مقاومت حرارتی 50/35 درصد افزایش یافته است. در سرعت های ورودی پایین ضریب عملکرد کمتر از 1 بوده و دلیل آن کاهش مومنتوم المان های سیال به دلیل وجود دیواره متخلخل بوده و با افزایش سرعت، ضریب عملکرد بیشتر از 1 می شود زیرا افزایش مومنتوم و همچنین افزایش سطح تماس مابین سیال و ماتریس جامد موجب بهبود عملکرد حرارتی شده و این امر نشانگر برتری میکروچاه گرمایی متخلخل نسبت به میکروچاه گرمایی بدون محیط متخلخل می باشد.

    کلیدواژگان: میکروچاه گرمایی، سوسپانسیون مواد تغییر فاز دهنده، تخلخل، عدد ناسلت، ضریب عملکرد
  • یاسر جعفری، محمد طیبی رهنی، محمدرضا سلیمی، رینهارد میلر صفحات 69-84

    در مقاله حاضر روش های شبیه سازی جریان چندفازی در حضور سورفکتانت ها  در 3 دسته مبتنی بر ناویر-استوکس،  تابع توزیع و مبتنی بر نیروهای بین مولکولی طبقه بندی و هر یک جداگانه تشریح شده است. روش های مبتنی بر ناویر-استوکس در دو دسته روش های ردیابی سطح مشترک و روش های صید سطح مشترک قرار می گیرند. روش های مبتنی بر نیروهای بین مولکولی به عنوان روش های ذره مبنا و با دیدگاه لاگرانژی در برخورد با میدان جریان عمل می کنند. مدل های پرکاربرد در روش های مبتنی بر تابع توزیع  نیز در انتها معرفی شده اند. گستره وسیعی از روش های عددی انتخاب های زیادی را پیش روی پژوهشگران قرار داده است. شناخت و درک قابلیت ها و جزییات این روش ها کمک خواهد کرد تا با توجه به امکانات سخت افزاری، مناسب ترین روش عددی انتخاب و نتایج قابل اعتماد و مقرون به صرفه ای حاصل شود.

    کلیدواژگان: سورفکتانت ها، جریان سیالات چندفازی، ناویر-استوکس، روش دینامیکی مولکولی، روش شبکه بولتزمن
|
  • Zohre Moradi, Khosro Khandani, Moein Taheri*, MehdiModabberifar Pages 3-12

    Atomic force microscope is one of the new practical tools in the field of nanotechnology, which is used in nanomanipulation. The main goal of this research is to model the optimal routing of micro/nanoparticles in the second phase of manipulation and movement of particles u sing atomic force microscope images. For this purpose, in this research, firstly, experimental work and imaging of head and neck cancerous cell tissue has been done using an atomic force microscope. After that, these images are examined and analyzed and then using different routing algorithms, including particle swarm optimization algorithm, genetic algorithm and simulated refrigeration algorithm, the optimal path to perform the second phase of nanomanipulation is extracted. The obtained results indicate the optimization of the path in the second phase of nanomanipulation for the use of in-situ replacement of particles.

    Keywords: Nanomanipulation, Optimal routing, Head, neck cell tissue, Differentrouting algorithms
  • Mohammad Hojaji, AmirHossein Rezvani, Nima Asgari, AmirHossein Sadeghi, Seyed Jalil Hosseini* Pages 13-29

    Downburst storms cause severe destruction by creating intense and unstable downdrafts. On the other hand, due to the difference in their structure from atmospheric boundary layer storms, it is essential to study and understand these flows under different conditions. Therefore, this study the effects of the impact angle of the downburst and the structure installation angle relative to the surface flow on a cube-shaped model investigates dynamically. The model is placed in front of the downburst in four angles of the storm colliding with the surface(θ), in two directions of the surface flow relative to the structure(α), and in the radial range of X/D=±1.5. Also, the ratio of horizontal displacement speed of this storm(VR) is considered to be 0.06 and 0.12. The results show that the increase of θ and VR caused the location of the maximum pressure coefficient to shift from the central point of the flow meeting the surface to the downstream. Also, increasing α has reduced the range of pressure and force changes by about 25% on the model. In addition, it was found that dynamic downburst caused stronger impacts on the structure and generally, these strong impacts occurred immediately after the downburst passed over the structure.

    Keywords: Downburst Thunderstorm, Cube-shaped model, Pressure, Forcecoefficient, Impact angel, Dynamic investigation
  • MohammadMahdi Nazari, Mohsen Bahrami, Abbas Rahi Pages 30-38

    Micro energy harvester systems are a new technology that replaces batteries and energy storage devices that have limitations. Not needing to replace or recharge them periodically, very small volume and weight, as well as high accuracy are the characteristics of the micro energy scavenger system. This paper investigates the electromagnetic micro energy harvester system under random white noise excitation. The mechanical model considered for the micro energy harvester is in the form of a beam. In this system, the base acceleration is the input of the micro energy recovery and the induced voltage in the coil is the output of the system. The base excitation is assumed to be a weakly stationary Gaussian white noise random process. According to the mechanical motion equation of the system, the frequency response function can be obtained. The aim of this research is to calculate the mean power produced in the electromagnetic micro energy harvester under random excitation. Stress analysis is done using simulation in finite element software and numerical solution, and the results’ correctness is confirmed. Finally, the effect of the electromagnetic micro energy scavenger on the average parameters power produced is investigated.

    Keywords: Micro electromagnetic energy harvester, Random vibration, Frequency responsefunction, White noise, Microelectromechanical systems, Spectral density, Mean power
  • Farzad ChoobdarRahim, MohammadBagher Mohammad Sadeghi Azad Pages 39-56

    In this paper, the combined convection heat transfer with radiation in the hot fuel rod of a pressurized nuclear reactor like the Bushehr reactor has been investigated. Generally, in the thermal analysis of a fuel rod, special attention is paid to the temperature distribution in the constituent parts of the fuel rod, as well as the effect of the fluid flow around it on the amount of heat removal. Therefore, in this study, using heat transfer equations in the fuel and its adjacent fluid, the intensity of convection and radiation heat transfer and the effect of different parameters have been investigated. In this modeling, the assumption of gray environment is used to model the radiation in the space between the fuel and the clad, as well as considering the opaque walls, and the radiation model used is the Discrete Direction Model (DOM). Ansys Fluent (CFD) software has been used for this simulation.

    Keywords: Nuclear power reactors, Hot fuel rod, Thermo-hydraulics, Convection heattransfer, Radiation, Single channel, CFD
  • Negin Rashidi, Farrokh Mobadersani Pages 57-68

    In this article, the thermal performance of microchannel heat sink containing a suspension of phase change materials with a porous elliptical cross-section has been investigated. Solving the basic equations governing the problem is based on the finite element method and the simulation is done using Comsol multiphysics software 5.6. ForschheimerBrickman-Darcy equations are used to describe the flow through the porous medium. In the present work, the analysis of the arrangement of porosity (ε) and the thickness of the porous area has been done on the thermal and hydraulic characteristics under different inlet velocities. The increase in the small diameter of the ellipse causes a decrease in the diameter of the porous section and the pressure drop decreases with the increase of the fluid inlet speed, so that at b = 0.275 mm and uin= 2 m/s, the pressure drop compared to b = 0.175 mm is 62.34 % decreased and the thermal resistance increased by 35.50 % At low inlet velocities, the coefficient of performance is less than 1, and the reason for this is the decrease in the momentum of the fluid elements due to the presence of the porous wall, and with the increase in speed, the coefficient of performance is greater than 1, because the increase in momentum and also the increase in the contact surface between the fluid and the solid matrix cause The thermal performance has been improved and this indicates the superiority of the porous microchannel heat sink compared to the microchannel heat sink without porous medium.

    Keywords: Micro channel heat sink, Suspension of phase change materials, Porous, Nusseltnumber, Coefficient performance
  • Yaser Jafari, MohammadTaeibi Rahni, MohammadReza Salimi, Reinhard Miller Pages 69-84

    In this article, the simulation methods of multiphase flow in the presence of surfactants are classified into 3 categories based on Navier-Stokes, distribution function, and based on intermolecular forces, and each one is described separately. Navier-Stokes-based methods fall into two categories: interface tracking methods and interface capture methods. Methods based on intermolecular forces act as particle-based methods with a Lagrangian perspective in dealing with the flow field. The widely used models in the methods based on the distribution function are also introduced at the end. A wide range of numerical methods has put many choices in front of researchers. Knowing and understanding the capabilities and details of these methods will help to select the most appropriate numerical method and obtain reliable and cost-effective results according to the hardware facilities.

    Keywords: Surfactants, Multiphase flow, Navier-Stokes, Molecular Dynamics Method, Lattice Boltzmann Method