فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال سیزدهم شماره 2 (اردیبهشت 1392)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال سیزدهم شماره 2 (اردیبهشت 1392)

  • 152 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1392/01/25
  • تعداد عناوین: 14
|
  • محسن جهانمیری، امیر امیدوار، مسعود خراتی کوپایی صفحات 1-11
    در این مقاله عملکرد مدلهای توربولانسی مختلف در تخمین رفتار نوسانی جتهای سیالی با تحریک طبیعی مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور معادلات متوسط گیری شده برای جریان تراکم ناپذیر آشفته در حالت غیردایم به همراه پنج مدل توربولانسی رایج در یک فضای محاسباتی سه بعدی حل شده اند. برای محاسبات از نرم افزار Fluent 6.3.26 استفاده شده است. در این تحقیق نتایج محاسباتی با داده های تجربی موجود مقایسه شد. بررسی ها نشان داد که دو مدل ε-k استاندارد و ω-k SST نسبت به سایر مدلهای مورد بررسی عملکرد مطلوبتری دارند. لازم به ذکر است که در سرعتهای ورودی بسیار کم، دقت مدل ε-k استاندارد به شدت کاهش می یابد بطوریکه نتایج این مدل در تخمین کمینه سرعت (انرژی) لازم جهت تحریک پذیری جت سیال قابل استناد نیست.
    کلیدواژگان: جت نوسانی، تحریک طبیعی، آشفتگی
  • مهدی تاجداری*، حمیدرضا بهاروندی، علیرضا مرادخانی صفحات 12-21
    یکی از روش های نو و پرکاربردی که اخیرا جهت تعیین چقرمگی شکست مواد ترد ابداع شده است؛ استفاده از روش تست ویکرز و معادلات ارائه شده در این راستاست. تنوع معادلات این روش، زیاد و عموما بر پایه اصل ارتباط دهی بین طول ترکهای ایجاد شده در اطراف بخش فرورفته ناشی از تست ویکرز در نمونه با چقرمگی شکست است. تنها یکی از معادلات ارائه شده بر پایه اصل ارتباط دهی بین سطح اثر ترکهای ایجاد شده در نمونه با چقرمگی شکست می باشد. از اینرو در این پژوهش به بررسی و بهبود دقت ضریب نیمه تجربی معادله مذکور، بکمک انجام آزمایشات برای تعیین چقرمگی شکست در نمونه های بدون افزودنی و حاوی 5٪ وزنی رزین فنولیک پرداخته می شود. افزایش دقت ضریب این معادله، موجب وسعت کاربرد و افزایش دقت مقادیر خروجی چقرمگی شکست حاصل از این معادله را در پی دارد. نتایج بهبود دقت ضریب نیمه تجربی معادله را از 0.003693 به 0.003655 در پی داشت. این معادله باعث کاهش هزینه های ناشی از انجام آزمایشات در تعیین چقرمگی شکست مواد ترد مختلف خواهد شد.
    کلیدواژگان: چقرمگی شکست، مواد ترد، تست ویکرز، کامپوزیت
  • مسعود عربلو، علی جعفریان دهکردی صفحات 22-32
    در این مقاله، جهت تجزیه و تحلیل اثرات ورودی ثانویه بر عملکرد سردساز لوله ضربانی نوع استرلینگ یک کد عددی یک بعدی توسعه داده شده است. جهت توسعه کد، معادلات حاکم با فرض گاز کامل و تراکم پذیر به صورت عمومی استخراج شده است؛ به گونه ای که امکان شبیه-سازی جریان در محیط های متخلخل و غیرمتخلخل فراهم گردیده است. در گسسته سازی معادلات از گسسته سازی مرتبه دو برای ترم زمانی، طرح بالادست جریان برای تقریب عبارات جریان انتالپی و دمای سطوح و تقریب خطی مرکزی برای فشار روی سطوح و ترم هدایت حرارتی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که بکارگیری ورودی ثانویه مناسب موجب بهینه شدن اختلاف فاز دبی جرمی و فشار و افت مناسب دمای سیال در طول لوله ضربانی و در نتیجه موجب افزایش ضریب عملکرد آن می شود. همچنین مینیمم دمای قابل دسترس و ضریب عملکرد سیستم در دمای 80 درجه کلوین با ورودی ثانویه به ترتیب 5/56 درجه کلوین و 0352/0 و بدون استفاده از ورودی ثانویه 3/71 درجه کلوین و 0227/0 بدست می آید.
    کلیدواژگان: سردساز لوله ضربانی، ورودی ثانویه، شبیه سازی عددی
  • مهرداد جبارزاده گنجه، محمد کاظم باغدار دلگشا صفحات 33-45
    در این مقاله کمانش حرارتی یک قطاع ساخته شده از مواد هدفمند بررسی شده است. فرض شده است خواص مکانیکی و حرارتی ماده هدفمند در راستای ضخامت تغییر می کند. معادلات تعادل و پایداری به کمک فرضیات غیر خطی فون کارمن و با استفاده از تئوری مرتبه اول برشی بدست آمده است. برای گسسته سازی معادلات تعادل و پایداری از روش مربعات دیفرانسیلی استفاده شده است. در روش استفاده شده، از توزیع نقطه ای غیر یکنواخت (توزیع چبیشف-گوس- لوباتو) جهت افزایش سرعت همگرایی و دقت حل استفاده شده است. با استفاده از روش مربعات دیفرانسیل هیچ محدودیتی در اعمال شرایط مرزی وجود ندارد و انواع شرایط مرزی را می توان در هر لبه قطاع اعمال نمود. در انتها نتایج بدست آمده با نتایج دیگر تحقیقات، جهت بررسی دقت محاسبات مقایسه گردیده و اثر ضخامت، زاویه قطاع، نسبت شعاعی، اثر توان ماده هدفمند و شرایط مختلف مرزی بر روی دمای بحرانی کمانش به تفصیل بررسی شده است.
    کلیدواژگان: کمانش حرارتی، مواد هدفمند، روش مربعات دیفرانسیلی، قطاع دایروی
  • سهیل طالبیان، یوسف حجت*، مجتبی قدسی، شاهد میرزامحمدی، محمدرضا شیخ الاسلامی صفحات 46-55
    ماده ابردگررسان مغناطیسی ترفنل-دی در ساخت بسیاری از حسگرها از قبیل نیروسنج کاربرد دارد. در این حسگرها نیروی خارجی به واسطه تغییر در شار مغناطیسی گذرنده از ترفنل-دی اندازه گیری می شود. به منظور بهبود عملکرد این حسگرها، ترفنل-دی تحت تاثیر میدان مغناطیسی بایاس و پیش تنش مکانیکی قرار می گیرد. در این مقاله، اثر این دو عامل بر حساسیت و محدوده اندازه گیری خطی حسگر مورد بررسی قرار می گیرد و مقادیر بهینه آنها شناسایی می شوند. در ابتدا با استفاده از معادلات ترکیبی کوپل مگنتومکانیکی، مدل تئوری که شامل پارامترهای موثر بر حساسیت حسگر می باشد، ارائه می شود. سپس با استفاده از یک مجموعه آزمایشگاهی، خواص مغناطیسی-مکانیکی ترفنل-دی و مقادیر پارامترهای مورد نیاز مدل تئوری استخراج می گردد. در انتها با استفاده از مدل تئوری و نتایج تجربی، پاسخ حسگر در مقابل نیروهای دینامیکی شبیه سازی شده و تاثیرات میدان مغناطیسی بایاس و پیش تنش مکانیکی بر فاکتور حساسیت و محدوده اندازه گیری خطی حسگر مطالعه می شوند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که مقادیر میدان مغناطیسی بایاس و پیش تنش مکانیکی باید در ارتباط با همدیگر و با توجه به دامنه نیروی اعمالی تعیین شوند تا حسگر ترفنل-دی بیشترین حساسیت را داشته باشد.
    کلیدواژگان: حسگر نیرو، ترفنل، دی، میدان مغناطیسی بایاس، پیش تنش مکانیکی، حساسیت
  • نیلوفر سرابچی، سید محمد سید محمودی*، رحیم خوشبختی سرای صفحات 56-69
    یک چرخه ترمودینامیکی تولید سه گانه متشکل از یک موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن (HCCI) و چرخه تولید همزمان توان-تبرید جذبی آب و آمونیاک معرفی و مورد مطالعه قرار می گیرد.در این چرخه از انرژی گازهای خروجی از موتور برای راه اندازی چرخه تولید همزمان استفاده می شود. همچنین از حرارت آب خنک کاری موتور می توان برای مصارف مسکونی استفاده کرد. به منظور مدلسازی ترمودینامیکی موتور HCCI از مدل احتراقی تک منطقه ای با سینتیک شیمیایی استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش نسبت فشار تلمبه در چرخه تولیدهمزمان، ظرفیت سرمایشی این چرخه کاهش یافته، بازده قانون اول آن افزایش یافته و مقدار بیشینه ای برای بازده قانون دوم به دست می آید. همچنین مشاهده می شود که در چرخه تولید سه گانه، موتور بیشترین سهم را در نابودی اگزرژی به خود اختصاص می دهد. در شرایط غلظت آمونیاک 4/0 در خروجی جاذب چرخه تولید همزمان و در دمای محیط 25C، بیشینه مقدار بازده اگزرژی این چرخه در نسبت فشار تلمبه 486/9 رخ می دهد که در این شرایط نرخ صرفه جویی در مصرف انرژی و مقدار درصد کاهش نشر گاز گلخانه ای CO2 به ترتیب برابر 27/97% و 4/8% است.نتایج همچنین نشان می دهند که بازده اگزرژی چرخه تولید سه گانه ارائه شده نسبت به بازده اگزرژی موتور 5/4% افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: چرخه تولید سه گانه، موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن، تبرید جذبی، اگزرژی
  • جواد احسانی زنوز، سعید منتخبی کلجاهی، کریم شلش نژاد * صفحات 70-78

    نانوکامپوزیت هایی بر پایه پلی پروپیلن-الیاف چوب (با نسبت وزنی 30/70 PP/WF) حاوی نانو ذرات کربنات کلسیم (2.5 تا 10 قسمت وزنی) و سازگارکننده مالئیک آنیدرید (5 قسمت وزنی) با به کارگیری اکسترودر دوپیچی و قالبگیری تزریقی تولید شد. خواص مکانیکی، رفتار حرارتی و همچنین جذب آب نمونه های مختلف آزمایش شد. شکل شناسی نمونه ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی مطالعه شد. وجود nano-CaCO3، جذب آب را تا حدود 60 درصد وزنی کاهش می دهد. افزودن nano-CaCO3 به مخلوط پلی پروپیلن-الیاف چوب باعث بهبود مدول خمشی، استحکام ضربه ای و ازدیاد طول تا پارگی به ترتیب به میزان 12، 22.5 و 9 درصد می شود. نتایج حاصل از آزمون گرماسنجی پویشی تفاضلی، نشان دهنده ی افزایش دمای بلورینگی و کاهش درصد بلورینگی نمونه های محتوی nano-CaCO3 در مقایسه با آمیخته پلی پروپیلن-چوب است. حداکثر مقدار بلورینگی، مدول و استحکام خمشی در نانوکامپوزیت چوب-پلی پروپیلن محتوی phc 5 نانو کربنات کلسیم، و حداکثر دمای بلورینگی و مقاومت ضربه ای در نانوکامپوزیت محتوی phc 7.5 نانوذرات کربنات کلسیم مشاهده شد. کاهش استحکام کششی (تا 8.8 درصد) در نانوکامپوزیت های PP/WF/CaCO3، به کاهش بلورینگی در زمینه پلیمری، و همچنین به وجود nano-CaCO3 در محل تماس الیاف چوب و پلیمر زمینه، نسبت داده شد.

    کلیدواژگان: پلی پروپیلن، الیاف چوب، نانوکربنات کلسیم، خواص مکانیکی، رفتار حرارتی، جذب آب
  • خلیل خلیلی*، سیامک خطیبی، سید محمد امام صفحات 79-92
    اسکنر لیزری مثلث بندی از مرسومترین روش های مدل سازی سه بعدی می باشد. یکی از پارامترهای موثر بر دقت اسکنر، نوع دوربین (سنسور) بکار برده شده می باشد. خطای حاصل از کوانتیزه کردن (نمونه برداری) باعث ایجاد خطای بعدی در بازیابی عمق خواهد شد. بنابراین خطای مدل سازی رابطه مستقیم با اندازه پیکسل دارد. با کاهش اندازه پیکسل دوربین امکان کاهش خطای کوانتیزه کردن وجود دارد ولی به دلیل کاهش نسبت سیگنال به نویز، کیفیت تصویر تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. با توجه به محدودیت در اندازه پیکسل، در این مقاله جهت استخراج تصویر با کیفیت بالا از تکنیک اعمال نویز و روش بدیع ایجاد جابجایی نسبی بین سنسور و لنز دوربین در حین فرایند تصویربرداری استفاده شده است. اندازه گیری زاویه تابش لیزر جهت استفاده از روش مثلث بندی، از دیگر منابع مهم خطا می باشد. در این مقاله کالیبراسیون لیزر و دوربین بصورت همزمان و بدون نیاز به وسیله مکانیکی اضافی انجام گرفته است. مقاله حاضر ضمن بیان اصول روش ارائه شده به مدل سازی و شبیه سازی فرآیند اعمال نویز پرداخته و نتایج حاصل از شبیه سازی بیانگر بهبود قابل توجه دقت اندازه گیری می باشد. تکنیک ارائه شده بصورت تجربی پیاده سازی و مطالعه تجربی صحت تکنیک و نتایج را تایید می نماید. نتایج شبیه سازی و نتایج تجربی گزارش شده اند.
    کلیدواژگان: اسکن لیزری، تکنیک مثلث بندی، اعمال نویز، تحلیل خطا
  • عارفه سادات هادی زاده خیرخواه، اسماعیل ساعی ور ایرانی زاد صفحات 93-92
    در این مقاله با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی، خواص مکانیکی گرافین عاملدار شده توسط هیدروژن بررسی شده است. استحکام کششی و مدول یانگ بدست آمده برای گرافین در تطابق خوبی با نتایج تجربی هستند. هیدروژن دار کردن گرافین تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی خواص مکانیکی گرافین دارد و می تواند خواص مکانیکی گرافین را تعدیل کند. این تاثیر در دو حالت پوشش هیدروژن به صورت نامنطم(کاتوره ای) و منظم بررسی شده است. مدولهای یانگ و برشی، استحکام کششی و برشی و کرنشهای شکست متناظر از جمله پارامترهایی هستند که تاثیر پوشش هیدروژن روی آنها بررسی شده است.
    کلیدواژگان: گرافین، خواص مکانیکی، دینامیک مولکولی
  • محمد باقری، سیامک اسماعیل زاده خادم صفحات 100-108
    در این تحقیق اثر نانو خاک رس بر عمر خستگی فنر هوایی برایبهبود عمر آنها بررسی می شود. آمیزه های لاستیکی بر پایه NR/BR بدون نانو خاک رس و نیز با 3، 5 و 7 درصد نانو خاک رس به روش اختلاط خمیری ساخته شدند. سپس بر روی نمونه های حاوی نانو خاک رس، به منظور تعیین ساختار نانوکامپوزیت آزمون تفرق اشعه ایکس انجام شد. در ادامه با انجام آزمون رئومتری بر روی آمیزه های خام، زمان پخت هر آمیزه تعیین شد و آمیزه های نهایی به روش پخت گوگردی بدست آمدند. پس از آن نمونه های استاندارد برای انجام آزمون های خواص کششی، گرمازایی، مقاومت پارگی و مقاومت خستگی، تهیه گردیدند. نتایج حاصل نشان دادند که افزایش درصد وزنی نانو خاک رس، باعث افزایش ضریب ارتجاعی، استحکام پارگی و گرمازایی و نیز کاهش استحکام کششی و کشش در نقطه پارگی می شود. همچنین عمر خستگی آمیزه حاوی 3 درصد نانو خاک رس به میزان 33 درصد و آمیزه حاوی 5 درصد نانو خاک رس به میزان 57 درصد نسبت به آمیزه فاقد نانو خاک رس افزایش یافته، در حالی که عمر خستگی آمیزه حاوی 7 درصد نانو خاک رس به میزان 14 درصد کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: فنر هوایی، نانو کامپوزیت، نانو خاک رس، عمر خستگی
  • حسن قاسم زاده، مهدی معرفت*، عزیز عظیمی صفحات 109-122
    سیستم تولید همزمان سرما، گرما و برق، با بازیافت گرمای هدر رفته از محرک، گرما و سرمای مورد نیاز تامین می شود. در این پژوهش، سیستم تولید همزمان نسبت به سیستم رایج برای ساختمان های مسکونی در آب و هوای تهران، از نظر دو معیار صرفه جویی مصرف انرژی و کاهش انتشار آلودگی مقایسه شده است. حالت طراحی سیستم تولید همزمان در این بررسی، طراحی براساس بیشینه برق یا گرمای مورد نیاز و بزرگترین مستطیل برق یا گرمای مورد نیاز می باشند.برای ساختمان مسکونی پنج و یازده طبقه، طراحی سیستم تولید همزمان براساس بزرگترین مستطیل برق، بزرگترین مستطیل گرما و بزرگترین برق مورد نیاز بهترین طراحی ها می باشند. در صورتی که برای تامین سرما چیلر الکتریکی به همراه چیلر جذبی به کار گرفته شود، کارایی قابل توجهی نسبت به سیستم رایج دارند. در بهترین حالت مقدار 13% در مصرف سوخت و 12% از انتشار آلودگی کاسته می شود. در حالتی که فقط چیلر جذبی به کار گرفته شود نسبت به سیستم رایج، مصرف سوخت و انتشار آلودگی بیشتر می شود. در این حالت بدترین استراتژی نیز بزرگترین برق و گرمای می باشند.در بدترین حالت مقدار 39% مصرف سوخت و 56% انتشار آلودگی افزایش می یابد. بازگشت سرمایه برای 11طبقه 5/5 و برای 5طبقه 7 سال بدست آمده است.
    کلیدواژگان: تولید همزمان سرما، گرما و برق، صرفه جویی مصرف انرژی، کاهش انتشار آلودگی، چیلر جذبی
  • مجتبی دهقان، فتح الله قدس*، مهدی گردویی صفحات 123-132
    فرآیند اتصال نورد انباشتی (ARB) به عنوان یکی از روش های تغییر شکل پلاستیک شدید (SPD)، یک فرآیند نورد چندمرحله ایست که منجر به تولید ورق های فلزی با استحکام بالا و ساختار بسیار ریزدانه با ابعاد نانومتری می شود. در این تحقیق 13 سیکل فرآیند اتصال نورد انباشتی با عملیات حرارتی بین سیکلی، بر روی ورق آلومینیوم خالص تجاری انجام و سپس تغییرات ریزساختار قطعه تا دستیابی به دانه های نانومتری بررسی شده است. همچنین با انجام آزمون میکروسختی در جهت ضخامت ورق، تغییرات سختی در جهت ضخامت مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت با انجام آزمون کشش تک مخور در سه جهت نورد (RD)، عمود بر جهت نورد (TD) و زاویه ی o45 نسبت به جهت نورد، چگونگی تغییرات استحکام و درصد افزایش طول نسبی و همچنین ناهمسانگردی خواص مکانیکی ورق طی سیکل های مختلف فرآیند اندازه گیری و بررسی شده است.
    کلیدواژگان: فرآیند اتصال نورد انباشتی (ARB)، نانوساختار، میکروسختی ویکرز، خواص مکانیکی، ناهمسانگردی
  • سمانه کریمی، بهزاد قاسمی صفحات 133-144
    در این مقاله جریان آرام جابجایی آزاد نانوسیال آب و آلومینا در یک محفظه L شکل مورب به روش عددی بررسی شده است. دو دیواره محفظه در دمای گرم، دو دیواره مقابل آنها در دمای سرد و دو دیواره دیگر عایق است. معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی به روش حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل حل شده اند. اثر تغییرات عدد ریلی، درصد حجمی نانو ذرات، نسبت ابعادی محفظه و زاویه محفظه بر جریان و نرخ انتقال حرارت محفظه بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزایش پنج درصد حجمی نانوذرات به آب خالص می تواند تا بیست درصد موجب افزایش انتقال حرارت شود. همچنین نرخ انتقال حرارت محفظه با نسبت ابعادی محفظه نسبت عکس داشته و اثر تغییر زاویه محفظه بر نرخ انتقال حرارت در اعداد ریلی بالا بیشتر از اعداد ریلی پایین است.
    کلیدواژگان: جابجایی آزاد، نانوسیال، محفظه L شکل، عدد ریلی
  • علی اصغر صدیقی، مجید بازارگان* صفحات 145-152
    در این مقاله دودکش ها و یا برج های خنک کننده با آرایش دهانه خروجی متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته است. اثر آرایش دهانه خروجی نسبت به جهت باد بر مسیر حرکت دود و نحوه پخش آن مورد توجه ویژه واقع شده است. برای مدل سازی آشفتگی در جریان دود خروجی از دودکش، از مدل غیر خطی استفاده شده است. هنگام استفاده از دودکش با چندخروجی، مسیر حرکت آلاینده ها و نیز نحوه پخش آن ها وابسته به جهتی است که باد بر دودکش بوزد. بسته به جهت باد، مسیر حرکت آلاینده در مقایسه با حالت دودکش با تک خروجی می تواند به بالاتر و یا پایین تر نسبت به سطح زمین منتقل شود. علت این تغییرات به نحوه تاثیرگذاری میدان های کم فشار پایین دست جریان و پر فشار بالادست جریان بر گردابه های CVRP است. نحوه پخش آلاینده نیز بسته به جهت باد و شکل هندسی خروجی دودکش می تواند دستخوش تغییرات گردد که در این مقاله بررسی می گردد.
    کلیدواژگان: دودکش، آلاینده، چند خروجی، ارتفاع دود خروجی
|
  • Amir Omidvar Pages 1-11
    This paper presents a comparative study of turbulence models performance in prediction the oscillating characteristics of naturally excited jet flows. The unsteady averaged Navier-Stoks equations for turbulent incompressible flow and five variant turbulence closures are used in this study. A large family of turbulence models exists in the literature which is far too extensive to be reviewed here. The models are ranged from simple algebraic expressions for the eddy viscosity to more elaborated formulations which introduce a separate transport equation for each component of the Reynolds stresses. The software, FLUENT 6.3.26, was employed for solving the governing equations. Computational results compared with reported experimental data. The standard k-ε and SST k-ω models clearly showed better results than the others. The accuracy of standard k-ε model decreases with decreasing the nozzle inlet velocity and it failed to predict the minimum excitation velocity (minimum excitation kinetic energy) in the self excited fluidic nozzle.
    Keywords: Oscillating Jet, Naturally, Excitation, Turbulence
  • Mehdi Tajdari, Hamidreza Baharvandi, Alireza Moradkhani Pages 12-21
    Abstract - Vickers test method and many equations presented by researchers are used for determining the fracture toughness of brittle materials.These equations are generally based on the relationship between the crack lengths around the indentation zone of Vickers test and the fracture toughness in the specimen. There is only one equation including a semi-empirical coefficient based on the indentation surface and the fracture toughness of the specimen. In this paper, improvement the accuracy of semi-empirical coefficient in this equation is studied for determining the fracture toughness of specimens without additives and containing 5 wt% phenolic resin experimentally. Increasing the accuracy of semi- empirical coefficient leads the increasing the extent of application and accuracy of the results of fracture toughness obtained from the equation. The accuracy of fracture toughness equation coefficients semi- empirical coefficient from 0.003693 to 0.003655 arrived. This equation has minimal cost of experiments for determining fracture toughness of different brittle materials.
    Keywords: Fracture toughness, Brittle materials, Vickers test, Composite
  • Pages 22-32
    In this paper a CFD code has been developed to investigate effects of the double inlet on the performance of a Stirling type pulse tube refrigerator. In this respect, set of governing equations have been written in a general form such that all porous and non-porous sections of the system can be modeled. In order to discretize the governing equations, a second order method has been used for time, a second order upwind method for mass, enthalpy flow and temperature in the surfaces of the control volumes and the central differential scheme has been employed for pressure and heat conduction terms. Results show that application of double inlet optimizes the phase shift between velocity and pressure and suitably decreases the fluid temperature along the pulse tube, causing to increase COP of the system. Furthermore, it is observed that a minimum temperature of 56.5 K and COP of 0.0352 @ 80 K is attainable using optimum double inlet; whereas, for a simple refrigerator a minimum temperature of 71.3 K and maximum COP of 0.0227 @ 80 K are concluded.
    Keywords: Double inlet, Pulse tube refrigerator, Numerical Simulation
  • Mehrdad Jabbarzadeh Pages 33-45
    Abstract - In this article, thermal buckling analysis of functionally graded annular sector plate is studied. The mechanical and thermal properties of the functionally graded sector plate are assumed to be graded in the thickness direction. The equilibrium and stability equations are derived based on the first order shear deformation plate theory (FSDT) in conjunction with nonlinear von-karman assumptions. Differential quadrature method is used to discretize the equilibrium and stability equations. In this method a non-uniform mesh point distribution (Chebyshev-Gauss-Lobatto) is used for provide accuracy of solutions and convergence rate. By using this method, there is no restriction on implementation of boundary conditions and various boundary conditions can be implemented along any edges. Finally, The results compared with other researches and the effects of plate thickness, sector angle, annularity, power law index and various boundary conditions on the critical buckling temperature are discussed in details.
    Keywords: Thermal buckling, FGM, differential quadrature method, Sector plates
  • Pages 46-55
    Terfenol-D, known as a giant magnetostrictive material, is used in many sensors such as force sensor. In these sensors, external force is measured due to variation of magnetic flux density passing through Terfenol-D. To improve the performance, Terfenol-D is exposed to bias magnetic field and mechanical pre-stress. In this paper, Effects of bias magnetic field and mechanical pre-stress on sensitivity and linear measurement range of a force sensor are studied and optimum values of them are recognized. Initially based on magnetomechanical coupling equations, theoretical model of sensor that includes effective parameters on sensitivity and linear measurement range is developed. Then using experimental set-up, magnetomechanical properties of Terfenol-D are investigated and values of essential parameters for theoretical model are extracted. Finally, employing theoretical model and experimental results, the response of sensor under dynamic external forces is simulated and effects of bias magnetic field and mechanical pre-stress on sensitivity and linear measurement range of the sensor are studied. Based on the obtained results, to increase sensitivity and linear measurement range of sensor, values of bias magnetic field and mechanical pre-stress should be relatively determined considering the amplitude of external force.
    Keywords: Force sensor, Terfenol, D, Bias magnetic field, Mechanical pre, stress, Sensitivity
  • Niloufar Sarabchi, Rahim Khoshbakhti Saray Pages 56-69
    A tri-generation cycle consisting of a homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine and an ammonia-water absorption cogeneration cycle are proposed and analyzed. The energy of engine exhaust gases are utilized to run absorption cogeneration cycle. Also the energy of cooling water can be used in residential applications. A single zone model with capability to consider chemical kinetic talculations is developed for the HCCI engine. The results show that increasing the pump pressure ratio of the cogeneration cycle causes a decrease in the refrigeration output and an increase in first law efficiency. At a particular value of this pressure ratio the second law efficiency is maximized. It is shown that the contribution of engine in the total exergy destruction in the tri-generation system is much higher than those of the other components. With an ammonia concentration of 0.4 in the solution leaving the absorber and with an ambient temperature of 25oC, the maximum exergy efficiency occurs when the pump pressure ratio is 9.486. At this condition, the fuel energy saving ratio and CO2 emission reduction are 27.97% and 4.8%, respectively. It is also shown that the second law efficiency of the tri-generation system is 5.4% higher than the second law efficiency of the HCCI engine.
    Keywords: Tri, generation system, Homogeneous charge compression ignition, Absorption refrigeration, Exergy
  • Karim Shelesh, Nezhad Pages 70-78

    Nanocomposites based on polypropylene/wood fiber (PP/WF 70/30) compound containing 2.5 to 10 phc of nano-CaCO3 and 5 phc of maleated polypropylene (MAPP) as compatibilizer were prepared by melt compounding followed by injection molding. The mechanical properties, thermal behavior as well as water absorption were characterized and the morphology was studied using scanning electron microscopy. The presence of nano-CaCO3 declined the amount of water absorption as high as 60 wt%. The incorporation of nano-CaCO3 into PP/WF compounds led to the 12% increment of flexural modulus, 22.5% rise in impact strength, and 9% increase in elongation at break. The results of DSC experiments indicated that the addition of nano-CaCO3 can elevate the crystallization temperature and reduce the degree of crystallinity of PP in PP/WF/CaCO3 nanocomposites. The maximum values of crystallinity, flexural modulus and flexural strength were achieved at 5 phc loading of nano-CaCO3, and the maximum crystallization temperature and impact strength were attained by adding 7.5 phc of nano-CaCO3. The reduction of tensile strength, as high as 8.8%, in PP/WF/CaCO3 nanocomposites was attributed to the decrease of PP crystallinity, as well as the presence of nano-CaCO3 at the PP/WF interface.

    Keywords: PP, WF nanocomposite, nano, CaCO3, Mechanical properties, thermal behavior, water absorption
  • Pages 79-92
    Ttriangulation technique is one of the most commonly techniques used in three dimensional measurements. The depth reconstruction accuracy is a direct impact of the quantization process, and so it is related to the pixel size of the sensor. By decreasing the pixel size, the accuracy can be improved however it will affect the quality of the image as it reduces the SNR. Dithering technique may be used to reduce the errors during quantization. The current study introduces a novel technique in which a relative fine movement between object and sensor is generated during picture capture. The calibration of laser and camera is another important factor affecting the accuracy of the scanner. In this study, the laser is calibrated in high precision with the camera simultaneously without any extra mechanical device. The paper firstly describes the theory of the noise introduction technique followed by modeling and simulation of the process. The results obtained from simulation show great improvement in measurement accuracy. To evaluate the result in a real world, a control rig was designed and built following which experiment were performed. The results showed considerable improvement in measurement accuracy. The result of both simulation and experiments are reported.
    Keywords: Laser scanning, Ttriangulation technique, Dithering technique, Error analysis
  • Arefesadat Hadizadeh Kheirkhah, Esmaeel Saievar Iranizad Pages 93-92
    Molecular dynamics simulations have been performed to study the mechanical properties of hydrogen functionalized graphene. We find out that Young’s modulus and tensile strength of pristine graphene are in good agreement with experimental results. It is shown that hydrogen functionalization can considerably modify the mechanical properties of graphene. It is also found that the patterned orrandom hydrogen coverage have different effects on the mechanical properties of graphene. Using molecular dynamics simulation, we study the mechanical properties of hydrogen functionalized graphene under tension and shear deformations at constant room temperature. Young’s modulus and shear modulus, tensile and shear strengths and tensile and shear fracture strains are mechanical parameters that are calculated in order to investigate the mechanical properties of hydrogen functionalized graphene. Results show that in some cases, hydrogen coverage pattern is important independent of its coverage percentage. The underlying mechanisms were explained considering the difference between sp^2 and sp^3 hybridization.
    Keywords: graphene, Mechanical properties, Molecular Dynamics Simulation
  • Pages 100-108
    The objective of this work was to investigate the effect of nanocaly on fatigue life of air spring. The studies on the air spring fatigue life have shown that the inner layer of the rubber composite bellows of the air spring plays the most important role on its fatigue life. So, as a new idea to improve the life of the air spring, in this research, NR/BR and 0, 3, 5, 7 % of nanoclay were separately melt-blended. X-ray diffraction was employed to characterize the nanocomposite morphology. Then, the curing time of the unvulcanized compound was defined by rheometer test and the final nanocomposites compounds were provided according to their curing characteristics. After that, tensile, heat built-up, tear and fatigue tests were performed on the standard test specimens. It was shown that by increasing the nanoclay percentage, the elasticity modulus, tear strength and heat built-up were increased whereas tensile strength and elongation at break point were decreased. The results also showed that by the addition of 3 % and 5 % of nanocaly to NR/BR, its fatigue life was increased about 33 % and 57 %, respectively, whereas the fatigue life of the compound containing 7 % nanoclay was decreased about 14 %.
    Keywords: Air spring, Nanocomposite, Nanoclay, Fatigue life
  • Pages 109-122
    In the combined cooling, heating and power system, electricity is produced by prime mover. Recovered heat from the prime mover supplies heating and cooling demands.In this research, primary energy saving and carbon dioxide emission reduction are employed to evaluate the performances of cchp system compared with conventional system for residential buildings in Tehran. The combined cooling, heatig and power system follows Maximum electrical or thermal demand and Maximum rectangle electrical or thermal demand management.The results indicate that cchp system for residential five, eleven-storey buildings, in maximum rectangle electrical demand, maximum rectangle thermal and maximum electrical demand modes is the best strategy, if cooling demand is produced by absorption chiller and electric chiller. In the best strategy, primary energy saving and carbon dioxide emission reduction are 13% and 12%, respectively.If cooling demand is produced only by absorption chiller, primary energy saving and carbon dioxide emission reduction are decreased. In this case, maximum electrical and thermal demands are the worst strategies. In the worst case, energy consumption and carbon dioxide emission in cchp are increased 39% and 56% compared to the conventional system, respectively. Payback period in these strategies are calculated 5.5 and 7 years for 11 and 5 tories.
    Keywords: combined cooling, heating, power, energy saving, carbon dioxide emission reduction, absorption chiller
  • Mojtaba Dehghan Pages 123-132
    Accumulative roll bonding (ARB) is a severe plastic deformation (SPD) process that may be defined as multistep rolling process in order to create high strength metals with ultra-fine grained (UFG) in nanometer level. In this study,ARB process with interpassing heat treatment was carried out on the commercial pure Aluminium sheet up to 13 cycles.The variation of microstructure during the cycles of ARB process to access to grains with nanometer dimensions was investigated. In addition, micro-Vickers hardness measurement was carried out throughout thickness of the ARB processed sheets. Eventually, the changes of strength and elongation and also anisotropy of mechanical properties of the sheets during the cycles of process was studied by uni-axial tensile test in 3 directions (roll direction (RD), transverse direction (TD) and direction of 45o toward RD).
    Keywords: ARB Process, Nanostructure, Micro, Vickers Hardness, Mechanical Properties, Anisotropy
  • Samaneh Karimi, Behzad Ghasemi Pages 133-144
    A numerical investigation of water-alumina natural convection laminar flow in an inclined L shape cavity is performed. Two wall of the cavity are hot with the temperature of Th, two walls are cold with the temperature of Tc, and two other walls are thermally adiabatic. The two dimensional continuity, momentums and energy equations are solved numerically with a finite volume approach using the well known SIMPLE algorithm. The influence of pertinent parameters such as Rayleigh number, Ra, solid volume fraction,, inclination angle,, and cavity aspect ratio, A, on the fluid flow, fluid temperature and cavity heat transfer characteristics is studied. The results indicate that nanofluid with higher nanoparticles has better performance. The results also show that the inclination angle has a significant effect on the heat transfer performance at high Rayleigh numbers.
    Keywords: Natural convection, nanofluid, L shape cavity, Rayleigh number
  • Pages 145-152
    In this paper, pollutants flows coming out of stacks or cooling towers with different outlet shapes have been numerically studied. The effects of exhaust outlet on plume rise, and the pollutant dissipation are investigated. To simulate the flow turbulence, realizable k – ε model is employed for the case of a stack flow with more than one exhaust outlet on the influence of wind condition. The plume rise and dissipation of pollutant are depending on the direction of the wind and the shape of exhaust outlet. Depending on wind direction and shape of exhaust outlet, higher or lower levels of plume rise can be obtained with various kind of pollutant dissipation. These changes are due to the influence of high pressure upstream and low-pressure downstream flow fields of outlet from stacks on the counter vertex rotating pair. The maximum concentration and dissipation of pollutant for various wind directions and output configurations are examined.
    Keywords: stack, pollutant, multi, flue, plume rise