فهرست مطالب

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 33 (تابستان 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/06/19
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سید علی اکبر موسویان، سید شهاب حسینی * صفحات 1-14
    در این مقاله روشی برای پایدار سازی حرکت ربات در حالتی که مسیر مجری نهایی مشخص می باشد، ارائه شده است. همچنین سیستم ترکیبی جدیدی برای ربات که توانایی پایدار سازی در مسیرهای ناپایدار را دارد، ارائه شده است. جهت توانا کردن ربات به حفظ پایداری و یا پایدار کردن وضعیت های ناپایدار، بین پایه ی متحرک و بازوی فعال ربات، از مکانیزم موازی فضایی بهره برده شده است. این مکانیزم هیچ گونه دورانی نسبت به پایه نداشته و فقط دارای حرکات انتقالی است. حمل بار بیشتر توسط ربات یکی از مهمترین خواسته ها می باشد. همزمان با افزایش بار ربات، پایداری در برابر واژگونی ربات به خطر می افتد. استفاده از یک مکانیزم موازی به عنوان پایه برای مکانیزم سریال، اجازه ی حمل بار بیشتری به ربات می دهد. در این مقاله معیار پایداری در برابر واژگونی ممان-ارتفاع بررسی شده است و سینماتیک و دینامیک ربات بررسی شده و قیود هولونومیک و نان هولونومیک وارده به سیستم استخراج می شود. سپس توسط شبیه سازی در نرم افزار ADAMS مدل ریاضی صحه گذاری می شود. در یک مانور قسمتی از مسیر که ناپایدار است، پایدار می شود. همچنین برای کل مسیر پایدارترین حرکت طراحی شده است.
    کلیدواژگان: ربات متحرک، واژگونی، قید هولونومیک، مکانیزم موازی، پایداری در برابر واژگونی، پایدار ترین حرکت
  • زینب سادات میرزایی، اکبر فرزانگان * صفحات 15-25
    هدف پژوهش حاضر بهینه سازی مدار آسیای گلوله ای کارخانه فسفات اسفوردی با استفاده از تلفیق الگوریتم های شبیه سازی فرآیند آسیاکنی و جستجوی ژنتیک است. پس از بررسی کارخانه فرآوری فسفات اسفوردی، مشخص شد که مشکل عمده موجود در مدار، ذرات نرمه با عیار بالای آهن در ته ریز هیدروسیکلون در مدار خردایش است که در اثر بیش آسیاکنی این ذرات، در مدار فلوتاسیون که پس از مدار خردایش قرار دارد، مشکلات اساسی ایجاد می شود. بنابراین، هدف از بهینه سازی مدار خردایش، بهبود خردایش در آسیای گلوله ای و نیز افزایش بازدهی جدایش در هیدروسیکلون قرار گرفت. بهینه سازی به صورت تک هدفه انجام شد. با بهینه سازی مدار، نتایجی در حالات مختلف حاصل شد که انتخاب هر یک از این نتایج به اثر اقتصادی آن، تغییر بر مدار و همچنین عملکرد کارخانه بستگی دارد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی تک هدفه، الگوریتم ژنتیک، آسیای گلوله ای، نرم افزار BMCS، کارخانه فسفات اسفوردی
  • فاطمه کریمی زاد گوهری *، اکبر شاهسوند صفحات 27-43
    در اکثر فرآیند های مهندسی شیمی پدیده های انتقال جرم و انتقال حرارت جزء جدایی ناپذیر فرآیند ها می باشند. در این مقاله با استفاده از یک دستگاه آزمایشگاهی، به بررسی تجربی همزمان این دو پدیده در فرآیند های مهندسی شیمی و تاثیراتی که بر روی هم و بر روی فرآیند ها می توانند داشته باشند، پرداخته شده است. در این دستگاه وجود پدیده های چگالش و تبخیر که در اثر انتقال حرارت ایجاد می شوند، می توانند باعث انتقال جرم شده و در نهایت بر ضریب انتقال حرارت تاثیر می گذارند همچنین وجود انتقال جرم، توزیع دما در پدیده انتقال حرارت را تغییر داده و باعث ایجاد تغییرات کلی در شار حرارتی می گردد. آزمایشات متعددی با تغییر پارامتر های مختلف مانند دما و دبی برای هر دو سیال آب و هوا انجام گرفته است؛ که از نتایج حاصل از این آزمایشات در بررسی انواع شبکه عصبی مصنوعی و مقایسه عملکرد این شبکه ها با یکدیگر و با نتایج حاصل از آزمایشات استفاده شده است. از جمله شبکه های عصبی استفاده شده در این مقاله می توان به شبکه Radial Basis Function یا RBFو شبکهMulti Layer Perceptron یا MLP اشاره نمود. بررسی های انجام شده حاکی از این است که شبکه MLP به دلیل عدم امکان فیلتر نمودن نویز قادر به پیش بینی مناسب نیست درحالی که شبکه RBF به دلیل دارا بودن مبنای تئوری قویتر عملکرد بهتری را دارا می باشد.
    کلیدواژگان: انتقال جرم، انتقال حرارت، تجربی، شبکه عصبی مصنوعی، MLP، RBF
  • احسان فتوحی بافقی *، نادر رهبر، جواد ابوالفضلی اصفهانی صفحات 45-56
    در سال های اخیر به دلیل کمبود آب آشامیدنی، دانشمندان تحقیقات فراوانی را به منظور توسعه ی روش ها و بهینه سازی دستگاه های شیرین کننده ی آب-های شور انجام داده اند. آب شیرین کن های خورشیدی به دلیل استفاده از انرژی پاک خورشید و نداشتن هیچ گونه سروصدا و آلودگی صوتی، می توانند بهترین جایگزین برای آب شیرین کن های متداول باشند. در این تحقیق با در نظر گرفتن شرایط هوای مرطوب در آب شیرین کن خورشیدی لوله ای، به شبیه سازی عددی جابه جایی طبیعی آرام، انتقال جرم و حرارت داخل آن پرداخته شده است. جهت این کار معادلات سرعت-فشار، بالانس انرژی و جرم به صورت دو بعدی بیان شده و از روش حجم محدود برای حل معادلات مذکور استفاده شده است. علاوه بر آن در این پژوهش تاثیر شکل هندسی ظرف آب شور، مکان قرارگیری و عمق آب شور داخل آن و همچنین شعاع پوشش دایره ای بر روی تولید ارائه و بررسی شده است. مقایسه ی نتایج، نشان دهنده ی تطابق خوب حل عددی با جواب تجربی می باشد. همچنین نتایج نشان می دهند که بهترین شکل هندسی ظرف آب شور به شکل نیم دایره می باشد. همچنین حداکثر ارتفاع بین کف ظرف آب شور و پوشش دایره ای، عمق آب شور داخل، همچنین شعاع پوشش به منظور داشتن حداکثر تولید، به ترتیب 9/124میلی متر، 48 میلی متر و 80 میلی متر می-باشند.
    کلیدواژگان: آب شیرین کن خورشیدی، شبیه سازی عددی، جابجایی طبیعی آرام، محفظه ی بسته ی دایره ای، روش حجم محدود، به سازی تولید
  • عبدالحسین فریدون، علی اکبر عباسیان آرانی، محمد همت اسفه *، آرین زارع قادی صفحات 57-68
    در این مطالعه تاثیر تغییرات پارامترهای مختلفی مانند موقعیت قرارگیری مانع داغ، شعاع مانع داغ دایره ای بر روی میدان جریان، میدان دما و میزان انتقال حرارت در محفظه با مانع داغ استوانه ای شکل مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی وضعیت های مختلف، شعاع مانع داغ دایره ای از 2/0 تا 3/0 طول ضلع، عدد رایلی بین 103 تا 107 و نانوسیال آب-مس (با قطر ذرات 40 نانومتر) با کسر حجمی از صفر تا 8 درصد مورد مطالعه قرار گرفته است. نحوه اثر گذاری هر یک از پارامترهای فوق و شدت و ضعف آن ها در کنترل میزان انتقال حرارت، به منظور ایجاد یک مکانیزم کنترلی بر روی میزان گرمایش و یا سرمایش در محفظه مربعی به همراه مانع داغ، هدف اصلی این تحقیق می باشد. نتایج این بررسی نشان می دهد در موقعیت هایی که مانع داغ دایره ای به دیواره پایینی نزدیک می شود، خطوط جریان و دما نسبت به سایر موقعیت ها، دچار تغییرات محسوس تری می گردد. از سوی دیگر با افزایش میزان کسر حجمی نانو ذرات، عدد ناسلت و به تبع آن انتقال حرارت افزایش یافته که این افزایش، تاثیر نانوذرات تعلیقی در آب را در بهبود انتقال حرارت محسوس تر می نماید. با افزایش کسر حجمی، نانوذرات مس در زمینه انتقال حرارت، عملکردی بسیار مطلوب تر از سیال پایه از خود نشان داده اند. همچنین بیشینه تغییرات عدد بدون بعد ناسلت نانو سیال در رایلی 103 و برای شعاع 3/0 طول ضلع به میزان 15/79 درصد افزایش نسبت به مانع به اندازه 15/0 طول ضلع نشان می دهد.
    کلیدواژگان: محفظه مربعی، نانوسیال، مانع داغ دایره ای، جابجایی طبیعی
  • محمدحسین ولایتی *، نیما امجدی، عیسی خواجه وندی صفحات 69-81
    حد توان راکتیو تولیدی ژنراتورهای سیستم قدرت، تاثیر قابل توجهی بر مرزهای استاتیکی پایداری ولتاژ مانند حداکثر بارپذیری سیستم قدرت (MLP) و مرزهای دینامیکی پایداری ولتاژ مانند نقاط دوشاخگی HB، LIB و SNB دارد. از آن جاکه رسیدن ژنراتورها به حد راکتیو خود سبب کاهش حد پایداری ولتاژ و یا بروز فروپاشی ولتاژ می شود، راه کارهای مختلفی به منظور کنترل و یا افزایش ظرفیت توان راکتیو تولیدی ژنراتورها مانند تغییر توان اکتیو تولیدی و یا ولتاژ پایانه ژنراتورها، وارد مدار کردن تجهیزات تولید توان راکتیو و...، ارائه شده است. در این مقاله، با استفاده از یک روش ترکیبی شامل شبیه سازی حوزه زمان، تئوری دوشاخگی و تحلیل مدال، تاثیر تغییر ولتاژ پایانه ژنراتورهای بحرانی بر حد توان راکتیو تولیدی ژنراتورها و وضعیت دینامیکی پایداری ولتاژ بر اساس مرزهای HB و LIB، مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در این راستا، رفتار مقادیر ویژه، ضرایب مشارکت و نیز ولتاژ و توان راکتیو شبکه بررسی خواهد شد. نتایج به دست آمده از این بررسی ها، اطلاعات قابل توجهی را برای بهره بردار شبکه قدرت در جهت بهبود وضعیت سیستم از نظر پایداری ولتاژ، ارائه خواهد کرد. نتایج عددی حاصل از این تحلیل بر روی سیستم های تست 39 و 68 IEEE ارائه شده است.
    کلیدواژگان: تحلیل مدال، دوشاخگی HB، دوشاخگی LIB، حد توان راکتیو ژنراتور، راه کار کنترل توان راکتیو
  • منصور فخری *، مریم دولتعلی زاده، علیرضا غنی زاده صفحات 83-98
    خرابی خستگی از جمله خرابی های بسیار مهم در روسازی های انعطاف پذیراست. ترک های خستگی تحت تاثیر بسیاری از عوامل مانند ساختار روسازی، بارگذاری و شرایط محیطی قرار دارند و شکل و طول پالس های پاسخ کششی در تار پایین لایه آسفالت به شدت بر عمر خستگی لایه های آسفالتی تاثیر می گذارند. در این مطالعه دو ساختار مختلف روسازی شامل روسازی نازک و ضخیم توسط برنامه 3D-Move تحلیل شدند. در تحلیل انجام شده لایه آسفالت به صورت ویسکوالاستیک و سایر لایه ها به صورت الاستیک خطی در نظر گرفته شدند. سپس توابع نیم سینوسی و زنگوله ای شکل به پالس های پاسخ کششی حاصل از تحلیل دینامیکی برازش داده شدند. نتایج نشان داد که مهم ترین عوامل موثر بر شکل و طول پالس پاسخ های کششی عبارتند از سرعت حرکت وسیله نقلیه، ضخامت لایه آسفالت، درجه حرارت روسازی و شعاع سطح تماس می باشند. در این مطالعه دو مدل عمومی به منظور پیش بینی زمان اعمال پالس تنش و کرنش کششی در تار پایین لایه آسفالت در دو جهت طولی و عرضی بر اساس شکل موج نیم سینوسی و زنگوله شکل پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: پاسخ های طولی و عرضی، خستگی مخلوط های آسفالتی، فرکانس و شکل پالس، ویسکوالاستیک، 3D، Move
|
  • S. A.A. Moosavian, S. Shahab Hoseyni Pages 1-14
    In this research, a method for stabilization of the robot motion on the specified path is presented. Also a new hybrid system that is capable of stabilizing the unstable condition is investigated. To enable a robot to maintain stability or stabilizing unstable conditions, spatial parallel mechanism between the moving base and manipulators is used. The parallel mechanism does not have any rotation relative to mobile base and only has translational motions. Carrying more loads by robots is one of the main demands. Increasing the robot load may cause the robot tips over. The robot can carry more loads using a parallel mechanism as a base for serial manipulator. In this paper, moment-height stability measure is explained. Holonomic and nonholonomic constraints of the system are derived and then kinematics and dynamics of the proposed robot is derived. The mathematical model is validated by simulation in ADAMS software. In a maneuver a part of the path that is unstable is stabled. Also most stable motion is designed for the whole of path.
    Keywords: Mobile Robot, Tip Over, Holonomic Constraint, Parallel Mechanism, Cohesive Layer, Stability Against Tipping Over, Most Stable Motion
  • Z.S. Mirzaei, A. Farzanegan Pages 15-25
    The subject of this project is optimization of closed ball-mill circuit at Esfordi phosphate plant, based on integration of process simulation and genetic algorithm (GA) concepts. The BMCS® (BMCS-based Modular Comminution Simulator) under MATLAB software was used in this investigation to search for the optimal operating condition of the comminution circuit so that a pre-defined process goal can be achieved. The search process is done using genetic algorithm. The main problem in the circuit is the existence of fine particles with a high degree of iron content in the hydrocyclone underflow stream which is recycled to the ball mill unit. These particles are subjected to over grinding and cause some problems in downstream processes, i.e., flotation, which leads to a low production quality. Therefore, the goal of this project was set to improve ore grinding in ball mill unit and increase the efficiency of particle size classification by hydrocyclone unit. The GA optimization was done in a single objective form that the optimization goal was to achieve a pre-defined particle size for overflow or underflow streams separately. The circuit simulations optimized by GA produced various results and conditions that each of them can be recommended for plant testing and performance improvements.
    Keywords: Single Objective Optimization, Genetic Algorithm, Ball Mill, Esfordi Phosphate Plant, BMCS® Software
  • F. Karimi Zad Gohari *, A. Shahsavand Pages 27-43
    In most of the chemical engineering processes, the phenomena of mass and heat transfer are among their inseparable parts. In the present paper, simultaneous heat and mass transfer has been studied experimentally by a laboratory setup. In this apparatus, the existence of condensation and evaporation created due to heat transfer causes mass transfer and finally influences the coefficient of heat transfer. Also, mass transfer changes heat distribution in heat transfer phenomena that causes total change in heat flux. Thus, in this apparatus, some experiments have been carried out through changing different parameters such as temperature and flow rate for two fluids, water and air. Also in this paper, it is tried to compare the function of these systems with each other and the results acquired from the experiments as well as the capacity of these systems in analyzing the results were studied through artificial neural networks. From among the neural networks used in this paper, we may refer to RBF, MLP networks. The studies indicate that the MLP network is not able to predict properly due to lack of any facility for noise filtration and RBF network has the best function due to having a stronger theoretical basis.
    Keywords: Heat Transfer, Mass Transfer, Experimental, Artificial Neural Network, RBF, MLP
  • E. Fotouhi Bafghi *, N. Rahbar, J.A. Esfahani Pages 45-56
    In recent years, due to scarcity of drinking water, scientists have conducted many studies to find several optimization methods for solar desalination systems. Solar stills use clean solar energy without any noise and any pollution. Therefore, they can be the best alternative for conventional desalination devices. The intention of this work is the CFD simulation of two-dimensional laminar natural convection inside a tubular solar still. In this manner, the governing equations of mass, momentum, energy and concentration are solved by a finite volume method. Furthermore, we investigate the effects of trough geometry, cover radius, water depth, and position of the trough on the productivity of the tubular solar still. The results are in a good agreement with the results of previous reported experimental data. The results showed that the tubular solar still with circular trough is the best choice to have a maximum productivity. Moreover, the best height between the trough and the cover was found at 124.9mm, and the optimum water-depth and optimum cover-radius are 48mm and 80 mm, respectively.
    Keywords: Solar still, CFD Simulation, Laminar Natural Convection, Tubular Enclosure, Finite Volume Method, Productivity Improvement
  • A. Fereidun, A.A. Abbasian Arani, M. Hemmat Esfe *, A. Zare Ghadi Pages 57-68
    In this article, a numerical study was conducted to examine the effect of location and diameter of the inner cylinder on laminar natural convection flow fields and temperature distribution around a circular body inserted square cavity. In order to study different situations, the radius of obstacle varied from 0.2 to 0.3 length of square, the Rayleigh number between 103 to 107 and solid contraction of nanofluid with diameter of 40 nanometers changed from 0 to 8%. The above parameters can be used as a control parameter for heat transfer, fluid flow and temperature distributions. The results show that in situations where the heated circular body is close to the lower wall of the cavity, the change of temperature field and streamlines is more noticeable than any other position. On the other hand, Nusselt number and consequently heat transfer increases with increasing of solid volume fraction of nanoparticles. Also when the radius of the body decrease from 0.3L to 0.15L, the Nusselt number increase by 79.15 percent.
    Keywords: Square Cavity, Nanofluid, Heated Circular Body, Natural Convection
  • M.H. Velayati *, N. Amjady, I. Khajevandi Pages 69-81
    Reactive power limit of power system generators has a significant effect on the static voltage stability margin such as maximum load ability point and dynamic voltage stability margin such as HB, LIB and SNB. However, as the load increases, reactive power demand increases as well and thus reactive power limit of generators or other voltage-regulating devices such as Static Var Compensators (SVCs) may reach. Therefore, the voltage stability margin is decreased and or voltage collapse is occurred. Hence, different techniques such as reactive power re-dispatch or change of terminal voltage of generators, use of reactive power compensation devices and optimization method to determine optimum sizing and setting of this device is proposed for improving and increasing reactive power capacity. In this paper, based on a combined method include of time domain simulation, modal analysis and bifurcation theory effect of the regulation of terminal voltage of critical generators on the reactive power limit of generators and dynamic voltage stability status of power system based on the HB and LIB is evaluated. The obtained results give good information for network operators to optimize planning and operating of the power system. The proposed dynamic method is examined on the New England 39-bus, IEEE 68-bus test systems.
    Keywords: Modal Analysis, Hopf Bifurcation, Limit Induced Bifurcation, Generator Reactive Power Limit, Reactive Power Control Strategy
  • M. Fakhri *, M. Dolatali Zadeh, A. Ghanizadeh Pages 83-98
    Fatigue damage is one of the most important distresses in asphalt pavements. Fatigue cracking is influenced by many factors such as pavement structure, loading and environmental conditions and the shape and duration of tensile response pulses at the bottom of asphalt layer greatly affects fatigue life of apshlat layer. In this study, both thick and thin pavement structures in different conditions were analyzed by the 3D-Move program. In the analysis, the asphalt layer was treated as viscoelastic and other layers were considered as elastic material. Haversine and bell-shape functions were fitted to the tensile response pulses computed using dynamic analysis. The results showed that the vehicle speed, thickness of asphalt pavement, pavement temperature and radius of the contact area are the most important factors that affect the shape and duration (frequency) of the tensile response pulses at the bottom of the asphalt layer. In this study, two general models are presented to predict the duration of stress and strain response pulses in longitudinal and transverse directions based on the haversine and the bell-shape waveforms.
    Keywords: Longitudinal, Transverse Responses, Asphalt Mixture Fatigue, Frequency, Shape of the Pulse, Viscoelastic, 3D, Move