فهرست مطالب

مهندسی مکانیک شریف - سال سی و نهم شماره 1 (بهار و تابستان 1402)

مجله مهندسی مکانیک شریف
سال سی و نهم شماره 1 (بهار و تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • بابک اسدی آذغان، محسن فتحی جگرکندی* صفحات 3-13

    در این پژوهش هدایت و کنترل فاز قبل از نشست فضاپیماهای قابل استفاده مجدد بررسی شده است. هدف این پژوهش افزایش دقت و ایمنی سیستم هدایت و کنترل فضاپیما به منظور آماده سازی فضاپیما برای نشست موفق روی سطح زمین است. هدایت و کنترل یکپارچه که روش جدیدی در مقوله هدایت و کنترل است، برای هدایت فضاپیما در فاز ورود مجدد به جو و فاز نشست روی سطح زمین استفاده شده است. جسم بازگشتی مورد نظر، موشک فالکون 9 است که مدل شش درجه آزادی جسم استخراج می شود. پیاده سازی سیستم هدایت و کنترل به صورت یکپارچه برای فضاپیمایی که نوع نشست آن به صورت عمودی است، کار جدیدی در این زمینه است. کنترل کننده ی استفاده شده در این مقاله، بر اساس روش مد لغزشی است. نتایج حاصله نشان می دهد که هدایت و کنترل یکپارچه، نسبت به هدایت و کنترل مرسوم به دلیل حل همزمان معادلات هدایت و کنترل به صورت همزمان، میزان انحراف بالک کمتری را درخواست خواهد کرد.

    کلیدواژگان: هدایت و کنترل یکپارچه، کنترل کننده ی مد لغزشی، ماهواره بر قابل استفاده ی مجدد، موشک فالکون 9
  • محمدصادق زمانی*، سجاد صادقیان بافقی صفحات 15-25
    در فرایند رهگیری هدف توسط یک شناور زیرسطحی خودگردان، طراحی قانون هدایتی که بیشترین کارایی را داشته باشد اهمیت ویژه یی دارد. به منظور بررسی کارایی فرایند رهگیری، معیارهای مختلفی همچون سادگی پیاده سازی، نیاز کم تر به داده های هدف و احتمال برخورد به هدف باید در نظر گرفته شود. از میان این عوامل و دیگر عوامل موثر در ارزیابی عملکرد رهگیری، «احتمال اصابت» مهم ترین و گویاترین متغیر است. در این مقاله ابتدا با استفاده از روش های یادگیری ماشینی و به طور خاص، روش گرادیان بوستینگ یک مدل برای پیش بینی احتمال اصابت با دقت مناسب ارایه می شود. سپس با استفاده از این مدل و انجام محاسبات هندسی پارامترهای رهگیری در فاز پیش تنظیم به گونه یی تعیین می شود که احتمال اصابت بیشینه شود. کارایی این روش با استفاده از شبیه سازی سناریوهای مختلف نشان داده خواهد شد.
    کلیدواژگان: احتمال اصابت، روش گرادیان بوستینگ، روش مونت کارلو، شناور زیرسطحی خودگردان، قانون هدایت، یادگیری ماشین
  • محمدمهدی مجتهدی، حمید سلیمانی مهر*، محمد معظمی گودرزی صفحات 25-45

    در این مقاله تاثیر دامنه ی ارتعاش بر شکل و اندازه پودر آلومینیوم تولید شده با فرایند اتمیزه کردن فراصوتی با فرکانس ارتعاشی 20 کیلو هرتز بررسی شده است. تاثیر عواملی چون دمای مذاب و دامنه ی امواج فراصوتی بر اندازه ذرات و شکل ذرات بررسی شد. همچنین بررسی شد هرکدام از عوامل در چه سطحی بر مشخصات مورد انتظار تحقیق تاثیر گذارند. با بررسی نتایج به دست آمده مشاهده شد با افزایش دمای مذاب گران روی مذاب کم تر شده و در نتیجه اتمیزه شدن مذاب راحت تر می شود و همچنین نیروی کشش سطحی کاهش یافته و جدا شدن قطره ی مذاب از فیلم مذاب ایجاد شده بر اتمیزه کننده آسان تر شد. و نیز مشاهده شد با افزایش اندازه ی دامنه ی ارتعاش پودر فلز تولید شده از لحاظ اندازه دارای میانگین اندازه ی کوچک تری است. میانگین قطر ذرات پودر تولید شده در این آزمایش 82٫43 میکرون، بیشینه ی قطر ذرات 92٫16 میکرون و کمینه ی قطر ذرات 71٫33 میکرون بوده است.

    کلیدواژگان: فراصوتی، اتمیزه کردن، پودر آلومینیوم، دامنه ی ارتعاش، فرکانس
  • پارمیدا عابدینی منش، فراز حضی نیا، مهدی گنجیانی* صفحات 27-34
    در این مقاله تاثیر سه محوره ی تنش و همچنین ناهمسانگردی بر کرنش شکست آلومینیوم 1100 بررسی می شود. ابتدا نمونه هایی با هندسه های متفاوت به منظور دست یابی به سه محوره ی تنش متفاوت ساخته شد. این نمونه ها شامل نمونه ی استاندارد، شیاردار و برشی هستند. برای ارزیابی ناهمسانگردی، نمونه هایی با زاویه های مختلف نسبت به راستای نورد تهیه شد. آزمایش کشش تک محوره تا لحظه ی شکست روی همه نمونه ها انجام گرفت. برای به دست آوردن کرنش های شکست، از روش پیشنهادی جدید و کم هزینه استفاده شد. برای نمونه ی استاندارد و نمونه ی شیاردار، کرنش شکست با استفاده از تغییرات سطح مقطع و در نمونه ی برشی، تغییرات شعاع شیار برای اندازه گیری کرنش پیشنهاد شد. برای به دست آوردن سه محوره ی تنش، از مدل سازی آزمایش ها در نرم افزار آباکوس، استفاده شد. مقایسه ی نتایج تجربی و شبیه سازی نشانگر دقت زیاد (بیشینه ی خطا: 1/11\٪) در اندازه گیری کرنش شکست است. همچنین وابستگی غیرخطی کرنش شکست به سه محوره ی تنش به خوبی به دست آمده است.
    کلیدواژگان: کرنش شکست، سه محوره ی تنش، ناهمسانگردی، آلومینیوم 1100
  • مسعود اکبری، علی کریم زاده* صفحات 47-53
    در این پژوهش میزان خطی بودن رفتار دینامیکی میکروحسگر جریان سیال بر اساس نظریه ی کوپل تنش اصلاح و تحلیل شده است. معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم شامل معادله ی خیز تیرپایه و لایه ی پیزوالکتریک بر اساس نظریه ی کوپل تنش اصلاح شده، معادله ی الکتریکی گاوس و معادله ی ضریب نوسانی لیفت، استخراج شده است. با استفاده از معادلات استخراج شده، رفتار دینامیکی میکروحسگر و تاثیر پارامترهایی مانند ضریب میرایی، طول تیر، پارامتر مقیاس طول ماده و جرم استوانه انتهای تیر بر پاسخ دینامیکی به دست آمده است. بر اساس یافته های این پژوهش، بازه عملکردی این میکروحسگر در سرعت های مختلف میکروسیال، میزان خطی بودن این رفتار و خطای اندازه گیری سرعت، استخراج شده است. نتایج نشان می دهد بیشینه خطای خطی فرض کردن رفتار میکروحسگر در بازه مورد بررسی 5/3٪ است. علاوه بر این کاهش طول تیر یا جرم انتهایی می تواند سبب افزایش بازه عملکردی حسگر در سرعت های بالاتر شود.
    کلیدواژگان: میکروحسگر جریان سیال، تیر پیزوالکتریک، نظریه ی کوپل تنش اصلاح شده
  • سید امیرحسین زمزمیان*، سهیل رضازاده مفردنیا، محمدرضا پازوکی، محمد پازوکی صفحات 55-67
    افزودنی های نانوساختار کاربرد گسترده یی در صنایع مختلف به ویژه نیروگاه ها دارند و باعث کاهش مصرف ویژه ی سوخت عبارت است از اندازه گیری بازده یا راندمان سوخت هر موتور محرکه یا محفظه احتراق که باعث احتراق می شود و انرژی یا توان حاصل را تولید می کند. در واقع به عنوان تعریف عبارت است از میزان مصرف سوخت تقسیم بر توان تولید شده و همچنین کاهش انتشار آلاینده ها می شوند. در این مطالعه، نانوذرات هیبریدی در سوخت های مازوت و دیزل پراکنده شده اند و ویژگی های فیزیکوشیمیایی نانوسوخت های ساخته شده بررسی شده اند. نتایج نشان داد که شدت ارزش حرارتی نانوسوخت پایه مازوت و پایه دیزل به ترتیب نسبت به سوخت های خالص مازوت و دیزل به میزان 13٫41٪ و 14٫02٪ بهبود پیدا کرده اند. بنابراین، نانوذرات اکسید فلزی و نانولوله های کربنی چنددیواره تاثیر قابل ملاحظه یی بر ویژگی های احتراقی سوخت دارند. به طور کلی، نمونه های بهینه ی نانوسوخت بر پایه ی مازوت و دیزل همه ی ویژگی های یک سوخت ایده آل برای استفاده در فرایند احتراقی را دارند و می توانند جایگزین مناسبی برای سوخت های مازوت و دیزل خالص باشند.
    کلیدواژگان: نانوسوخت، نانودیزل، نانوساختار هیبریدی، نانومازوت، احتراق
  • محمدمهدی فلاحی، نگار نباتیان* صفحات 69-77

    برهم کنش لایه ی مرزی حرارتی و سیالاتی حول استوانه در جریان هوای عبوری با رینولدز 1000 به روش عددی مورد بررسی قرار گرفت. تغییر دما در سطح استوانه موجب تغییر خواصی همچون چگالی، لزجت، گرمای ویژه و ضریب رسانش هوا می شود که باعث تغییر الگوی جریان پیرامون استوانه اند. افزایش لزجت هوا با کاهش عدد رینولدز و افزایش اصطکاک سطحی همراه است. با افزایش اصطکاک سطحی روی استوانه در حالت حرارت پایین دست، قدرت چرخش گردابه کاهش یافته و گردابه ها در پایین دست استوانه کشیده تر شده و تقارن بیشتری نسبت به محور افقی پیدا می کنند. در نتیجه لایه های برشی آزاد دیرتر یکدیگر را قطع کرده و توزیع متقارن تری از سرعت و فشار به وجود می آورند که موجب کاهش دامنه ی نوسان نیروهای آیرودینامیکی و کنترل جریان شده است. استفاده از المان حرارتی با دمای 1000 درجه سانتی گراد در پایین دست استوانه می تواند نیروی برا را تا 87٫1٪ و نیروی پسا را تا 25٫9٪ کاهش دهد.

    کلیدواژگان: کنترل جریان، انتقال حرارت، لایه ی مرزی حرارتی، لایه ی مرزی سیالاتی، نیروهای آیرودینامیکی
  • محمدحسن سعیدی*، مهدی توحیدلو، محمدعلی بختیاری صفحات 79-88

    چرخه ی میسوتسنکو یک مفهوم ترمودینامیکی است که با استفاده از انرژی ناشی از گرمای نهان تبخیر آب، باعث خنک شدن جریان هوا می شود. این چرخه به دلیل خنک کردن دمای جریان هوا تا دمای نقطه ی شبنم آن، در حوزه تهویه مطبوع، به عنوان چرخه ی خنک کننده با بازدهی بالا شناخته شده است. در پژوهش حاضر، معادلات حاکم بر یک مبدل جرم حرارت مبتنی بر چرخه ی میسوتسنکو، استخراج شده است. این مبدل جدید در شرایط آب و هوایی شهر تهران مورد بررسی واقع شده است. در مطالعه ی حاضر، دمای هوای شهر تهران در عبور از دستگاه، از 2/40 درجه سلسیوس تا 2/22 درجه خنک می شود. در این مطالعه اقلیم های مختلف ایران نیز بررسی شده اند. نتایج نشان داد که خنک کننده ی مبتنی بر چرخه ی میسوتسنکو، برای بیش از 85\٪ جمعیت و برای بیش از 86\٪ مناطق ایران، کارایی مطلوبی دارد و به طور متوسط با ضریب عملکرد متوسط 31 کار می کند.

    کلیدواژگان: چرخه ی میسوتسنکو، شبیه سازی، تبرید تبخیری، تهویه مطبوع، ضریب عملکرد، شرایط آسایش حرارتی
  • مصطفی رحمانی دهاقانی، امیر نورانی*، نوید ارجمند، فاطمه فرهی قهی صفحات 89-98

    در این مقاله نتایج تجربی استفاده از کفش اگزتیک، کفش معمولی و پای برهنه بر سینماتیک افراد سالم در پرش عمودی مقایسه می شود. از 11 شخص سالم خواسته شد که آزمون پرش عمودی را در این سه حالت انجام دهند. در حین انجام آزمون ها به عضلات شکمی و کمری آنها 12 الکترود الکترومایوگرافی متصل شد و دوربین های مادون قرمز مختصات 45 مارکر متصل به آنها را در هر لحظه ثبت کردند. آزمون ها روی دو صفحه نیرو انجام شده به طوری که هر پای شخص بر روی یک صفحه نیرو قرار می گرفت. در پایان با بررسی نتایج و انجام آزمون های A N O V A و T u k e y مشاهده شد که نیروی عضله ی لانجیسیموس، نیروی عضله ی ایلیوکوستالیس و نیز مرکز فشار نیروی واکنش زمین مقادیر اکسترمم کم تری در حالتی که شخص کفش آگزتیک به پا کرده است به خود گرفتند.

    کلیدواژگان: ستون فقرات، مواد آگزتیک، ضریب پواسان، دیسک لومبوساکرال، عضله ی لانجیسیموس، نیروی واکنش زمین، آزمایش های الکترومایوگرافی EMG
  • مصطفی مظفری، مهران مصدری* صفحات 99-118
    این گردآوری، مرور مختصری از تحقیقات انجام شده همراه با مطالعات اوسینت و مصورسازی، درباره ی چگونگی پرواز صامت جغدها و نیز نحوه ی الگوبرداری از سازوکارهای کاهش نوفه ی جغدها در طراحی های مهندسی تدوین شده است. همچنین، با هدف بررسی اجمالی ویژگی های منحصربه فرد جسمی، فیزیکی و مشخص کردن چگونگی برخی از آنها از دارا بودن یا نبودن قابلیت صامت با سایر گونه های دیگر انجام شده است. سپس نوفه های موجود در پرواز جغدها همراه با جزییات هندسی بال که ویژگی های غالب پرواز صامت است، بررسی می شود. در ادامه، تلاش ها برای الگوسازی مشخصات بال جغد که باعث پرواز صامت می شود، مورد بررسی و جمع بندی قرار می گیرد. همچنین، فناوری های کاهش نوفه که از الگوها و مشخصه های مربوط به جغد الهام گرفته شده بیان می شود. به طور کلی دامنه ی وسیعی از گمانه زنی ها و حدس ها برای پرواز صامت و مخفی کاری جغد وجود دارد؛ اما تاکنون معتبرترین و قانع کننده ترین دلایل با استدلال های موثق عبارت اند از: ساختار دندانه دار بال در لبه ی حمله، الیاف مخملی بال ها و حاشیه های لبه ی فرار. علاوه بر این، ترکیب حاشیه های لبه ی فرار و دندانه های لبه ی حمله کاهش قابل توجهی در ترازهای فشار کلی صدا در تمام زوایای حمله را ممکن می سازد و باعث پایداری نوسانات سرعت در سطح مکش و حذف صداهای بسامد پایین و بالا می شود.
    کلیدواژگان: آیروآکوستیک، پرواز جغد، آیروآکوستیک پرواز صامت جغد
|
  • B. Asadi Azghan, M. Fathi * Pages 3-13

    In this article, guidance and control of the reusable launch vehicle at pre-landing phase have been studied. A plenty of vertical take-off and vertical landing (VTVL) reusable launch vehicle have been gradually developed to access the space allowing for reducing the flight operation costs and realizing reusability such as Falcon 9. The goal of this article is increasing the accuracy and safety of the guidance and control system of the launch vehicle in order to successfully land on the ground station. Integrated guidance and control, being a novel method in guidance and control, is used to guide the launch vehicle in the re-entry phase and landing phase on the ground. The returning object studied is a Falcon 9 rocket for which we find the 6 DOF model. This vehicle has a vertical landing phase and implementing an integrated guidance and control system is a novel approach in this area. The controller used in this article is based on sliding-mode. This controller has an acceptable performance against the uncertainties and indefinite values of the system parameters. GPOPS software is used to create the initial flight path of the launch vehicle. This software calculates the optimal landing path with respect to dynamic constraints, control constraints and a cost function. Genetic algorithm is used to find the constant parameters for guidance and control. In this work, a fast terminal sliding mode control is proposed for a VTVL reusable launch in the present of disturbance and uncertainties. Compared with the previous works, the proposed controller has satisfactory performances and achieves smaller steady-state error under the consideration of multiple simulation results. Results show that integrated guidance and control needs less bulk standard deviation than common guidance and control due to simultaneous solving of guidance and control equations. This causes the defined constraints not to surpass the acceptable values anywhere in the path.

    Keywords: Integrated Guidance, Control, Sliding Mode Controller, GPOPS Software, Genetic Algorithm, Launch vehicle, reusable
  • M.S. Zamani *, S. Sadeqian Bafqi Pages 15-25
    Submarine robots or autonomous underwater vehicles (AUVs) are one of the most important tools for identifying, monitoring and inspecting the marine environment and the oceans. In addition, it is used for applications such as tracking surface targets. In the process of tracking a target by an autonomous underwater vehicle, designing the most efficient guidance law is of particular importance. In order to evaluate the efficiency of the tracking process, various criteria such as ease of implementation, less need for target data and the probability of hitting the target must be considered. Among these factors and other effective factors in evaluating tracking performance, hit probability is the most important and telling variable. in complex situations, the most common way for calculating this parameter is the Monte Carlo method. This method is based on performing multiple simulations of the AUV and target motion for various uncertainties in the problem. The ratio of the number of times that the tracking process is successful provides an estimate of the hit probability. However, in order to achieve good accuracy, it is necessary to select a sufficiently large number of repetitions in the Monte Carlo method and therefore the computational cost of calculating the hit probability will be high. In this paper, first, using machine learning methods and in particular the gradient boosting method, a model for predicting the hit probability is presented with the appropriate accuracy. Then, using this model and by geometric calculations, the tracking parameters in the preset phase are determined in such a way that maximizes the hit probability. The efficiency of this method will be demonstrated through the simulation of different scenarios. In the end, by considering the randomness along the path, the AUV and target dynamic system is modeled as a stochastic process using the Ornstein-Olenbeck process. Then, the Monte Carlo simulation is described and similarly, previous works can be repeated.
    Keywords: Hit Probability, Gradient Boosting Method, Monte Carlo method, Underwater Autonomous Vehicle, Guidance Law, Machine learning
  • M.M. Mojtahedi, H. Soleimanimehr *, M. Moazamigoudarzi Pages 25-45

    Ultrasonic waves have been used in research and industrial fields for many years, and the use of these waves in some of these fields is very old. And it seems that its scope of application is increasing day by day. One of the fields in which this technology is used is the production of metal powders. In the process of producing metal powder from their melt, the melt must be turned into very fine droplets under the influence of an energetic flow, which will turn into metal powder particles after cooling. In the ultrasonic atomization method, the energy intended to create melt droplets is supplied by ultrasonic waves and transferred to the desired metal melt. In this article, the effect of the vibration range on the shape and size of the aluminum powder produced by the ultrasonic atomization process with a vibration frequency of kilohertz has been investigated. The effect of factors such as melt temperature and ultrasonic wave amplitude on particle size and particle shape was investigated. It was also investigated at what level each of the factors affect the expected characteristics of the research. By examining the obtained results, it was observed that with the increase of the temperature of the melt, the viscosity of the melt decreases, and as a result, the atomization of the melt becomes easier, and also the surface tension force is reduced, and it becomes easier to separate the melt drop from the melt film created on the atomizer. And it was also observed that with the increase in the size of the vibration range, the produced metal powder has a smaller average size in terms of size and a narrower size distribution range. The average particle diameter of the powder produced by this method in this experiment was 82.43µm, the maximum particle diameter was 92.16µm and the minimum particle diameter was 71.33µm.

    Keywords: Ultrasonic, Atomization, Aluminum powder, Vibration amplitude, frequency
  • P. Abedinimanesh, F. Hazinia, M. Ganjiani * Pages 27-34
    The aim of this article is to investigate numerically and experimentally the effect of stress triaxiality and anisotropy on the fracture strain for metals. As the aluminum has always been one of the most widely used metals in the industry. This metal has unique properties such as lightness and high resistance to corrosion, hence, 1100 aluminum alloy is used in this article. This metal is malleable and also has high workability so it is suitable for applications including shaping. To achieve the properties of the sheet, it is first necessary that all samples were made according to the ASTM-E8 standard and the specimens were designed to achieve some different stress triaxiality. This samples includes the standard-, notched- and shear-specimens. All samples are loaded in tension state. In order to investigate the anisotropy, the specimens are prepared in rolling direction, 45 and 90 degrees to rolling direction for each samples. The uniaxial tensile test was performed on the specimens until the onset of failure. For measuring the fracture strain experimentally, a new method with lower costs than others have been proposed. For standard and notched specimens, the strain measuring is based on the difference between cross-section areas for shear-specimen, the changes in the notched radius has been proposed for strain measuring criterion. Also, in order to calculate the stress triaxiality in the fracture zone, all experiment tests are simulated in Abaqus. The equivalent plastic strain and stress triaxiality of the elements in fracture zone are reported. The average value of these elements are compared to the corresponding experimental data. At the end comparing the results obtained from experimental and simulations shows that the failure strain is calculated with great accuracy. For more explanation, the maximum error is found to be 12.8% for notched-specimen. Furthermore, the non-linear effect of stress triaxiality on the fracture strain are well shown.
    Keywords: Fracture strain, Stress triaxiality, anisotropy, Aluminum 1100
  • M. Akbari, A. Karimzadeh * Pages 47-53
    In the present study the dynamic behavior of a piezoelectric flow micro sensor based on vortex-induced vibrations (VIV) is investigated. This sensor is made by a cantilever beam, piezoelectric layer and a cylinder at free end which is used to measure the fluid velocity. The proposed VIV sensors have nonlinear dynamic behavior for different flow velocities therefore in designing VIV micro sensors obtaining linear operational working range is an important parameter. In this paper the dynamic behavior of micro flow sensors based on the modified couple stress theory (MCST) is investigated and linear operational working span is derived. The coupled governing equations of silicon based and piezoelectric layer cantilever beam, gauss electric and Van der pol equation are derived. Utilizing the derived equations the dynamic behavior of the micro sensor on the basis of parameters such as damping coefficient, cantilever beam length, material length scale parameter and tip cylinder mass is analyzed. The operational work range of the micro sensor, the acceptable linear behavior domain and error of linear behavior assumption of the device is investigated. According to the results the maximum linearization error is 3.5%. In addition to that reduction in cantilever beam length and tip cylinder mass increase the operational working range of the micro sensor. Analyzing the effect of damping coefficient on the dynamic behavior of micro flow sensor show that increasing the damping coefficient decreases the beam deflection and output voltage, but has no effect on the operational working span of the system and in order to obtain precise output from this sensor the damping coefficient must be reduced. Findings indicate that parameters which make the device behave stiffer such as reduction in beam length or tip cylinder mass or considering non-classical stresses gives a wider acceptable voltage range at higher flow velocities for the micro sensor.
    Keywords: micro sensor, flow sensor, piezoelectric cantilever beam, modified couple stress theory
  • S. A.H. Zamzamian *, S. Rezazadeh Mofradnia, M. R. Pazouki, M. Pazouki Pages 55-67
    Nanostructured additives have been widely used in various industries especially power industry in order to decrease both specific fuel consumption (fuel consumption per unit of electricity production, SFC) and pollutants emission. The most important fuel properties are fuel density, kinematic viscosity, flash point, cetane number, and calorific value. Calorific value of a fuel is the thermal energy released per unit quantity of fuel when the fuel is burned completely and the products of combustion are cooled back to the initial temperature of the combustible mixture. It measures the energy content in a fuel. The calorific value of a fuel can be measured in a bomb calorimeter. The most frequently used fuel additives for diesel engines are oxygenated additives, antioxidants, cold flow improvers, lubricity improvers, cetane improvers, metal-based additives, and nanomaterials. In recent years, various nanomaterials, acting as diesel engine fuel additives, gained substantial attention. According to investigation results obtained so far, these additives look to be extremely promising. This follows from the wide range of options they offer in influencing practically all important engine characteristics by affecting many processes from fuel combustion to exhaust treatment. In this study, hybrid nanoparticles were dispersed in mazut and diesel fuels as hybrid nanofuels and the physico-chemical properties of manufactured nanofuels were evaluated. Dispersion of the nanoparticles were carried out in two stages. They were weighed and mixed to surfactants and added to fuel. Then the mixture was dispersed by using an ultrasonic device.The results indicated that the rate of calorific values of mazut-based nanofuels and diesel-based nanofuels were improved to 13.41% and 14.02%, respectively, in proportion to pure mazut and pure diesel fuels. Therefore, metal oxide nanoparticles and multi-walled carbon nanotubes had a remarkable impact on combustion properties of fuels. The final price of nanofuel was up to 20-30% more than pure fuels which can be reduced when nanofules are produced in large scale. It can be concluded that the optimized samples of mazut-based and diesel-based nanofuels had all properties of an ideal fuel for using in a combustion process and could be considered as suitable alternatives to pure mazut and pure diesel fuels.
    Keywords: Nanofuel, Nanodisel, Hybrid nanostructure, Nanomazut, Combustion
  • M.M. Falahi, N. Nabatian * Pages 69-77

    The interaction of the thermal and velocity boundary layers of 2D cylinder at is modeled in ANSYS Fluent. Heating elements different positions as well as various temperature effects on the flow characteristics are investigated. Temperature variation of the cylinder surface changes the fluid properties including density, viscosity, specific heat and conductivity. Their dependencies are modeled in the form of polynomials as the function of temperature. The velocity inlet boundary condition of 0.6 m/s, the pressure outlet with 0 Pa and no-slip condition for cylinder wall are set. The lateral boundaries are freestream walls while the sidewalls are symmetric. The pressure-velocity coupling is modeled with Coupled method and is used for turbulence modelling. The surrounding temperature is . The comparison of the heating element application on the windward and leeward sides of the cylinder show that its usage on the leeward side is more efficient on the flow control and reduces the aerodynamic forces significantly. By increasing the fluid viscosity due to the temperature enhancement, the Reynolds number decreases while the surface friction increases. With surface friction enhancement under leeward side heating, vorticity strength is reduced and the vortices lengths are elongated downstream. Consequently, free shear layers interaction and vortex shedding are delayed forming a relatively symmetric velocity pattern and pressure distribution. The symmetry of the pressure distribution reduces the oscillation amplitude of the aerodynamic forces that leads to the flow control. Increasing the cylinder surface temperature on the leeward side rises the intensity aerodynamic forces variation. The results indicate that the location, size, and temperature of the heating elements influence the separation points of flow and the aerodynamic forces acting on the body. The utilization of the heating element with a temperature of on the leeward side leads to lift force and drag force reduction; while using them on the lateral sides, despite delaying the separation points of the flow, leads to flow instability. The size of vortices is decreased resulting in the higher shedding frequency. The cause of this phenomenon is related to the changes in the characteristics of flow and vortices that alter the velocity and pressure fields.

    Keywords: flow control, Heat Transfer, thermal boundary layer, Velocity boundary layer, Aerodynamic forces
  • M. H. Saidi *, M. Tohidloo, M.A. Bakhtiari Pages 79-88

    The Maisotsenko cycle is a novel thermodynamic concept which captures the internal energy in an air cooling process by using the latent heat of evaporation of water. This concept is a regenerative indirect evaporative cooling cycle (RIEC) which utilizes a new arrangement of airflow streams to achieve better performance. In the field of air conditioning, this cycle is known as a high efficiency cooling cycle due to the cooling of the air-water vapor flow temperature to its dew point temperature. Most commonly known variant of this concept is a crossflow cooler which will be examined in this paper. In the present study, the governing equations of a heat and mass exchanger based on the Maisotsenko cycle has been extracted. This heat and mass exchanger has been analyzed and simulated in the month of July, which is the hottest month of the year, in the climatic conditions of Tehran. Temperature analysis utilizing the finite difference method has shown that the heat and mass exchanger based on the Maisotsenko cycle has superior performance than existing devices in the cooling air process in the field of air conditioning technology. the air temperature in Tehran decreases from 40.2o C to 22.2o C when passing through the device. The possibility of employing a Maisotsenko cycle air conditioner in different climates of Iran has been investigated in this study. The results revealed that the cooler based on the Maisotsenko cycle performs satisfactorily for more than 85 percent of the population and more than 86 percent of the regions of Iran. Also, according to the acquired data, the air conditioner based on the Maisotsenko cycle operates with an average coefficient of performance of 31 in various regions of Iran. The airflow passing through this heat and mass exchanger is cooled to 90% of it’s inlet wet bubble temperature.

    Keywords: Maisotsenko cycle, evaporative cooling, Simulation, HVAC
  • M. RAHMANI DEHAGH, A. Nourani *, N. Arjmand, F. Farahi Ghehi Pages 89-98

    Footwear condition has been found to change kinematics of body especially in high-demanding activities. The present study compared the kinematics of healthy individuals when different footwear conditions were used. Two types of shoes, i.e., auxetic and conventional, were compared with each other and also with barefoot condition during gait and drop vertical jump (DVJ) activities using in vivo experimentation. A number of 11 male individuals were asked to do the experiments. Three trials for each footwear condition were completed for every participant, i.e., total of nine trials for each person. All methods were performed in conformity with relevant procedures and protocols. Their motion and force-plate data as well as electromyographic (EMG) activities of some trunk muscles were recorded during abovementioned actions. Two main stages of first landing (FL) and second landing (SL) were considered in the DVJ activity. Statistical analysis, using ANOVA and Tukey’s honestly significant difference, was carried out to investigate effects of footwear conditions on the kinematics. Results showed that biomechanical changes between the the three footwear conditions were insignificant in gait and the SL phase of DVJ. However, significant differences were detected during the FL stage of DVJ; using the auxetic shoes resulted in smaller EMG activities in longissimus and iliocostalis muscles, smaller anterior-posterior distance between the center of pressure of ground reaction force and heel, and also larger maximal hip, knee, and ankle flexion angles (p

    Keywords: Auxetic shoes, EMG, Kinematics, Drop vertical jump
  • M. Mozafari, M. Masdari * Pages 99-118
    The owl is renowned as nature's stealth bird and possesses distinctive aeroacoustic qualities. When it comes to the silent flight of owls, two primary hypotheses are considered: the self-masking hypothesis and the stealth hypothesis. Consequently, our intention is to present a comprehensive review article on the aeroacoustics of owls. This paper provides a concise overview of research conducted using Open Source Intelligence (OSINT) studies and visualization techniques, delving into how owls achieve silent flight and how their noise reduction mechanisms can be applied in engineering designs. The objective is to examine the distinctive physical characteristics of owls, their foraging behavior, and their ability to maintain silence in the presence of other species. Subsequently, the focus shifts to an analysis of the noise generated during owl flight, with emphasis on the geometric aspects of their wings, which play a crucial role in enabling silent flight. The subsequent sections provide an overview and summary of efforts to model the wing characteristics responsible for silent flight, as well as a description of noise reduction technologies inspired by owl features. In general, there exists a wide range of hypotheses regarding the silent flight and stealth of owls; however, the most compelling and well-supported explanations to date revolve around three key factors: the serrated structure of the wing leading edge, the velvety fibers and fringes along the trailing edge, and the combined effect of trailing edge and leading edge serrations. These factors contribute to a significant reduction in overall sound pressure levels across all angles of attack, stabilize speed fluctuations on the suction surface, and eliminate low and high-frequency sounds. Additionally, owls possess long velvety feathers on their wings, which absorb sound frequencies, and the elongated distal barbules create a multi-layered porous structure that enhances sound absorption.
    Keywords: Aeroacoustics, Owl Flight, Aeroacoustics of Silent Owl Flight