فهرست مطالب

یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی - سال سوم شماره 3 (پاییز 1402)

نشریه یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی
سال سوم شماره 3 (پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/28
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حجت عاشوری*، افشین افشاری صفحات 1-12
    پیستون قلب یک موتور است که تحت بارگذاری حرارتی و مکانیکی قرار داشته و با توجه به اینکه نوسانات شدید دما و فشار گاز را تحمل می کند، قطعه ای بسیار بحرانی محسوب می شود. هدف این پژوهش ارزیابی اثر گالری روغن بر تنش های ترمومکانیکی پیستون موتور XU7JP/L3 است. برای این منظور ابتدا از نرم افزار سالیدورکس جهت مدلسازی پیستون موتور استفاده گردید. گالری روغن در قسمت سر پیستون نیز طراحی گردید. سپس از نرم افزار انسیس جهت تحلیل تنش های ترمومکانیکی پیستون استفاده شد. درنهایت اثر گالری روغن بر توزیع تنش های ترمومکانیکی پیستون مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفت. شرایط مرزی در تحلیل حرارتی و مکانیکی از شبیه سازی یک بعدی در نرم افزارهای جی تی پاور و متلب استخراج گردید. نتایج تحلیل حرارتی نشان داد که گالری روغن باعث کاهش دمای پیستون موتور درحدود 12 درجه سانتیگراد می شود. نتایج تحلیل مکانیکی نشان داد که تنش وان مایسس در پیستون اصلاح شده درحدود 13 مگاپاسکال کاهش می یابد. برای بررسی صحت نتایج تحلیل ترمومکانیکی، نتایج شبیه سازی شده با نمونه واقعی پیستون آسیب دیده مقایسه گردید و نشان داده شد که نواحی بحرانی، مطابقت مناسبی با نواحی گسیختگی در نمونه واقعی دارد.
    کلیدواژگان: پیستون، گالری روغن، تحلیل اجزای محدود و تنش های ترمومکانیکی
  • مجید پولادیان، فاطمه مختاری*، امیر شاملو صفحات 13-23
    تحویل سلول های بنیادی مغناطیسی روشی امیدوارکننده برای تصویربرداری و بازتولید سلول های آسیب دیده است. برای افزایش دقت در رساندن سلول های بنیادی به بافت هدف، به یک سیستم مغناطیسی دقیق و مقرون به صرفه نیاز است. در این تحقیق روشی برای چیدمان آهن رباها برای بهبود کارایی انتقال سلول های بنیادی طراحی شده است. اثرات این آهن رباها بر روی حرکت سلول های بنیادی مورد بررسی قرار گرفته است. از تعداد مختلف آهن ربا با چیدمان متنوع برای انتقال سلول های بنیادی استفاده شده و با یکدیگر مقایسه شدند. در این تحقیق بر روی سه دسته از سلول های بنیادی تولید کننده عصب شامل سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان، سلول های بنیادی عصب و سلول های بنیادی پرتوان القایی تمرکز شده است. نتایج نشان می دهد که آرایش آهن رباهای چهارتایی که آهن رباهای کناری قطب های مخالف دارند عملکرد دقیق تری در رساندن هر سه دسته سلول های بنیادی به محل آسیب دارد. سیستم مغناطیسی طراحی شده می تواند دقت تحویل سلول های بنیادی مختلف در نخاع را نسبت به روش های قبلی بهبود بخشد. همچنین نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی بر روی دسته سلول های بنیادی عصب کارایی بالاتری نسبت به دسته های دیگر دارد. این روش می تواند جایگزینی خوب برای روش های تهاجمی از جمله جراحی باشد.
    کلیدواژگان: آهنربا، تحویل، نانوذرات مغناطیسی، نخاع، سلولهای بنیادی
  • عباس کوثری نیا*، اثیر عبداللطیف زکی صفحات 24-34
    یکی از بزرگترین مصرف کنندگان آب، نیروگاه های انرژی فسیلی هستند و عمده این مصرف آب در سیستم های خنک کننده است. برج های خنک کننده قابلیت خنک کاری بالایی دارند اما مصرف آب زیاد آنها به دلیل استفاده از سرمایش تبخیری باعث خروج بخار از دهانه برج و دفع آن به هوا آزاد می شود. برج های تر نسبت به برج های خشک دمای پایین تر و در نتیجه بازده بالاتری را تامین می کنند اما در مقابل مصرف آب بالایی دارند. در این تحقیق، نیروگاه در نظر گرفته شده (نیروگاه مرجع) دارای یک واحد 100 مگاواتی در حالت بار کامل می باشد. . به منظور بررسی اثر پارامترهای محیطی موثر بر مصرف آب جبرانی مورد نیاز برج های خنک کننده هیبریدی (تر- خشک) و همچنین ارزیابی عملکرد برج خنک کننده هیبریدی در شرایط محیطی مختلف، با استفاده از نرم افزار سایکل- تمپو سیکل نیروگاه مدل سازی و شبیه سازی انجام گردید. مقایسه حجم آب جبرانی در سیکل خنک کاری مشابه که تنها برج خنک کننده هیبریدی جایگزین برج خنک کننده تر شده بود، نشان داد که می توان تا 20% حجم آب مصرفی را در فرآیند خنک کاری با بهره گیری از برج خنک کننده هیبریدی کاهش داد. همچنین استفاده از خنک کاری برج هیبریدی باعث می شود که تا دمای 30 درجه سانتی گراد افزایش دمای محیط تاثیری بر میزان برق تولیدی نیروگاه نداشته باشد و همچنین با بالا رفتن رطوبت هوا، میزان برق تولید شده در نیروگاه تغییر نکند.
    کلیدواژگان: برج خنک کننده هیبریدی، کندانسور، برنامه سایکل-تمپو، شرایط محیطی
  • نوید بزرگان*، نریمان بزرگان صفحات 35-43

    خنک کاری به عنوان یکی از مهمترین چالش های موجود در صرفه جویی انرژی و افزایش بهره وری بسیاری از صنایع مطرح می-باشد. اولین مانع جدی در فشرده سازی و کارآمد کردن دستگاه های انتقال حرارت، خواص ضعیف سیالات انتقال حرارت است. راندمان انرژی تجهیزات انتقال حرارت به تغییرات فلاکس حرارتی ایجاد شده در آن ها بستگی دارد. استفاده از سیالات متداولی همچون آب و اتیلن گلیکول به عنوان سیالات خنک کننده در سیستم خنک کاری دستگاه های مختلف انتقال حرارت جوابگوی دفع شار حرارتی بسیار بالا (ده ها مگا وات بر متر مربع) نیست. امروزه نانو سیالات به عنوان سیالات جدید انتقال حرارت و با اضافه کردن نانو ذرات به سیالاتی که انتقال حرارت پایینی دارند و با ایجاد تغییرات در چگالی، گرمای ویژه و ویسکوزیته این سیالات، به منظور افزایش هدایت حرارتی و بهبود عملکرد انتقال حرارت ساخته می شوند. در این پژوهش نتایج تحقیقات آزمایشگاهی در مورد انتقال حرارت در نانوسیالات تحت جریان های آرام، مغشوش و همچنین جوشش استخری بحث و بررسی می شود.

    کلیدواژگان: نانو سیال، ضریب هدایت حرارتی، جریان آرام، جریان مغشوش، جوشش استخری
  • مرتضی پورعبدی، محمد شیشه ساز*، شهرام شهروئی، سید علیرضا سیدرکنی زاده صفحات 44-55

    در این مقاله، رفتار ارتعاشی غیرخطی یک نانو ورق با هندسه دایره با فرض شرایط مرزی گیردار مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، ترکیبی از شکل دیفرانسیلی نظریه الاستیسیته غیرمحلی، مدل گرادیان کرنش و اصل همیلتون، به همراه روابط کرنش-جابجایی غیرخطی فون کارمان و روش باقیمانده وزنی گالرکین برای گسسته سازی معادلات حاکم استفاده شده است. در ادامه تاثیر اثرات اندازه (اثر غیرمحلی و اثر مادی مدل گرادیان کرنش) و شرایط اولیه بر رفتار ارتعاشی سازه مدنظر بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که این پارامترهای غیرمحلی و مادی به ترتیب منجر به کاهش و افزایش رفتار فرکانس های غیرخطی شده اند. در نهایت، افزایش مقدار اولیه جابجابی یک روند افزایشی برای نسبت فرکانسی به ازای هر پارامتر غیرمحلی و پارامتر مادی ایجاد می کند. همچنین، برای تمام پارامترهای غیرمحلی و پارامتر ماده، تفاوت بین نسبت فرکانس با افزایش شرایط اولیه کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، نانو ورق دایره ای، اثرات اندازه، مدل دیفرانسیلی گرادیان کرنش غیرمحلی
  • سید علی موسوی نوایی، علی فلاوند جوزایی*، اشکان غفوری، محسن مهدوی عادلی صفحات 56-64

    کاهش مصرف انرژی امروزه از اهمیت بالایی برخوردار است، با توجه اینکه ساختمان های مسکونی سهم قابل توجهی در مصرف انرژی دارند، بنابراین راهکارهای کاهش مصرف انرژی در این بخش می تواند تاثیر زیادی بر کاهش مصرف انرژی کشورها داشته باشد. در این پژوهش تجزیه و تحلیل انرژی یک ساختمان با استفاده از اثرات استفاده از شکاف هوایی در دیوارها بر میزان کاهش مصرف انرژی انجام شده است. جهت بررسی نتایج ابتدا با استفاده از نقشه های اتوکد مراحل طراحی ساختمان در نرم افزار DesignBuilder شبیه سازی شد و برای محاسبات انرژی نیز از موتور EnergyPlus استفاده شده است. برای بررسی تاثیر استفاده از شکاف هوایی در دیوارها بر کاهش مصرف انرژی، سه ضخامت مختلف شکاف هوایی (1cm و 2.5cm و 5cm) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج شبیه سازی انرژی برای این سه دیوار مختلف با دیوار پایه نشان می دهد که، استفاده از شکاف هوایی سبب کاهش مصرف انرژی کل و بارهای گرمایشی و سرمایشی در ماهای مختلف سال در ساختمان شده است بطوریکه بار سرمایشی ماهیانه ساختمان در گرمترین ماه سال به ترتیب 3/10، 8/12 و 14 درصد، و در سردترین ماه سال بار گرمایشی ساختمان به ترتیب 8/32، 3/42 و 2/48 درصد کاهش داشته است، همچنین مصرف انرژی گرمایشی سالیانه ساختمان به ترتیب 7/25، 9/30 و 6/33 درصد کاهش و انرژی سرمایشی سالیانه به ترتیب 3/8، 10 و 9/10 درصد کاهش دارد که با توجه به مصرف بالای انرژی سرمایشی سالیانه ساختمان درصد قابل توجهی می باشد. 

    کلیدواژگان: بار گرمایشی، بار سرمایشی، شکاف هوا، مصرف انرژی
|
  • Hojjat Ashouri *, Afshin Afshari Pages 1-12
    The piston is the heart of an engine, which is subjected to thermal and mechanical loading, and due to the fact that it withstands extreme fluctuations in temperature and gas pressure, it is considered a very critical part. The aim of this study is to evaluate the effect of oil gallery on the thermo-mechanical stresses for XU7JP/L3 engine piston. For this purpose, first Solidworks software was used to model the XU7JP/L3 engine piston. An oil gallery was also created on the piston head. Then ANSYS software was used to analysis the thermo-mechanical stress of the piston. Finally, the effect of the oil gallery on the thermomechanical stress distribution of the piston was studied. Boundary conditions in thermal and mechanical analysis were extracted from one-dimensional simulation in GT-POWER and MATLAB software. The results of the thermal analysis showed that the oil gallery reduces the temperature of the engine piston by about 12°C. The results of the mechanical analysis showed that the Von-Mises stress in the modified piston is reduced by about 13 MPa. To evaluate properly of thermo-mechanical results, the simulated results is compared with real sample of damaged piston and it has been shown that critical identified areas, match well with areas of failure in the real sample.
    Keywords: Piston, oil gallery, Finite Element Analysis, Thermo-mechanical stresses
  • Majid Poladian, Fatemeh Mokhtari *, Amir Shamloo Pages 13-23
    Magnetic stem cell delivery is a promising method for imaging and regenerating damaged cells. To increase the accuracy of delivering stem cells to the target tissue, a precise and cost-effective magnetic system is needed. In this research, a method for arranging magnets to improve the efficiency of stem cell transfer has been designed. The effects of these magnets on the movement of stem cells have been investigated. Different magnets with different arrangements were used for stem cell transfer and compared with each other. This research focuses on three categories of nerve-producing stem cells: bone marrow mesenchymal stem cells, nerve stem cells, and induced pluripotent stem cells. The results show that the arrangement of four magnets, with the side magnets of opposite poles, is more accurate in bringing all three types of stem cells to the injury site. The designed magnetic system can improve the accuracy of delivery of various stem cells in the spinal cord compared to previous methods. Also, the results show that the proposed method is more efficient in the neural stem cell category than in other categories. This method can be a good alternative to invasive methods including surgery.
    Keywords: Magnet, Stem cell, delivery, Spinal Cord, Magnetic nanoparticles
  • Abbas Kosarineia *, Atheer Abdel-Latif-Al-Doukhi-Zaki Pages 24-34
    One of the biggest consumers of water is fossil energy plants, and most of this water consumption is in cooling systems. The considered power plant (reference power plant) in this research has a 100 MW unit in full load mode. Cooling towers have a high cooling capacity, but their high-water consumption due to the use of evaporative cooling causes steam to escape from the opening of the tower and be expelled it into the atmosphere. Wet towers provide lower temperatures than dry towers and as a result higher efficiency, but they have high water consumption. In this research, the environmental parameters affecting the compensatory water consumption required by the hybrid cooling towers (wet-dry) are investigated. Using cycle tempo software, simulation has been done to evaluate the performance of hybrid cooling towers in environmental conditions. The comparison of the volume of compensating water in the same cooling cycle, where only the hybrid cooling tower was replaced by the cooling tower, showed that it is possible to reduce the water consumption in the cooling process by 20% by using the hybrid cooling tower. Also, the use of hybrid tower cooling means that the increase in ambient temperature up to 30 degrees does not affect the amount of electricity produced by the power plant, and the amount of electricity produced in the power plant does not change with the increase in air humidity.
    Keywords: Hybrid cooling tower, condenser, cycle-tempo software, Environmental condition
  • Navid Bozorgan *, Nariman Bozorgan Pages 35-43

    Cooling is one of the most important challenges in saving energy and increasing the productivity of many industries. The first serious obstacle in compressing and making heat transfer devices more efficient is the weak properties of heat transfer fluids. The energy efficiency of heat transfer equipment depends on the heat flux changes created in them. The use of common fluids such as water and ethylene glycol as cooling fluids in the cooling system of various heat transfer devices is not the answer to the removal of very high heat flux (tens of megawatts per square meter). Today, nanofluids are made as new heat transfer fluids by adding nanoparticles to fluids that have low heat transfer and by creating changes in the density, specific heat and viscosity of these fluids in order to increase thermal conductivity and improve heat transfer performance. In this research, the results of laboratory research on heat transfer in nanofluids under laminar, turbulent flows and pool boiling are discussed and investigated.

    Keywords: Nanofluid, Thermal conductivity coefficient, Laminar flow, Turbulent flow, Pool Boiling
  • Morteza Pourabdi, Mohammad Shishesaz *, Shahram Shahrooi, Seyed Alireza Seyed Roknizadeh Pages 44-55

    The non-linear vibration analysis of a clamped circular nano-plate is performed using the nonlocal strain gradient model. For this purpose, a combination of the differential form of the nonlocal elasticity theory and strain gradient model, along with Hamilton’s principle, are used in conjunction with the von Kármán nonlinear strain-displacement relationships and Galerkin weighted residual method to discretize the governing equations. The analysis has focused on the effect of nonlocal and material parameter, initial conditions, and frequency number, on the overall behavior of the nano-plate. Using Galerkin method, the system of non-linear differential equations is obtained and the natural non-linear frequencies, as well as the mode shapes, are determined. Results indicate that increasing the parameters of nonlocal and material has a decreasing and increasing effect (respectively) in the frequency ratio in all modes. This indicates that these parameters have a softening and hardening behavior on the plate vibrational behavior respectively. Also, increasing the initial value of deflection produces a rising trend in the frequency ratio for all modes, nonlocal parameter λ and material parameter Ls.

    Keywords: Size effect, Nonlinear vibration, circular nano-plate, nonlocal strain gradient theory
  • Seyed Ali Mousavi Navaee Ali Falavand Jozaei Ashkan Ghafouri Mohsen Mahdavi Adeli Pages 56-64

    Reducing energy consumption is of great importance today, considering that residential buildings have a significant contribution to energy consumption, so strategies to reduce energy consumption in this sector can have a great impact on reducing energy consumption in countries. In this paper, the energy analysis of a building has been done using the effects of using air gaps in the walls on the amount of energy consumption reduction. In order to check the results, the building design stages were first simulated using AutoCAD maps in DesignBuilder software, and EnergyPlus engine was used for energy calculations. To investigate the effect of using air gap in walls on reducing energy consumption, three different thicknesses of air gap (1cm, 2.5cm and 5cm) were analyzed. The results of energy simulation for these three different walls with the base wall show that the use of air gaps has reduced the total energy consumption and heating and cooling loads in different months of the year in the building, so that the monthly cooling load of the building in the hottest month of the year is 10.3, 12.8 and 14%, and in the coldest month of the year, Also, the annual heating load consumption of the building decreases by 25.7, 30.9, and 33.6 percent, respectively, and the annual cooling load decreases by 8.3, 10, and 10.9 percent, respectively, which is a significant percentage considering the high annual cooling energy consumption of the building.

    Keywords: Heating load, Cooling load, air gap, energy consumption