فهرست مطالب

نشریه علم و فناوری در مهندسی مکانیک
سال سوم شماره 1 (پیاپی 4، بهار و تابستان 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/06/31
- تعداد عناوین: 12
-
-
صفحات 7-21یک سیستم جدید ذخیره سازی انرژی هوای فشرده که با سرمایش، گرمایش و برق ترکیبی یکپارچه شده است در این مطالعه پیشنهاد و بررسی می شود. سیستم مورد بررسی از گوگرد دی اکسید به عنوان سیال کاری زیر سیستم تبرید اجکتوری جهت تولید خنک کننده استفاده می کند که تاکنون در مطالعات قبلی به کار گرفته نشده است و حرارت اتلافی بازیابی شده و در ذخیره ساز هوای فشرده ذخیره می شود که جنبه نوآورانه مطالعه حاضر را نشان می دهد. تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی کامل و جامعی روی سیستم پیشنهادی انجام می شود. سیستم پیشنهادی از دیدگاه های مختلف مورد بررسی قرار می گیرد و عملکرد سیستم از طریق پارامترهای خروجی کمی سازی می شود. با استفاده از توابع هزینه به روز سیستم مورد مطالعه از جنبه اقتصادی بررسی می شود تا مقرون به صرفه بودن سیستم پیشنهادی به خوبی نمایان شود. علاوه بر این، یک تحلیل پارامتریک برای ارزیابی رفتار سیستم با تغییر پارامتر های کلیدی در شرایط کاری گوناگون انجام می شود. نتایج تحلیل ترمودینامیکی نشان دهنده عملکرد ترمودینامیکی مطلوب سیستم پیشنهادی است به صورتی که بازده انرژی 21 درصد و بازده اگزرژی 55 درصد برای سیستم مورد مطالعه حاصل می شود. به علاوه، با تحلیل اقتصادی صورت گرفته هزینه کل سیستم 232 دلار بر گیگا ژول به دست می آید.کلیدواژگان: ذخیره سازی هوای فشرده، تبریداجکتوری، اگزرژی، گوگرد دی اکسید، تحلیل اقتصادی
-
صفحات 23-42
فوم های فلزی به دلیل ظرفیت بالا در جذب انرژی و در عین حال چگالی پایین، کاربردهای زیادی در ساخت سازه های مختلف مانند انواع سپرهای محافظ و سازه های محافظ جهت جلوگیری از بار ناشی از انفجار و جذب بارها به ویژه بار های ضربه ای دارند. هدف از این پژوهش، بررسی نحوه پاسخ پروفیل در حالت تک جداره و دو جداره تحت بار ضربه ی جانبی و محوری با هدف ارزیابی مقدار تاثیر استفاده از فوم آلومینیومی بر استهلاک انرژی وارده ناشی از ضربه است. ابتدا پروفیل های مربعی تک جداره و دو جداره در محیط نرم افزار تحلیلی آباکوس شبیه سازی و تاثیر پارامترهایی مانند چگالی فوم آلومینیوم، استفاده از یک جداره یا دوجداره، تاثیر برهم کنش بین فوم و دیواره بر رفتار عمومی سازه مورد بررسی قرار گرفت. پس از ساخت نمونه ها، آزمون های اعمال ضربه جانبی و محوری با استفاده از سقوط وزنه انجام گرفت و جهت صحت سنجی با نتایج شبیه سازی ضربه جانبی و محوری مقایسه شدند. نتایج نشان داد که فوم آلومینیومی عملکرد مناسبی بر مقدار لهیدگی و جذب انرژی سازه تحت بار ضربه محوری دارد اما در حالت ضربه جانبی، به دلیل خاصیت شکنندگی(تردی) زیاد، استفاده از فوم تهیه شده در سازه تحت ضربه مناسب نبود. پر شدن پروفیل آلومینیومی به صورت کامل با فوم آلومینیومی سبب کاهش 18 درصدی مقدار تغییر طول پروفیل تحت ضربه محوری شد. در نمونه های محوری پروفیل خالی تحت ضربه مقدار 16 میلی متر تغییر طول داشت که ماکزیمم نیروی لهیدگی آن 30 کیلو نیوتون اندازه گیری شد. اما برای مقاوم ترین پروفیل که پروفیل دوجداره با جدار داخلی 20*20 میلی متر است.
کلیدواژگان: فوم فلزی، پروفیل مربعی پرشده، ضربه جانبی، ضربه محوری، استهلاک و جذب انرژی -
صفحات 43-72
لوله جاذب بخش اصلی جمع کننده های خورشیدی است که ظاهر و ویژگی عملکردی آن می تواند نقش کلیدی در جذب مقادیر تابش خورشید داشته باشد. محققان پیشنهادات مختلفی را برای بهبود عملکرد کلکتور خورشیدی ارائه کرده اند، مانند قرار دادن توربولاتور در لوله جاذب و استفاده از نانوسیال (به ویژه نانوسیالات هیبریدی) به جای سیال کار ساده. در مطالعه حاضر، اشکال مختلف توربولاتورهای پیشنهادشده توسط محققین بررسی شده است. توربولاتورها را می توان بر اساس شکل آنها طبقه بندی کرد. در دسته اول، با ایجاد دنده یا موج روی دیواره داخلی لوله جاذب تلاطم در جریان سیال ایجاد می شود. اما در دسته دوم می توان موانع خارجی را در لوله جاذب قرار داد تا عملکرد آن را بهبود بخشد. بیشتر متون در مورد دسته دوم توربولاتور بحث کردند. با مقایسه عملکرد مشخصه های انتقال حرارت و مکانیک سیالات بین لوله های جاذب صاف با لوله های بهبود یافته، می توان نتیجه گرفت که افزودن توربولاتور خواص حرارتی انواع جمع کننده ها را تا 82 درصد افزایش می دهد. توربولاتورها به دلیل عملکرد خود به عنوان مانعی در جریان سیال می توانند افت فشار و ضریب اصطکاک را افزایش دهند. همچنین استفاده از نانوسیالات (به ویژه نانوسیالات هیبریدی) در کنار توربولاتورها می تواند عملکرد جمع کننده ها را بهبود بخشد. با این حال، چندین ویژگی مانند غلظت نانو ذرات، انواع مختلف نانو سیال و جمع کننده های هیبریدی، اشکال مختلف توربولاتور و غیره، همگی پارامترهای موثر بر عملکرد کلکتور هستند.
کلیدواژگان: جمع کننده خورشیدی، بهبود عملکرد لوله جاذب، توربولاتور، نانو سیال هیبریدی، بهینه سازی انرژی -
صفحات 73-92این مطالعه به بررسی رفتار جریان آشفته در یک کانال افقی حاوی استوانه های بیضوی با ضریب منظر 0.45 و 0.5 و عدد رینولدز 5000 پرداخته است. با استفاده از روش اجزا محدود برای حل معادلات حرارت و سیالات، تاثیر پارامترهایی مانند میزان انتقال حرارت، عدد ناسلت، توزیع دما و توزیع سرعت بر جریان سیال مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که حضور سیلندرها باعث افزایش گردابه ها و تغییر الگوهای جریان از متقارن به نامتقارن می شود. همچنین، با افزایش عدد رینولدز، جریان به طور فزاینده ای آشفته شده و مکانیک چرخشی سیلندرها به توزیع متفاوت دما و سرعت کمک می کند. در بررسی جریان حول استوانه های بیضوی، مشاهده شد که نقطه ماکزیمم دمایی در حالت خواص ثابت بین استوانه سوم و چهارم و در حالت خواص متغییر پشت استوانه پنجم رخ می دهد. همچنین، سرعت سیال تاثیر بیشتری بر میزان انتقال حرارت نسبت به سطح تبادل حرارتی دارد. کاهش ضریب منظر منجر به کاهش میزان انتقال حرارت در جریان مغشوش می شود و کانتورهای دما در این جریان یکنواخت تر هستند که به علت اختلاط و ارتعاشات عرضی جریان آشفته است. این یافته ها می توانند به بهبود طراحی سیستم های انتقال حرارت و کنترل جریان در کاربردهای مهندسی کمک کنند.کلیدواژگان: سیلندرهای دایروی، سیلندرهای بیضوی، جریان حرارت سیال، جریان پایا و گذرا، گردابه
-
صفحات 93-115جداسازی و فیلتراسیون مکانیکی فازهای جامد و مایع به کمک دستگاه سانتریفیوژ پوشر، عملیاتی متداول در صنایع مختلف به شمار می رود. آنچه که در مطالعه حاضر مد نظر است، تحلیل ساختار و عملکرد دینامیک دستگاه سانتریفیوژ پوشر دو مرحله ای است. در این راستا تحلیل این فرآیند در قالب سه فاز تحلیل مودال، تحلیل رفتار ذرات، و تحلیل دینامیک حالت گذرا انجام شده است. نتایج تحلیل مودال نشان داده است که حاشیه ایمنی به دست آمده در زمینه وقوع تشدید برای مجموعه و زیر مجموعه سبد داخلی ناشی از نیروهای اینرسی خطی و دورانی 40% بوده است. همچنین بر اساس نتایج تحلیل دینامیک گذرا مدت زمان پایداری رفتار ذرات در حدود 5.5 s یا 68% مدت زمان تغذیه ذرات، جابجایی حداکثر در نقطه بحرانی زیرمجموعه سبد داخلی حداکثر 1.3 mm، و تنش بحرانی وارد شده بر آن در حدود 70 MPa است؛ که به معنای استحکام مکانیکی قابل قبول مجموعه در مقابل تنش ها و کرنش های ناشی از عملکرد دستگاه است. آنچه که با توجه به نتایج تحلیل انجام شده می توان استنباط نمود، توصیه بر حفظ حرکت دورانی حداکثر (36.68 rad/s) و عدم تغییر قابل توجه نرخ تغذیه ذرات نسبت به مقدار مشخص شده (0.56 kg/s) می باشد.کلیدواژگان: سانتریفیوژ پوشر، تحلیل دینامیک، تحلیل مودال
-
صفحات 117-132
هدف از این تحقیق، تولید کامپوزیت زمینه آلیاژهای مس تقویت شده با ذرات الماس میکرونی و بررسی خواص مکانیکی این کامپوزیت است. از مهم ترین مسائل ساخت این نوع کامپوزیت ، بهینه سازی استحکام ذرات الماس در زمینه فلزی و خواص سایشی مد نظر این نوع کامپوزیت است. پودرهای کامپوزیتی با استفاده از آسیابکاری پرانرژی (سایشی) و به روش سینتر پرس داغ تولید شدند. به منظور بررسی استحکام خمشی، سختی و خواص سایشی، نمونه ها با اضافه کردن فلزات مختلف به زمینه، شرایط مختلف آسیابکاری و پارامترهای مختلف فشار داغ، ساخته شدند. هدف از این تحقیق، تولید کامپوزیت زمینه آلیاژهای مس تقویت شده با ذرات الماس میکرونی و بررسی خواص مکانیکی این کامپوزیت است. از مهم ترین مسائل ساخت این نوع کامپوزیت ، بهینه سازی استحکام ذرات الماس در زمینه فلزی و خواص سایشی مد نظر این نوع کامپوزیت است. پودرهای کامپوزیتی با استفاده از آسیابکاری پرانرژی (سایشی) و به روش سینتر پرس داغ تولید شدند. به منظور بررسی استحکام خمشی، سختی و خواص سایشی، نمونه ها با اضافه کردن فلزات مختلف به زمینه، شرایط مختلف آسیابکاری و پارامترهای مختلف فشار داغ، ساخته شدند.
کلیدواژگان: کامپوزیت های زمینه آلیاژهای مس، ذرات الماس، خواص مکانیکی -
صفحات 133-146استفاده از فناوری احتراق کم دما در موتور منجر به بهبود مشخصات عملکردی و آلایندگی می شود. لیکن، مهمترین موانع استفاده از این نوع احتراق در تولید انبوه موتورها عبارتند از بازه کارکردی محدود و چالش کنترل ناپذیری احتراق. برای استفاده از مزایای این نوع احتراق، در آن نقاط کاری که احتراق کم دما قادر به ارایه آن نیست، می توان از احتراق دیزلی استفاده نمود. مطالعه تجربی در این پژوهش بر روی یک موتور دیزلی، آشکار می سازد که تغییر زمان شروع پاشش سوخت به درون محفظه احتراق موتور از 176 تا 2 درجه زاویه لنگ پیش از نقطه مرگ بالا، منجر به تغییر نوع احتراق می شود. تزریق سوخت در نزدیکی نقطه مرگ بالا از 11 تا 2 درجه زاویه لنگ پیش از نقطه مرگ بالا، که نتیجه آن وابستگی زمانی پدیده های تزریق و احتراق است، منجر به احتراق دیزلی می گردد. در این ناحیه، مقدار حساسیت احتراق که شاخصی است از میزان اثرگذاری زمان بندی پاشش سوخت بر زمان بندی احتراق بین 2/1 تا 3/1 است. با پیش اندازی پاشش سوخت به زمانهای زودتر در مرحله تراکم از 86 تا 176 درجه زاویه لنگ پیش از نقطه مرگ بالا و فراهم آوردن فرصت کافی برای اختلاط همگن سوخت و هوا، احتراق اشتعال تراکمی مخلوط همگن، که مقدار حساسیت احتراق در آن حدودا صفر است، بدست می آید. تزریق سوخت در بین این دو محدوده، که مخلوط نه کاملا همگن و نه کاملا لایه لایه است، منجر به احتراق تقریبا پیش آمیخته می شود. در این ناحیه، مقدار حساسیت احتراق بین 1/0 تا 2/0 است.کلیدواژگان: موتور درونسوز، احتراق دیزلی، احتراق کم دما، احتراق اشتعال تراکمی مخلوط همگن، احتراق تقریبا پیش آمیخته، پاشش سوخت
-
صفحات 147-161این مقاله به بررسی طراحی و ساخت دستگاه مکانیکی کنترل زاویه دو محوره مبتنی بر سخت افزار در حلقه به منظور ساخت بستر آزمون دو محوره پرداخته است. هدف از این دستگاه رسیدن به بستر آزمون کنترل دو محوره زاویه با خطای کوچک به منظور ارزیابی و تست حسگرهای وضعیت یا به عنوان میز دو درجه آزادی کوچک برای کنترل وضعیت اجزای ماهواره بوده است. دستگاه از دو بخش اصلی سازه مکانیکی و بخش الکترونیکی تشکیل شده و الگوریتم کنترلی در بستر سخت افزار در حلقه نوشته شده و قابلیت تعریف انواع کنترل-کننده ها بر روی آن وجود دارد. سازه از میله قابل دوران، کوپلینگ، یاتاقان ها، بدنه، پایه و بخش الکترونیکی از یک برد پردازشگر، حسگر انکودر، باتری، ماژول مخابراتی و یک موتور کورلس با دیسک دوار به عنوان چرخ عکس العملی، تشکیل شده است. این دستگاه بصورت دو درجه آزادی توانایی مانورهای وضعیت پیچ (pitch) و یاو (yaw)را داشته و خطای وضعیت آن متناسب با الگوریتم کنترلی است. قابلیت اطمینان دقت این دستگاه به ازای صد مرتبه تکرار آزمون برای مانورهای مذکور به ترتیب مقدار 11/0 و 2/0 درجه، با کنترل کننده PID، صحه گذاری شده است. تحلیل عملکرد دستگاه به ازای بررسی زوایای ورودی مختلف، ضرایب متنوع کنترل کننده، شرایط اولیه متفاوت، مانورهای تک محوره و دومحوره به تفصیل بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشانگر عملکرد مناسب دستگاه ساخته شده با خطای میانگین کمتر از 23/0 درجه می باشد.کلیدواژگان: کنترل زاویه، مکانیسم دو محوره، تناسبی- انتگرالی- مشتقی، ساخت دستگاه مکانیکی، بستر آزمون، سخت افزار در حلقه
-
صفحات 163-183ترکیب آلومینیم و آلیاژهای آن با فرایند متالورژی پودر، صنایع مختلف را قادر ساخته است که ضمن استفاده از خواص منحصر به فرد این فلز سبک، از مزایای تولید به روش متالورژی پودر نیز بهره ببرند. در این تحقیق از تقویت کننده B4C جهت استحکام بخشی به آلیاژ آلومینیم 5083 استفاده، و نانوکامپوزیت Al-B4C به روش آلیاژسازی مکانیکی تولید و سپس عملیات اکستروژن و پرس-سینتر بر روی پودرها انجام گرفت. تولید پودرهای Al5083 و Al5083-B4C طی عملیات آلیاژسازی به مدت 24 ساعت و با نسبت گلوله به پودر 20:1 و تحت اتمسفر آرگون صورت گرفت. ابتدا پودرهای تولیدی توسط پرس سرد فشرده شده و سپس نمونه های پرس-سینتر در دمای 600 درجه تحت اتمسفر نیتروژن و نمونه های اکستروژن تحت دمای 505 درجه با نسبت اکستروژن 9:1 اکسترود شده اند. در ادامه رفتار تغییر شکل Al5083 در محدوده ی دمایی 350-550 و نرخ کرنش 01/-0/1 مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین یک معادله ی ساختاری در هر یک از حالات تولیدی برای تنش سیلان به صورت سینوس هایپربولیک بدست آمده است. ریز ساختار نمونه های تولیدی به هر دو روش اکستروژن و پرس-زینتر قبل از آزمون فشار گرم نیز توسط میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به طیف سنج EDS مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمون های ترمومکانیکی و مطالعات ریزساختاری نشان می دهد، نمونه های تولیدی به روش اکستروژن خواص مکانیکی مطلوب تری نسبت به نمونه های پرس-سینتر را دارند.کلیدواژگان: آلومینیم، آلیاژسازی مکانیکی، آزمون فشار گرم، اکستروژن
-
صفحات 185-206تهویه طبیعی از مهمترین استراتژی های غیرفعال کاهش مصرف انرژی ساختمان، ایجاد آسایش حرارتی و بهبود کیفیت هوای داخل ساختمان است و از راه حل های کلیدی برای دستیابی به پایداری در صنعت ساختمان می باشد. از طرف دیگر، پتانسیل تهویه طبیعی به شدت وابسته به شرایط آب و هوایی است و به طور قابل توجهی از منطقه ای به منطقه دیگر متفاوت است. در این مقاله امکان سنجی سرمایش غیرفعال و تهویه طبیعی برای شهرهای مختلف ایران انجام شده است. شهرهای ایران با روش اقلیم شناسی کوپن - گایگر به 9 اقلیم تقسیم می شوند. تاثیر شرایط اقلیمی برای تهویه طبیعی ساختمان ها با استفاده از روش کوپن - گایگر و چند شهر منتخب در این اقلیم ها توسط نرم افزار کلایمنت کانسالتنت با روش استاندارد ASHRAE 55 انجام شد. با وارد کردن فایل پارامترهای آب و هوایی شهرهای منتخب در نرم افزار کلایمنت کانسالتنت نتایج خروجی شامل شرایط آسایش، تهویه طبیعی و دیگر نتایج برای 9 اقلیم ایران بدست آمد. نتایج نشان داد که اقلیم شهر آبادان با 673 ساعت بیشترین تهویه طبیعی و اقلیم شهرهای رشت و انزلی با مقدار زیر 10 ساعت کمترین مقدار آسایش را با استفاده از تهویه طبیعی تامین می کنند. همچنین شهرهای یزد و سبزوار به ترتیب با 25.8 درصد و 22.5 درصد در سال بیشترین پتانسیل و شهرهای انزلی و مشگین شهر به ترتیب با 0.1 و 0.8 درصد کمترین پتانسیل استفاده از سیستم سرمایش تبخیری (کولر آبی) را دارند.کلیدواژگان: شرایط آب و هوایی ایران، نرم افزار کلایمنت کانسالتنت، روش اقلیم شناسی کوپن - گایگر، شرایط آسایش، سرمایش تبخیری
-
صفحات 207-225در این مطالعه یک سیستم تولید چندگانه جدید مبتنی بر انرژی زمین گرمایی مورد بررسی قرار گرفته است. این سیستم شامل یک چرخه رانکین آلی اصلاح شده، یک چیلر جذبی تک اثره و یک چرخه مایع سازی هیدروژن است که توان، حرارت، سرما و هیدروژن مایع را تولید می کند. در سیستم پیشنهادی با به کارگیری انرژی زمین گرمایی به عنوان منبع تامین انرژی اولیه مورد نیاز برای تولید هیدروژن مایع باعث می شود که آلایندگی زیست محیطی به کمترین مقدار خود برسد. گاز هیدروژن تولید شده با الکترولایزر در سیستم پیشنهادی توسط ترنسفورمر گرمای جذبی پیش سرمایش شده و توان مصرفی چرخه مایع سازی هیدروژن کاهش می یابد. در مطالعه حاضر تاثیر تغییرات پارامترهای عملکردی مهم روی کارکرد سیستم ارزیابی شده است. به علاوه عملکرد بهینه سیستم با استفاده از الگوریتم دو هدفه ژنتیک مورد بررسی قرار گرفته است و با استفاده از معیار تصمیم گیری تاپسیس نقطه بهینه سیستم به دست می آید. تحلیل ترمودینامیکی کاملی در مطالعه حاضر صورت می گیرد و نتایج حاصل نشان می دهد که بازده انرژی 42 درصد و بازده اگزرژی 51 درصد برای سیستم پیشنهادی به دست می آید. ارزیابی اقتصادی صورت گرفته در مطالعه حاضر با استفاده از توابع هزینه به روز نشان می دهد که هزینه کل سیستم تولید چندگانه 16/37 دلار بر گیگا ژول بدست می آیدکه توجیه اقتصادی بالای سیستم پیشنهادی را بیان می کند.کلیدواژگان: انرژی زمین گرمایی، چرخه مایع سازی هیدروژن کلود، سیستم تولید چند گانه، بهینه سازی، چرخه رانکین آلی اصلاح شده
-
صفحات 227-238در شرایط غیرایده آل جوی، دستگاه سنجش فاصله برای کاهش خطا در فرود هواپیما باید در موقعیت بهینه ای باشند. در این راستا، منطق فازی بازه ای به عنوان روشی کارآمد در تعیین موقعیت بهینه دستگاه سنجش فاصله استفاده می شود. با این روش، فاکتورهایی نظیر شرایط هوا، مسیر پرواز و سایر متغیرهای مرتبط، به صورت فازی ارزیابی و موقعیت بهینه دستگاه سنجش فاصله تعیین می شود. زمانی که فاصله های غیر یکسان از باند فرود نرمال برای هر یک از سنجش گرها برقرار باشد، نیاز به شناسایی مناسب ترین مکان جهت قرارگیری سنجش گر ثانویه وجود دارد. به همین منظور سیستم به صورت پویا طراحی شده است، به شکلی که پس از شناسایی سنترلاین مفروض بر اساس نحوه قرارگیری اولیه هر یک از سنجش گرها، در نهایت جایگاه مناسب و محل قرارگیری بهینه برای سنجش گر ثانویه شناسایی می شود. این شرایط تنها در صورت غیر یکسان بودن هر دو سنجش گر حاصل خواهد شد. نتایج نشان می دهد که استفاده از الگوریتم گرگ خاکستری تاثیر قابل توجهی در بهبود شرایط فرود هواپیما دارد. با استفاده از این الگوریتم، کاهش تاثیر توربولانس از 20% به 40% افزایش یافته است. احتمال خطای فرود نیز از 10% به 5% کاهش یافته و دقت اندازه گیری از 85% به 95% افزایش پیدا کرده است. این نتایج نشان دهنده بهبود قابل توجه در امنیت فرود هواپیما در شرایط غیرایده آل می باشد. با توجه به کاهش تاثیر توربولانس و افزایش دقت اندازه گیری، الگوریتم گرگ خاکستری نقش مهمی در بهبود ایمنی و کارایی فرود هواپیما ایفا می کند.کلیدواژگان: فرود بهینه، سیستم های ناوبری، سیستم اندازه گیری فاصله، پویاسازی مکان یابی، کاهش توربولانس
-
Pages 7-21A novel compressed air energy storage system integrated with combined cooling, heating and power is proposed and investigated in this study. The system under study uses sulfur dioxide as the working fluid under the ejector refrigeration system to produce coolant, which has not been used in previous studies, and the waste heat is recovered and stored in the compressed air storage device, which shows the innovative aspect of the present study. A complete and comprehensive thermodynamic and economic analysis is performed on the proposed system. The proposed system is examined from different perspectives and the system performance is quantified through output parameters. Using up-to-date cost functions, the studied system is examined from an economic perspective to clearly demonstrate the cost-effectiveness of the proposed system. In addition, a parametric analysis is performed to evaluate the system behavior by changing key parameters under different operating conditions. The results of the thermodynamic analysis indicate the optimal thermodynamic performance of the proposed system, such that an energy efficiency of 21% and an exergy efficiency of 55% are achieved for the studied system. In addition, an economic analysis yields a total system cost of $232 per gigajoule.Keywords: Compressed Air Storage, Ejector Refrigeration, Exergy, Sulfur Dioxide, Economic Analysis
-
Pages 23-42
The purpose of this paper is to investigate response of a profile with a square cross section filled with aluminum foam in single and double wall mode under lateral and axial impact load in order to evaluating the effect of using aluminum foam on the energy dissipation caused by the impact. First, single-walled and double-walled square profiles simulated in CAE ABAQUS and the effect of the parameters such as aluminum foam density, number of walls, effect of interaction between foam and wall on general response of model, etc. examined. Then, in order to validate the simulation results, the experimental test of lateral and axial impact using drop weigh impact test performed and the results compared with simulation results. By performing tests and simulations, it was found that aluminum foam has a moderate effect on the amount of crushing and energy absorption of the structure under axial impact load, but in the case of lateral impact, due to high brittleness, the use of foam prepared in the structure under impact is not appropriate. Therefore, it is better to use stronger foam.
Keywords: Metal Foam, Filled Square Profile, Lateral Impact, Axial Impact, Energy Dissipation, Absorption -
Pages 43-72
The absorber tube is the main part of the solar collectors which its appearance and operational characteristic can play key role in absorbing of solar irradiation amounts. Researchers have proposed various offers to improve the solar collector performance such as inserting a turbulator in the absorber tube and using of nanofluid (especially hybrid nanofluids) instead of simple working fluid. In present study, the various shapes of turbulators proposed by the researchers have been reviewed. Turbulators can be classified according to their shapes. In the first category, turbulency in fluid flow is made by providing ribs or corrugations on the inner wall of absorber tube. But in the second category, external obstacles can be inserted in the absorber tube to improve its performance. Most literatures disscused about the second category of turbulators. By comparing the hydrothermal performance between the smooth absorber tubes with the improved one, it can be concluded that addition of turbulator enhances the thermal properties of all collector types up to 82%. The turbulators can increase the pressure drop and friction factor due to its operation as an obstacle in the fluid flow. Also, the use of nanofluids (especially hybrid nanofluids) beside the turbulators can improve the collector’s performance. However, several characteristics such as the concentration of nano particles, different kinds of hybrid nano fluid and collectors, the various shapes of the turbulator, etc., are all effective parameters on the collector performance.
Keywords: Solar Collector, Improvement Performance Of Absorber Tube, Turbulator, Hybrid Nanofluid, Energy Optimization -
Effect of elliptical cylinder arrangement on turbulent flow and heat transfer in horizontal channelsPages 73-92This study investigated the turbulent flow behavior in a horizontal channel containing elliptical cylinders with aspect ratio 0.45 and 0.5 and Reynolds number 5000. Using the finite element method to solve heat and fluid equations, the effect of parameters such as heat transfer rate, Nusselt number, temperature distribution and velocity distribution on fluid flow has been investigated. The results show that the presence of cylinders increases the vortices and changes the flow patterns from symmetric to asymmetric. Also, as the Reynolds number increases, the flow becomes increasingly turbulent and the rotating mechanics of the cylinders contribute to a different distribution of temperature and velocity. In the investigation of the flow around the elliptical cylinders, it was observed that the maximum temperature point occurs between the third and fourth cylinders in the case of constant properties and behind the fifth cylinder in the case of variable properties. Also, the fluid velocity has a greater effect on the heat transfer rate than the heat exchange surface. The reduction of the aspect ratio leads to the reduction of the heat transfer rate in the turbulent flow and the temperature contours are more uniform in this flow, which is due to the mixing and transverse vibrations of the turbulent flow. These findings can help to improve the design of heat transfer and flow control systems in engineering applications.Keywords: Circular Cylinders, Elliptical Cylinders, Fluid Heat Flow, Steady, Transient Flow, Vortex
-
Pages 93-115Mechanical filtration of solid/liquid phases using pusher centrifuge has been a prevalent operation in industry. The purpose of the current study is the functional and structural analysis of the two-stage pusher centrifuge dynamic performance. In this regard, modal, particle behavior scatter, and transient state dynamic analysis have been considered. The results have revealed a safety margin of 40% for resonance plausibility for the entire set and inner basket subset due to the internal linear and rotary forces. In addition, based on the results of the transient dynamics analysis, the stability of particle behavior has been about 5.5 s or 68% of the particle feeding time, the maximum displacement at the critical point of the inner basket subset was 1.3 mm, and the critical stress on it was about 70 MPa. In overall, it has been recommended to keep the rotational speed as it is (36.68 rad/s), together with the same feed rate as specified (0.56 kg/s).Keywords: Pusher Centrifuge, Dynamic Analysis, Modal Analysis
-
Pages 117-132
The aim of this research is to produce a copper alloy matrix composite reinforced with micron diamond particles and to investigate the mechanical properties of this composite. One of the most important issues in the manufacture of this type of composite is to optimize the strength of diamond particles in the metal matrix and the intended wear properties of this type of composite. The composite powders were produced using high-energy (abrasive) milling and hot-press sintering. In order to investigate the flexural strength, hardness and wear properties, samples were manufactured by adding different metals to the matrix, different milling conditions and different hot-pressing parameters. The aim of this research is to produce a copper alloy matrix composite reinforced with micron diamond particles and to investigate the mechanical properties of this composite. One of the most important issues in the manufacture of this type of composite is to optimize the strength of diamond particles in the metal matrix and the intended wear properties of this type of composite. The composite powders were produced using high-energy (abrasive) milling and hot-press sintering. In order to investigate the flexural strength, hardness, and wear properties, samples were fabricated by adding different metals to the matrix, using different milling conditions, and using different hot pressing parameters.
Keywords: Composites Based On Copper Alloys, Diamond Particles, Mechanical Properties -
Pages 133-146The application of the low temperature combustion (LTC) technology improves the performance and emission characteristics of the engine. However, the most important challenges regarding the integration of this technology in mass-production engines are the limited operating range and uncontrollability. To get the utmost from LTC advantages it is possible to use the diesel combustion in load points undeliverable by LTC. Experimental study in this research on a diesel engine reveals that the change in fuel injection timing from 176 to 2 CAD, bTDC (crank angle degrees before top dead center) leads to the combustion regime change. Fuel injection near top dead center from 11 to 2 CAD,bTDC, resulting in the dependence of the injection and combustion processes, leads to the diesel combustion. In this region, the combustion sensitivity as a measure of fuel injection timing on combustion timing is between 1.2 to 1.3. Advancing the injection to early timings in the compression stroke from 86 to 176 CAD, bTDC and providing enough time for the complete mixing of the fuel and air, yields HCCI combustion having almost zero combustion sensitivity. The fuel injection timing between these ranges, resulting in a mixture which is neither fully homogeneous nor fully stratified, leads to the PPC. In this region, the combustion sensitivity is between 0.1 to 0.2.Keywords: Internal Combustion Engine, Diesel Combustion, Low Temperature Combustion, Homogeneous Charge Compression Ignition Combustion, Partially Premixed Combustion, Fuel Injection
-
Pages 147-161This article examines the design and construction of a hardware-based two-axis angle control mechanical device in the loop in order to build a two-axis test bed. This device aims to reach the test bed of two-axis angle control with a small error in order to evaluate and test position sensors or as a small two-degree-of-freedom table to control the position of satellite components. The device consists of two main parts, a mechanical structure and an electronic part, and the control algorithm is written in the hardware platform in the ring, and there is the ability to define all kinds of controllers on it. The structure consists of a rotatable rod, coupling, bearings, body, base and electronic part of a processor board, encoder sensor, battery, telecommunication module and a coreless motor with a rotating disk as a reaction wheel. This device has the ability of pitch and yaw maneuvers as two degrees of freedom, and its position error is proportional to the control algorithm. The reliability of the accuracy of this device per hundred repetitions of the test for the mentioned maneuvers is 0.11 and 0.2 degrees, respectively, with the PID controller. The performance analysis of the device has been investigated in detail by examining different input angles, various controller coefficients, different initial conditions, single-axis and two-axis maneuvers. The obtained results indicate the proper performance of the device with an average error of less than 0.23 degrees.Keywords: Angle Control, Ttwo-Axis Mechanism, Proportional-Integral-Derivative, Mechanical Device Construction, Test-Bed, Hardware In The Loop
-
Pages 163-183The combination of aluminum and its alloys with the powder metallurgy process has enabled various industries to take advantage of the advantages of powder metallurgy production while using the unique properties of this light metal. In this research, B4C reinforcement was used to strengthen aluminum alloy 5083, and Al-B4C nanocomposite was produced by mechanical alloying method and then extrusion and press-sintering operations were performed on the powders. Al5083 and Al5083-B4C powders were produced during the alloying process for 24 hours with a pellet to powder ratio of 20:1 and under argon atmosphere. First, the produced powders are compressed by cold press, and then the press-sinter samples are extruded at 600 degrees under nitrogen atmosphere and the extrusion samples are extruded at 505 degrees with an extrusion ratio of 9:1. In the following, the deformation behavior of Al5083 in the temperature range of 550-350 and strain rate of 0.01-0.1 has been studied. Also, a structural equation has been obtained in each of the production states for the silane stress in the form of a hyperbolic sine. The microstructure of the samples produced by both extrusion and press-sintering methods before the hot pressure test was also examined by optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM) equipped with EDS spectrometer. The results of thermomechanical tests and microstructural studies show that the samples produced by the extrusion method have better mechanical properties than the press-sintered samples.Keywords: Aluminum, Mechanical Alloying, Hot Pressure Test, Extrusion
-
Feasibility of natural ventilation potential of residential buildings for different climates of IranPages 185-206Natural ventilation is one of the most important passive strategies for reducing building energy consumption, creating thermal comfort, and improving indoor air quality, and is one of the key solutions for achieving sustainability in the construction industry. On the other hand, the potential of natural ventilation is highly dependent on climatic conditions and varies significantly from region to region. In this paper, the feasibility of passive cooling and natural ventilation has been assessed for different cities in Iran. Iranian cities are divided into 9 climates using the Köppen-Geiger climatology method. The impact of climatic conditions on natural ventilation of buildings was assessed using the Köppen-Geiger method and a few selected cities in these climates by the Climate Consultant software using the ASHRAE 55 standard method. By importing the climate parameter file of the selected cities into the Climate Consultant software, the output results including comfort conditions, natural ventilation, and other results were obtained for 9 climates in Iran. The results showed that the climate of Abadan city with 673 hours of natural ventilation provides the most comfort, while the climate of Rasht and Anzali cities with less than 10 hours provide the least comfort using natural ventilation. Also, the cities of Yazd and Sabzevar have the highest potential with 25.8 percent and 22.5 percent per year, respectively, and the cities of Anzali and Meshginshahr have the lowest potential with 0.1 and 0.8 percent, respectively, for using evaporative cooling systems (water coolers).Keywords: Climate Conditions Of Iran, Climate Consultant Software, Köppen-Geiger Climatology Method, Comfort Conditions, Evaporative Cooling
-
Pages 207-225In this study, a new geothermal energy-based multiple generation system is investigated. This system consists of a modified organic Rankine cycle, a single-effect absorption chiller, and a hydrogen liquefaction cycle that produces power, heat, cold, and liquid hydrogen. In the proposed system, by using geothermal energy as the primary energy source required for liquid hydrogen production, environmental pollution is minimized. The hydrogen gas produced by the electrolyzer in the proposed system is pre-cooled by an absorption heat transformer, and the power consumption of the hydrogen liquefaction cycle is reduced. In the present study, the effect of changes in important performance parameters on the system performance is evaluated. In addition, the optimal performance of the system is investigated using a two-objective genetic algorithm, and the optimal point of the system is obtained using the TOPSIS decision criterion. A complete thermodynamic analysis is performed in the present study, and the results show that an energy efficiency of 42% and an exergy efficiency of 51% are obtained for the proposed system. The economic evaluation conducted in the present study using updated cost functions shows that the total cost of the multiple generation system is $16.37/GJ, which demonstrates the high economic justification of the proposed system.Keywords: Geothermal Energy, Hydrogen Cloud Liquefaction Cycle, Multiple Production System, Optimization, Modified Organic Rankine Cycle
-
Pages 227-238Under non-ideal weather conditions, distance measuring equipment (DME) must be optimally positioned to reduce landing errors. In this context, interval type-2 fuzzy logic is used as an efficient method for determining the optimal position of the DME. With this method, factors such as weather conditions, flight path, and other related variables are evaluated fuzzily to determine the optimal position of the DME. When unequal distances from the normal landing strip exist for each of the DMEs, it is necessary to identify the most suitable location for the secondary DME. To this end, the system is designed dynamically so that after identifying the assumed centerline based on the initial placement of each DME, the optimal location for the secondary DME is ultimately determined. These conditions only apply if both DMEs have unequal distances. The results show that the use of the Grey Wolf Optimization (GWO) algorithm has a significant impact on improving aircraft landing conditions. With this algorithm, the reduction in the impact of turbulence has increased from 20% to 40%. The probability of landing error has decreased from 10% to 5%, and measurement accuracy has increased from 85% to 95%. These results indicate a substantial improvement in landing safety under non-ideal conditions. Given the reduction in the impact of turbulence and the increase in measurement accuracy, the GWO algorithm plays a crucial role in enhancing the safety and efficiency of aircraft landings.Keywords: Optimum Landing, Navigation Systems, Distance Measurement Equipment, Positioning Dynamics, Turbulence Reduce