فهرست مطالب

نشریه یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی
سال سوم شماره 2 (تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • داوود رمش، حسن ناصح، حدیثه کریمائی*، سیده فاطمه میرمحمدی، سید محمدجواد هاشمی همامی صفحات 1-12

    امروزه مواجهه با چالش های فناوری های دمشی و توربوپمپی در سامانه های پیشرانش فضایی سوخت مایع از یک سو و از سوی دیگر پیشرفت و توسعه صنعت تامین انرژی و توان (دسترسی به فناوری های جدید باتری)، استفاده از این فناوری را در صنایع پیشرفته فضایی نظیر صنعت پیشرانش فضایی امری اجتناب ناپذیر نموده است. با توجه به این تحول، هدف در این پژوهش مدل سازی دینامیک غیرخطی سامانه پیشرانش فضایی مجهز به الکتروپمپ می باشد. برای مدل سازی این سامانه شامل محفظه احتراق، مخازن سوخت و اکسید کننده و سیستم فشارگذاری مربوطه می باشد. بنابراین، در این سامانه تغذیه به منظور سوخت رسانی از مخازن به موتور و افزایش فشار برای ایجاد امکان پاشش مناسب سیال به درون محفظه احتراق از پمپ ‏هایی که توسط یک موتور الکتریکی روشن می‏ شوند، بهره گرفته می شود. برای این منظور، از مجموعه روابط حاکم در محیط سیمولینک نرم افزار متلب استفاده شده است. نتایج حاصل از مدلسازی شامل نمودارهای پارامترهای هدف این پژوهش که شامل تغییرات سرعت زاویه ای در زمان، تغییرات فشار محفظه احتراق بر حسب زمان و تغییرات دبی مولفه سوخت و اکسید کننده به محفظه احتراق بر حسب زمان می‏ باشند، ارایه شده است. در پایان، نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از مرجع معتبر مقایسه و صحه گذاری گردید.

    کلیدواژگان: مدل‏سازی دینامیک غیرخطی، موتور سوخت مایع، الکتروپمپ، سیمولینک
  • حسین مشجور*، کوروش حیدری شیرازی صفحات 13-28
    در پژوهش حاضر، یک ربات آتونوماس هفت درجه آزادی چرخدار با مکانیزم انطباق با قطرلوله غیرفعال، به کمک نرم افزار آدامز طراحی گردید و پس از بررسی صحت حرکت آن، با طراحی کنترلر فازی در بخش سیمولینک نرم افزار متلب، شبیه سازی دینامیکی حرکت آن در شرایط هندسی مختلف نظیر، لوله های مستقیم و عمودی، زانویی، لوله دارای ردیوسر، رسوبات و خوردگی بررسی گردید. برای هدایت درون لوله ای این ربات، کنترلر فازی طراحی شد و سیستم کنترلی آن با به کارگیری موتورهای جریان مستقیم برای هریک از چرخ های ربات اجرا گردید. توانایی کنترلر فازی ربات در تعقیب سرعت ورودی مطلوب و خصوصیات پاسخ دهی آن در حالت پایدار، بررسی شد که نتایج ارایه شده بیانگر عملکرد بهتر کنترلر فازی در تعقیب سرعت های بالا و داشتن پاسخ گذرای بهتر در این سرعت ها بوده است. با به کارگیری سیستم توزیع کننده بهینه گشتاور، سیستم کنترلی ربات، بهبود یافته و سیگنال خروجی کنترلر فازی می تواند به نحوی هدفمند به چرخ های ربات ارسال گردد. لذا به کارگیری این روش، سبب کاهش قابل توجهی در توان مصرفی ربات و بهینه سازی انرژی مصرفی آن گردید. این ربات طراحی شده به دلیل داشتن مکانیزم کم هزینه تر در مقایسه با موارد مشابه، پتانسیل بالایی برای ساخت نمونه واقعی، تجاری سازی و پاسخگویی به نیاز حال حاضر صنعت نفت و گاز کشور را دارا می باشد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی دینامیکی، ربات آتونوماس، کنترلر فازی، آدامز، مطلب
  • آرش غفوری، اشکان غفوری*، عباس کوثری نیا، علیرضا دنه دزفولی صفحات 29-35
    در این پژوهش، تاثیر زاویه انحراف محدود جریان دوفازی در یک لوله عمودی بر تشکیل ضخامت فیلم مایع با استفاده از تکنیک ثبت و پردازش تصاویر مورد بررسی قرار گرفته است. برای ایجاد الگوی جریان حلقوی، از جریان ناهمسوی آب و هوا در سه لوله شفاف با قطرهای بین 25 تا 75 میلیمتر استفاده گردید. پس از تجزیه و تحلیل نتایج الگوی جریان حلقوی برای محدوده های مختلف سرعت ظاهری و عدد رینولدز جریان گاز و مایع، به همراه اقطار مختلف لوله، ضخامت بیشینه و کمینه فیلم مایع و نسبت آنها ارزیابی و ارایه شد. همچنین، مقادیر ضخامت معادل فیلم مایع در لوله های زاویه دار به صورت بی بعد نسبت به ضخامت یکنواخت فیلم مایع در حالت عمودی کامل ارایه شد. نتایج پژوهش حاضر نشان می دهد که با تغییر زاویه انحراف از 90 به 85 درجه، نسبت ضخامت فیلم بیشینه به ضخامت فیلم کمینه افزایش می یابد و همچنین ضخامت معادل فیلم مایع با کاهش روبرو بوده که این نتایج با تحقیقات قبلی نیز تطابق قابل قبولی دارد. همچنین آنالیز عدم قطعیت نشان می دهد که عدم قطعیت در ارزیابی تجربی ضخامت فیلم مایع حداکثر 4.9 درصد می باشد که در محدوده قابل قبول قرار دارد.
    کلیدواژگان: فیلم مایع، ضخامت کمینه، ضخامت بیشینه، ضخامت معادل، جریان دوفازی
  • امیرحشمت خدمتی بازکیائی* صفحات 36-46
    بمنظور تبدیل ارتعاشات مکانیکی به انرژی الکتریکی مفید از اهداف بسیاری از پژوهش ها در علم روز بوده و بدین منظور از تجهیزات برداشت کننده با اجزای پیزوالکتریک استفاده شده است. برای بررسی عملکرد این سامانه، آگاهی از رفتار و خروجی سیستم ارتعاشی، تاثیر پارامترهای مختلف آن سامانه از اهمیت بالایی برخوردار است. در پژوهش حاضر سعی برآن است که با مدلسازی سامانه ارتعاشی بصورت مدل دو درجه آزادی، در دو پیکربندی مختلف، تاثیرات پارامترهای مختلف بر عملکرد برداشت کننده مورد بررسی قرار گیرد. برای بررسی دقیقتر و یافتن نتیجه نزدیکتر به واقعیت، با استفاده از تیوری ارتعاشات اتفاقی خطی، تحریک مورد در بحث، از نوع نویز سفید بوده است. در مدلسازی ریاضی، دو حالت دو درجه آزادی مورد بررسی قرارگرفته شده که در حالت اول، پیزوالکتریک بین پایه و جرم اول و در حالت دوم پیزوالکتریک بین پایه و جرم دوم مفروض بوده است. پس از استخراج معادلات حاکم در هر پیکربندی و اعمال ورودی به سیستم با تحریک اتفاقی، تاثیر تمامی پارامترهای شناسایی و معرفی شده در سامانه مورد مطالعه قرار گرفته، پیکربندی با کارآیی بالاتر، برحسب میانگین برداشت کننده انرژی، معرفی و نتایج به صورت ترسیمی بیان شده است.
    کلیدواژگان: برداشت کننده انرژی، پیزوالکتریک، ارتعاشات اتفاقی خطی
  • سید مصطفی میرطبایی، علی کارگزارفرد* صفحات 47-58
    در تحقیق حاضر، به مطالعه مدل سازی غیرخطی و تحلیل ارتعاشات یک ایرفول به منظور بررسی پتانسیل جاذب های برداشت انرژی پیزوالکتریک تحت تحریک های هم زمان پایه و جریان پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا یک ایرفول تحت تحریک های هم زمان پایه و جریان، به صورت یک سیستم دو درجه آزادی غیرخطی با جابجایی عمودی و پیچشی قرار گرفته و معادلات مربوط به آن استخراج شده است. سپس سفتی های غیرخطی در جهت عمودی (غوطه وری) و سفتی های خطی و غیرخطی پیچشی به طور هم زمان مورد بررسی قرار گرفته و به مدل سیستم اضافه شده است. در ادامه یک جاذب برداشت انرژی پیزوالکتریک به این سیستم دو درجه آزادی غیرخطی متصل شده است. هم چنین برای بررسی پاسخ های ارتعاشی و رزونانسی غیرخطی سیستم از روش های تیوری اغتشاشات و یا روش های عددی در تحلیل سیستم استفاده شده است. در نهایت پاسخ های سیستم استخراج و تاثیر پارامترهای مختلف فیزیکی بر روی آن مورد بررسی قرار گرفته است. میزان ولتاژ به دست آمده در این روش نسبت به حالتی که تنها از ترم های خطی استفاده می شد تغییرات حدود %10 را به ما نشان می دهد و همچنین میزان تاثیر تغییرات دامنه در این حالت افزایش چشم گیری داشته است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، برداشت انرژی، تحریکات همزمان، رزونانس داخلی، پیزوالکتریک
  • سید محمدحسن موسوی زاده، مهدی حمزه ای* صفحات 59-66

    در این مقاله، به بررسی سه بعدی جریان سیال درون یک مخزن همزن دار درون یک رآکتور صنعتی جهت بررسی توزیع سرعت پرداخته شده است. برای مدل سازی مخازن همزن دار و پره های آن ابتدا ساختار هندسه به دقت مطالعه شده سپس با استفاده از نرم افزار سالیدورکز مدل سازی هندسه انجام شده است سپس هندسه تولید شده درون نرم افزار  انسیس وارد شده است. پس از آن مش بندی انجام شده و سپس شرایط مرزی مناسب روی مخزن همزن دار و پره های آن اعمال شده است. در این پژوهش، از مدل آشفتگی SST ،k-ω  بهره گرفته شده است. در این تحقیق، برای شبکه بندی از تولید شبکه بدون سازمان استفاده شد که میانگین کیفیت شبکه، نسبت منظری و کشیدگی برای شبکه محاسباتی مخزن دارای همزن لنگری 84/0، 84/1 و 22/0 بدست آمد. میانگین کیفیت شبکه، نسبت منظری و کشیدگی برای شبکه محاسباتی مخزن بافل دار و همزن جدید 84/0، 84/1 و 23/0 بدست آمد. همچنین میدان جریان درون یک مخزن همزن دار دارای بافل به ازای سرعت های زاویه ای 60، 120 و 180 دور در دقیقه برای دو نوع همزن شبیه سازی شد. در نهایت مشخص گردید که همزن جدید در نواحی کف مخزن عملکرد بسیار بهتری نسبت به همزن لنگری دارد.

    کلیدواژگان: CFD، مدل سازی، راکتور صنعتی، هیدرودینامیک، مخزن همزن
|
  • Davoud Ramesh, Hassan Naseh, Hadiseh Karimaei *, Seyedeh Fatemeh Mirmohammadi, Seyed MohammadJavad Hashemi Homami Pages 1-12

    This research aims to model the nonlinear dynamics of the space propulsion system equipped with an electro-pump. For modeling, this system includes the combustion chamber, fuel and oxidizer tanks, and the corresponding pressurization system. A set of governing equations has been modeled in the Simulink of MATLAB software. The results of the modeling including changes in the angular velocity versus the time, changes in combustion chamber pressure versus the time, and changes in the mass flow rate of the fuel and oxidizer to the combustion chamber versus the time, are presented. In the end, the obtained results are compared with the results of the available engine and in addition to validating the results, it is possible to confirm and validate the performance of the electro-pump in a liquid fuel engine. The results showed that the angular velocity rate, the average acceleration rate of the combustion chamber, the average flow rate of the oxidizer to the combustion chamber and the average flow rate of the fuel to the combustion chamber obtained from the simulation and the available reference have a maximum error of 20%. The amount of difference in the conceptual design stage is free of problems. In addition, the trend of the graphs is similar.

    Keywords: Dynamic Modeling, liquid-propellant rocket, Electro-pump, SIMULINK
  • Hosain Mashjoor *, Koresh Heidari Shirazi Pages 13-28
    In the present research, an autonomous wheeled seven-degree-of-freedom robot with an adaptation mechanism to a passive diameter pipe was designed with the help of Adams software, and after checking the correctness of its movement, by designing a fuzzy controller in the Simulink section of the software, the dynamic simulation of its movement in various geometric conditions such as straight and vertical pipes, elbows, pipes with reducers, deposits and corrosion were investigated. A fuzzy controller was designed to guide this robot inside the tube, and its control system was implemented using direct current motors for each of the robot's wheels. The ability of the fuzzy controller of the robot to follow the desired input speed and its response characteristics in the steady state were investigated, and the presented results showed that the fuzzy controller performs better in following high speeds and has a better transient response at these speeds. Using the optimal torque distribution system, the robot control system is improved and the output signal of the fuzzy controller can be sent to the robot wheels in a targeted way. Therefore, the application of this method caused a significant reduction in the power consumption of the robot and optimization of its energy consumption. This designed robot has a high potential for making an accurate sample, commercialization and responding to the current needs of the country's oil and gas industry due to its less expensive mechanism compared to similar ones.
    Keywords: Dynamic simulation, Autonomous Robot, Fuzzy controller, ADAMS, MATLAB
  • Arash Ghafouri, Ashkan Ghafouri *, Abbas Kosarineia, Alireza Daneh-Dezfuli Pages 29-35
    In this study, the effect of limited inclination angle on two-phase flow in a vertical pipe was investigated, focusing on the formation of liquid film thickness using image recording and processing techniques. To generate annular flow patterns, non-homogeneous air-water flow was utilized in three transparent pipes with diameters ranging from 25 to 75 millimeters. After analyzing the flow pattern results for various superficial gas and liquid velocities, Reynolds numbers, and different pipe diameters, both the maximum and minimum liquid film thicknesses were calculated and presented, along with their ratios. Additionally, the dimensionless equivalent liquid film thicknesses for inclined pipes were provided concerning the uniform film thickness in the fully vertical condition. The results indicated an increase in the ratio of maximum to minimum film thickness with a change in inclination angle from 90 to 85 degrees. Furthermore, the dimensionless equivalent liquid film thickness decreased with inclination angle, consistent with prior research findings. The uncertainty analysis revealed a maximum uncertainty of 4.9 percent in the experimental assessment of the liquid film thickness, which falls within an acceptable range.
    Keywords: Liquid film, Minimum film thickness, Maximum film thickness, equivalent thickness, Two-phase flow
  • Amirheshmat Khedmati Bazkiaei * Pages 36-46
    In order to convert mechanical vibrations into useful electrical energy, is one of the goals of many researchers in today's science, and for this purpose, harvesting equipment with piezoelectric components has been used. To check the performance of this system, knowledge of the behavior and output of the vibration system, and the effect of different parameters of that system is of great importance. In the current research, it is tried to investigate the effects of different parameters on the performance of the harvester by modeling the vibration system as a two-degree-of-freedom model, in two different configurations. To check more closely and find a result closer to reality, using the theory of linear random vibrations, the stimulation in question was white noise type. In the mathematical modeling, two two-degree-of-freedom states have been investigated, in the first state, the piezoelectric between the base and the first mass, and in the second state, the piezoelectric between the base and the second mass has been assumed. After extracting the governing equations in each configuration and applying the input to the system with random excitation, the effect of all identified and introduced parameters in the system is studied, and the configuration with higher efficiency, in terms of the average energy harvester, is introduced and the results are expressed graphically.
    Keywords: energy harvester, the piezoelectric, linear random vibration
  • Seyed Mostafa Mirtabaei, Ali Kargozarfard * Pages 47-58
  • Seyed MohammadHasan Mousavizadeh, Mahdi Hamzehei * Pages 59-66

    In this project, a three-dimensional investigation of the fluid flow inside a stirred tank inside an industrial reactor has been done to investigate the velocity distribution and heat transfer. To model the stirred tanks and its blades, first the geometry structure was carefully studied, then the geometry modeling was done using SOLIDWORKS software, then the generated geometry was entered into the Ansys Space claim or Ansys Design Modeler software. After that, meshing is done with Ansys Meshing software, and then appropriate boundary conditions are applied on the stirred tank and its blades. In this project , SST , k-ω turbulence model is used. For meshing, unorganized mesh generation was used, and the average mesh quality, aspect ratio, and elongation for the computational mesh of the tank with an anchor agitator were 0.84, 1.84, and 0.22, and also the flow field inside an agitator tank with a baffle was For the angular speeds of 60 , 120 and 180 rpm , it was simulated for two types of stirrers. By increasing the angular speed of the propeller, the performance of mixers improves and better mixing takes place. Examining the velocity vectors showed that four strong wake regions were formed near the impeller, and two rings were formed on each side, one at the bottom and the other at the top of the stirrer. The first jet circulates to the bottom of the tank and then returns to the propeller area. The second fluid jet also circulates in the upward direction. In the new mixer, there are more high-speed areas in the distance between the bottom of the tank and the impeller compared to the anchor mixer. In fact, the speed is almost twice that of the anchor stirrer. Therefore, the new agitator has a much better performance than the anchor agitator in the bottom areas of the tank. So, the new mixer has a better performance for mixing solid materials that have the possibility of sedimentation. At distances farther from the bottom of the tank, the tank with the anchor stirrer has better mixing than the new stirrer , and this anchor stirrer has more high-velocity areas than the new stirrer. In the new high-speed mixer, the distance between the bottom of the tank and the propeller is greater than that of the anchor mixer. In fact, the speed is almost 2 times that of the anchor stirrer. Therefore, the new stirrer is much better than the anchor stirrer in the bottom areas of the tank. So, the new mixer has a better performance for mixing solid materials that have the possibility of sedimentation. At distances farther from the bottom of the tank, the tank with the anchor stirrer has better mixing than the new stirrer, and in these areas the anchor stirrer has a higher speed than the new stirrer. At a height of y = 0.880 m meters of fluid is divided into four symmetrical jets and the rest of the fluid flows upwards and reaches the free surface , and the speed increases with the height until reaching the height y = 1.330 m , where the length of the vortices decreases and circulates from the impeller to the impeller shaft due to the pumping effect . The speed of the fluid flow in the tank that is stirred by the new propeller is much higher than that of the anchor propeller , so the mixing time with the new propeller is less than that of the anchor propeller.

    Keywords: CFD, Modeling, industrial reactor, Hydrodynamics, Stirred tank