فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هفدهم شماره 3 (خرداد 1396)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال هفدهم شماره 3 (خرداد 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/02/23
  • تعداد عناوین: 49
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • کبری قرئلی، اسحاق قرایی، مجید سلطانی صفحات 1-9
    هنگامیکه توربین بادی محور افقی تحت شرایط یاو کار میکند، هر مقطع از پره های توربین را می توان بصورت یک ایرفویل دارای حرکت نوسانی پیچشی که در معرض جریان سیال با سرعت متغیر است در نظر گرفت. تغییر نوسانی مقدار سرعت جریان، که معمولا نادیده گرفته میشود، دارای فرکانسی برابر با فرکانس نوسان تغییر زاویه حمله می باشد و منجر به بارهای متغیر وارد بر پره می گردد. به منظور بررسی تاثیر نوسان سرعت، یک ایرفویل نوسانی دو بعدی از نوع ناکا-0012 در عدد رینولدز 135000 شبیه سازی شده است.در این شبیه سازی، پارامترهای دامنه کاهیده ، فرکانس کاهیده و اختلاف فاز بین نوسان تغییر زاویه حمله و نوسان تغییر مقدار سرعت به این ترتیب در نظر گرفته شده اند:: k≤0.25 ، 0.2≤λ≤0.8> و φ=0 ،π . نتایج بدست آمده نشان می دهند دامنه نوسان سرعت ناپایا، تاثیر بسیار چشمگیری بر نیروهای آیرودینامیکی وارد بر پره دارد به طوری که میتواند نیروی برآ را بیش از 7 برابر حالت استاتیکی و بیش از 3 برابر نتایج بدست آمده از جریان با سرعت ثابت افزایش دهد. با توجه به مقدار اختلاف فاز، افزایش λ می تواند زاویه وقوع واماندگی دینامیکی را تا 1 درجه به تعجیل و یا تا 7درجه به تعویق اندازد. در حالی که افزایش k همواره باعث به تاخیر افتادن تشکیل گردابه کم فشار و در نتیجه تاخیر وقوع واماندگی دینامیکی می گردد.
    کلیدواژگان: واماندگی دینامیکی، فرکانس کاهیده، جریان آزاد ناپایا، ایرفویل نوسانی، توربین باد
  • اکرم جهانبخشی، افشین احمدی ندوشن، آرش شاد، مهسا فرزانه صفحات 10-18
    در مقاله حاضر، به بررسی عددی اثر وجود پره های دندانه ای بر انتقال حرارت جابجایی آزاد بین حلقوی های هم مرکز پرداخته شده است. کانال خارجی در حلقوی های مورد بررسی، دایره ای بوده و کانال های داخلی شامل سه سطح مقطع دایره ای، مربعی و مثلثی است. مساحت حلقوی ها و همچنین قطر کانال بیرونی حلقوی به عنوان یک قید هندسی در تمامی موارد مورد بررسی در این پژوهش یکسان فرض شده است. مساحت پره ها نیزیکسان است و بر روی سطح داخلی قرار گرفته اند تا بتوان اثر آن ها را بر خواص گرمایی حلقوی با شرط مرزی دما ثابت روی سطوح آن و در بازه اعداد رایلی بین 105 تا 108 مقایسه نمود. نتایج نشان داد که با افزایش عدد رایلی و در نتیجه سرعت، ضریب انتقال حرارت جابجایی سطوح افزایش پیدا می کند. با این وجود، حضور پره ها مقادیر ضریب انتقال حرارت کانال داخلی را تا حدود 50% کاهش داده در حالیکه این ضریب برای کانال خارجی افزایش می یابد. همچنین برای حلقوی دایره ای با افزایش عدد رایلی در دو حالت بدون پره و پره دار، عدد ناسلت به ترتیب حدود 71 % و 64% افزایش دارد و به طور کلی وجود پره ها باعث افزایش 13 درصدی نرخ انتقال حرارت نسبت به حالت بدون پره از سطوح حلقوی ها شده است.
    کلیدواژگان: حلقوی های هم مرکز، جابجایی آزاد، پره، شبیه سازی عددی
  • محمد علی فقیه علی ابادی، محمدرضا مه پیکر صفحات 19-30
    بخارآب در توربین های کم فشار به علت مافوق سرد شدن باعث پدیده جوانه زایی می شود. در اکثر این مدلسازی ها برای محاسبه شعاع قطرات از مدل تک شعاعی جهت کاهش محاسبات استفاده می شود. شواهد آزمایشگاهی در مورد جریان های چگالشی حتی یک بعدی وجود اندازه چندگانه شعاع قطرات را اثبات می نماید. در این مقاله جهت واقعی تر شدن مدل رشد قطرات از روش چندشعاعی با استفاده از معادله جوانه زایی کلاسیک اصلاح شده و روش یک بعدی با حل تقریبی HLL برای مسئله ریمان استفاده می شود. بدین منظور برای محاسبه روش چند شعاعی رشد قطرات، برای اولین بار مدل ساده ای را درروش اویلری-اویلری ارائه می گردد. در این روش ابتدا تعدادی حجم کنترل در منطقه جوانه زایی لحاظ شده که قطراتی که در هریک از این حجم کنترل ها تولید می شوند را در گروهی قرار می دهد و سپس قطرات جدیدی که در سایر حجم کنترل های بعدی تولید می گردد را با استفاده از نسبت تعداد قطرات در هریک از گروه های موجود جهت ادغام قطرات جدید با این گرو ه ها و همچنین جهت ثابت ماندن تعداد گروه ها، توزیع می کند. این گروه ها به صورت جداگانه تا انتهای نارل رشد می کنند و هرکدام از این گروه ها دارای رطوبت، دما، تعداد قطرات و شعاع خود می باشند. بر طبق نتایج درمدل چندشعاعی پیشنهادی مقدار جوانه زایی و تعداد قطرات بیشتر از مدل تک شعاعی است ولی مقدار شعاع متوسط قطرات کمتر از مدل تک شعاعی و به شعاع تجربی نازل مور با تفاوت 10 درصدی بسیار نزدیک تر است. هردو مدل از نظر توزیع فشار تطابق خوبی با نقاط تجربی دارد ولی در مجموع مدلسازی به روش چند شعاعی پیشنهادی به ویژه از نظر نزدیکتر شدن شعاع قطرات به نتیجه آزمایشگاهی به مراتب دقیق تر است.
    کلیدواژگان: چندشعاعی، تک شعاعی، جوانه زایی، رشد قطره، گروه قطراه
  • حدیثه کریمایی، سید مصطفی حسینعلی پور، احسان موحدنژاد صفحات 31-36
    پیش بینی نحوه توزیع قطر قطرات اسپری به پارامترهای مختلفی چون خصوصیات فیزیکی، سرعت سیال و محیط گازی اطراف و هندسه داخلی انژکتور بستگی دارد. مرحله تشکیل قطرات دارای تنوع فراوان از نظر قطر و سرعت قطرات می باشد و با یک دیدگاه آماری قابل پیش‏بینی است. اصل ماکزیمم آنتروپی، یکی از متداول ترین و بهترین روش هایی است که در کنار معادلات بقاء برای پیش بینی توزیع سایز قطرات اسپری استفاده شده است. به دلیل اشکالاتی که در این مدل وجود دارد، نتایج حاصل از پیش بینی این مدل با نتایج تجربی به خوبی مطابقت ندارند. از این رو در این مقاله، از یک دیدگاه متفاوت برای بهبود نتایج مدل ماکزیمم آنتروپی استفاده شده است. بدین ترتیب که اصلاح مدل ماکزیمم آنتروپی به وسیله ترکیب این مدل با زیرمدل دینامیک سیالات محاسباتی صورت گرفته است. به کمک زیر مدل دینامیک سیالات محاسباتی و حل عددی جریان داخل انژکتور، عبارت چشمه انرژی با تخمین انرژی جنبشی با دقت بیشتری برآورد شده است و در مدل ماکزیمم آنتروپی استفاده شده است. در واقع با استفاده از این زیرمدل در مدل ماکزیمم آنتروپی، دقت پیش بینی مشخصه های اسپری بهبود داده شده است. همچنین نیاز مدل ماکزیمم آنتروپی به داده های تجربی ورودی نیز کاهش داده شده است. به کمک این مدل ترکیبی، به نوعی اثر بالادست جریان اسپری بر روی توزیع قطر قطرات با دقت خوبی لحاظ گردیده است. نتایج مدل حاضر توافق خوبی را با نتایج تجربی در دسترس نشان داده است.
    کلیدواژگان: مدل ماکزیمم آنتروپی، توزیع قطر قطرات، جریان داخلی انژکتور، دیدگاه آماری، عبارت چشمه انرژی
  • فتح الله امی، جواد وزیری نایین نژاد، سید حسین موسوی صفحات 37-46
    در هسته مرکزی هیدروسیکلون های معمول، جریان ثانویه در جهت عکس جریان اولیه که مجاور دیواره فعالیت می کند گردش دارد و باعث ایجاد چاه فشار در محور مرکزی هیدروسیکلون می شود. این چاه فشار موجب کشیده شدن ذرات به هسته مرکزی و فرار ذرات سبک تر از مقطع بالایی هیدروسیکلون می شود. لذا در این پژوهش با افزودن چشمه صوت در هسته مرکزی هیدروسیکلون، عملکرد یک هیدروسیکلون آکوستیک در جداسازی ذرات بررسی می شود. سپس اثر زاویه شیب بدنه سیکلون با افق بر عملکرد هیدروسیکلون تعیین می گردد. به این منظور ابتدا مدل مناسب تحلیل جریان دو فازی و مدل مناسب جهت شبیه سازی آشفتگی، جریان سیال به صورت عددی تحلیل و نتایج با داده های آزمایشگاهی صحه گذاری می شود. حل عددی قدرت بهینه و فرکانس لازم برای تحریک آکوستیک را تعیین می کند و نشان می دهد در زوایای شیب مختلف چه قطری از ذرات با چه سرعتی بهتر جدا می شوند. همچنین در این پژوهش قطر و سرعت پاشش ذرات که در آن به کارگیری چشمه صوت، بیشترین تاثیر را بر افزایش بازده جداسازی ذرات دارد معرفی می شود. در انتها با اعمال الگوریتم ژنتیک با تابع دو هدفه، از میان تمام حالت های موجود، مدلی که از نظر بیشترین بازده جمع آوری ذرات و کمترین افت فشار بهینه است، معرفی می گردد.
    کلیدواژگان: هیدروسیکلون، چشمه صوت، قطر ذرات، جداسازی، بهینه سازی
  • احسان شکوری، حسین حقیقی حسنعلی ده، سیف الله غلامپور صفحات 47-54
    استخوان ها بر اثر سانحه، کهولت سن و بیماری دچار شکستگی می شوند. برای درمان شکستگی استخوان ضروری است استخوان در محل مناسب ثابت نگه داشته شود. در شکستگی های پیچیده، برای ثابت نگه داشتن موضع شکستگی از ابزار و تجهیزات ثابت سازی داخلی و خارجی استفاده می شود. به منظور اتصال تجهیزات نگهدارنده، سوراخکاری استخوان الزامی می باشد. در حین سورخکاری استخوان، نیروهای لازم جهت تشکیل براده، باعث افزایش دما می گردند. اگر دما تولید شده از 47 درجه سانتیگراد فراتر رود، باعث پدیده نکروز حرارتی در استخوان می شود. نکروز حرارتی سبب عدم ثابت سازی و در نتیجه جوش خوردگی نادرست استخوان می گردد. در تحقیق حاضر سعی گردیده است تا تاثیر خنک کار گاز بر کاهش دمای موضع سوراخکاری بررسی شود و همچنین تحلیل آماری این فرآیند مطالعه گردد. آزمون ها با استفاده از تزریق مستقیم گاز نیتروژن به وسیله مته اینترنال کولانت انجام پذیرفته است. نتایج حاصله نشان دادند که بکارگیری خنک کار گاز، ازدیاد دمای سوراخکاری را تا 15 درجه سانتیگراد کاهش داده و از وقوع نکروز حرارتی جلوگیری شده است. حداکثر ازدیاد دمای سوراخکاری معمولی 56 درجه سانتیگراد بوده، در حالی که با استفاده از خنک کار گاز میزان ازدیاد دما 43 درجه سانتیگراد بدست آمده است. همین امر سبب شده تا احتمال وقوع نکروز حرارتی در سوراخکاری استخوان با خنک کاری مستقیم گاز نیتروژن از بین رود. تحلیل آماری نیز نشان دهنده آن است که در سوراخکاری با خنک کاری مستقیم گاز نیتروژن، تغییرات دما تقریبا مستقل از سرعت چرخشی می باشد.
    کلیدواژگان: سوراخکاری استخوان، نکروز حرارتی، گاز نیتروژن، مته اینترنال کولانت
  • محمد جوزی، فرزاد ویسی، مرتضی غلامزاده صفحات 55-62
    آب گرمکن های خورشیدی لوله خلاء یکی از رایج ترین انواع آب گرمکن های خورشیدی هستند و در سال های اخیر به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند. کلکتور های لوله خلاء در مقایسه با کلکتور های صفحه تخت ضریب جذب بالاتر و اتلاف حرارتی پایین تری دارند. عوامل بسیاری بر عملکرد حرارتی این آب گرمکن ها تاثیر گذارند و تحقیقات بسیاری در زمینه ی افزایش راندمان آن ها انجام شده است. در این پژوهش به صورت تجربی عملکرد حرارتی یک نمونهی اصلاح شده از کلکتورهای خورشیدی مورد مطالعه قرار گرفته است. دو نمونهی آزمایشگاهی یکی با ساختار اصلاح شده و دیگری مشابهی نمونه های تجاری، ساخته شده و تحت تابش خورشیدی برابر و دمای محیط یکسان عملکرد آنها مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که این اصلاح ساختار تاثیر مطلوبی بر کارایی کلکتور دارد. این تغییر ساختار، توزیع دما در لوله و مخزن را یکنواختتر کرد و موجب افزایش راندمان کلکتور تا 11درصد شد. باید اضافه کرد که جذب انرژی حرارتی در مدل اصلاح شده در مدت زمان یک ساعت حدود 25 درصد بیشتر از نمونهی معمولی بود. ضمن اینکه تاثیر شدت تابش خورشیدی بر دمای متوسط آب درون مخزن ذخیره در هر دو نمونه بررسی شده است. در این پژوهش از روشی تجربی جهت محاسبه ی تابش دریافتی لوله های خلاء استفاده شده است.
    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، بررسی تجربی، عملکرد حرارتی، کلکتور لوله خلاء
  • سینا باقری، سعید توانگر روستا، محمدرضا صابر، سیدهادی معتمدالشریعتی صفحات 63-71
    دیوارهای بلست به منظور کاهش شدت موج بلست انفجار و محافظت از اهداف مهم مورد استفاده قرار می گیرند. این موانع با انعکاس بخشی از موج بلست به سمت منبع انفجار و ایجاد آشفتگی در جریان موج، شدت آن را کاهش می دهند. شکل هندسی دیوارهای بلست به عنوان عاملی تاثیرگذار می تواند موجب کاهش شدت موج بلست و افزایش اثر محافظتی این نوع موانع گردد. در این تحقیق زوایای خمیدگی مختلف دیوارهای بلست با شکل هندسی «سایبان»، به منظور دستیابی به یک زاویه بهینه خمیدگی با بیشترین میزان میرایی موج بلست مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی برخورد موج بلست با دیوار از دینامیک سیالات محاسباتی به روش حجم محدود و نرم افزار متن باز اپن فوم استفاده شده است. نتایج شبیه سازی عددی که با استفاده از مدل آشفتگی LES انجام شده است، توصیف دقیق تری از مکانیزم میرایی موج بلست با استفاده از مانع با شکل هندسی سایبان ارائه کرده است. همچنین مقایسه ی نتایج بیشینه فشار و گردابه های ایجاد شده در پشت مانع سایبان با دیوار کاملا عمودی، نشان می دهد که استفاده از مانع با هندسه ی سایبان تا حدود 14% میزان میرایی موج بلست را افزایش می دهد. از طرف دیگر، با افزایش زاویه قسمت خمیده مانع سایبان از صفر تا 67.5 درجه، به تدریج میزان میرایی موج بلست برخورد کرده به مانع تا حدود 4% افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: دیوار بلست، موج بلست، دینامیک سیالات محاسباتی، هندسه سایبان
  • مجید مولایی، حامد دیلمی عضدی، مهدی صفری صفحات 72-78
    کشش عمیق هیدرومکانیکی یک فرآیند پیشرفته شکلدهی فلزات می باشد که در آن از فشار بالای سیال به منظور شکل دادن قطعات پیچیده استفاده می شود. قطعات مخروطی از جمله قطعاتی هستند که به دلیل سطح تماس کم میان پیشانی سنبه و ورق، امکان نازک شدگی و در نتیجه پارگی در مراحل شکل دهی آنها زیاد می باشد. در این مقاله به بررسی تجربی و عددی فرآیند شکل دهی هیدرومکانیکی یک قطعه مخروطی دولایه از جنس های آلومینیوم 3003 و فولاد IF پرداخته می شود. بدین منظور اثر پارامترهای مختلف فرآیند از جمله ضریب اصطکاک، ترتیب چیدمان لایه ها و همچنین نسبت ضخامت لایه ها بر ناحیه ایمن کاری مورد مطالعه قرار می گیرد. ناحیه ایمن کاری در این فرآیند، محدوده مناسب فشار محفظه ای و نسبت کشش را برای دستیابی به قطعه بدون پارگی مشخص می کند. نتایج نشان می دهد کاهش اصطکاک میان ورق و ورقگیر، افزایش ضریب اصطکاک بین سنبه و ورق، افزایش ضخامت لایه با شکل پذیری بالاتر و همچنین قرار گیری فولاد به عنوان لایه بیرونی، باعث افزایش نسبت حدی کشش و گسترده تر شدن محدوده کاری مجاز جهت تولید قطعه مخروطی دولایه بدون پارگی می گردد. در نهایت با مقایسه نتایج به دست آمده از بررسی تجربی و شبیه سازی عددی انطباق خوبی بین نتایج مشاهده گردید.
    کلیدواژگان: کشش عمیق هیدرومکانیکی، ورق دولایه، قطعه مخروطی، روش اجزای محدود، ناحیه ایمن کاری
  • امین نوریان، علیرضا اکبرزاده توتونچی صفحات 79-86
    عملگرهای کشویی دارای سیستم رانش برپایه ی بال اسکرو، یکی از پرکاربردترین و دقیق ترین محرک های مورد استفاده در صنعت رباتیک و نیز رکن اصلی ربات های موازی مانند استوارت-گوف هستند. به علت تحمل نیروهای محوری سنگین به وسیله ی این عملگرها، بروز تغییر شکل های الاستیک در اجزای اصلی آن ها اجتناب ناپذیر است. این امر باعث کشیدگی و فشردگی پیستون و بال اسکرو و در نتیجه، کاهش دقت موقعیت دینامیکی در این عملگرها می شود. وجود معادلات دینامیکی دقیق کمک بزرگی به کنترل این خطاها می کند. اکثر مدل های دینامیکی با رویکرد پارامتر توده ای که تاکنون برای توصیف این عملگرها به کار رفته اند، دارای یک درجه آزادی در حالت صلب و دو یا سه درجه آزادی در حالت انعطاف پذیرهستند و سفتی اجزا به صورت ثابت در نظر گرفته شده است. در این پژوهش با استفاده از روش لاگرانژ، معادلات دینامیک مستقیم یک عملگر کشویی دوار استخراج شده است که دارای سه درجه آزادی محوری و نیز سیستم رانش برپایه ی بال اسکرو است. علاوه بر سفتی محوری پیستون، بال اسکرو نیز به صورت انعطاف پذیرو با سفتی متغیر در نظر گرفته شده است. نکته قابل توجه در این پژوهش، نحوه ی مدل سازی سفتی متغیر در بال اسکرو است. در این مدل، با حرکت مهره روی بال اسکرو، طول فعال بال اسکرو و سفتی آن تغییر می کند که بسیار شبیه به واقعیت است. علاوه بر روش تحلیلی، این مدل به کمک روش المان محدود در نرم افزار آباکوس نیز شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج روش تحلیلی و روش المان محدود با هم مقایسه شده اند.
    کلیدواژگان: عملگر کشویی، رویکرد پارامتر توده ای، روش لاگرانژ، بال اسکرو، سفتی متغیر
  • مینا کمالی مقدم، مسعود طهانی صفحات 87-92
    هدف از این مقاله بررسی رفتار شکست نانولوله ی کربنی به وسیله ی مدل اصلاح شده مکانیک مولکولی ساختاری و شبیه سازی آن به کمک روش المان محدود می باشد. مدل اصلاح شده مکانیک مولکولی ساختاری، یک المان تیر سه بعدی با مقطع عمومی است که در آن سفتی های خمشی داخل و خارج از صفحه به صورت مستقل تعریف می شود. در تحلیل های انجام شده، نانولوله ی کربنی به صورت دوسرگیردار در نظر گرفته شده و با نرخ کرنش ثابت تحت تنش کششی قرار داده می شود تا شکست در نانولوله ایجاد گردد. رفتار پیوندهای کربن-کربن به صورت غیر خطی در نظر گرفته شده که در کرنش 19% دچار گسیختگی می شود. همچنین بسته به تغییر رفتار مکانیکی پیوندها در دماهای مختلف پیش بینی می شود رفتار شکست در نانولوله ها وابسته به دمای محیط باشد. بنا به تحقیقات انجام شده، با افزایش دما، مدول یانگ نانولوله کاهش و ضریب پواسون افزایش می یابد. همچنین با افزایش دما، تنش و کرنش نهایی شکست کاهش پیدا می کند. در نهایت نتایج نشان می دهد که می توان رابطه ای غیرخطی (چندجمله ای) بین دما و مدول یانگ تعریف کرد که ثوابت آن وابسته به کایرالیتی نانولوله ها تغییر می کند.
    کلیدواژگان: نانولوله ی کربنی، مکانیک محیط پیوسته، رفتار شکست در نانولوله ها، اثر دما بر شکست
  • زهرا طالب پور، حمید نیازمند صفحات 93-104
    در بسیاری از فرآیندهای مهندسی و صنعتی، اسپری نقش مهمی را ایفا می کند. در این راستا، بررسی نرخ انتقال حرارت از ذرات در محیطی با طیف وسیعی از ساختارهای گردابه ای همانند گردابه های آشفته، از اهمیت بسزایی برخوردار است. اثرات متقابل بین این ساختارهای گردابه ای و ذرات کروی به طور قابل توجهی بر نرخ انتقال حرارت از ذرات و طول عمر آن ها تاثیر می گذارد. در تحقیق حاضر، انتقال حرارت گذرای یک ذره کروی در تعامل با ورتکس های تصادفی در جریان تراکم ناپذیر و لزج با استفاده از حل عددی معادلات ناویر- استوکس و انرژی در Re=100 با الگوریتم محاسباتی توسعه یافته، مطالعه شده است. به منظور اطمینان از صحت محاسبات، نتایج با داده های عددی در دسترس در مقالات مقایسه و هماهنگی خوبی بین نتایج مشاهده گردید. در ابتدا حوزه تاثیر ورتکس حول ذره با شبیه سازی دو ورتکس مشابه و با در نظر گرفتن اثر آن ها بر عدد ناسلت تعیین شده است. سپس، با استفاده از این حوزه تاثیر، اثر تعداد ورتکس های تصادفی با ساختارها و موقعیت های مختلف بر نرخ انتقال حرارت از ذره بررسی شده است. نشان داده شده که تنها 4 و یا 5 ورتکس می تواند به خوبی اثرات یک محیط گردابه ای با تعداد بیشتری از ورتکس ها را بر نرخ انتقال حرارت از یک ذره پیش بینی کند. به علاوه، نتایج نشان می دهد که برای تعداد 4 و یا بیشتر از ورتکس ها، عدد ناسلت در بازه ای محدود نسبت به مقادیر مربوط به عبور جریان بدون ورتکس از روی ذره تغییر می کند. به علاوه، افزایش در اندازه ورتکس ها منجر به نرخ انتقال حرارت بیشتر می شود.
    کلیدواژگان: تعامل ورتکس، ذره، جریان گردابه ای، ذره کروی، ورتکس های تصادفی
  • حمیدرضا طالش بهرامی، سعید زارعی، حمید صفاری صفحات 105-114
    در این مقاله چگالش قطره ای نانوسیال روی یک صفحه مسطح شیب دار بررسی شده است. برای این کار مقاومت حرارتی تک تک قطرات محاسبه شده و سپس انتقال حرارت کل با استفاده از روش توازن تعداد استخراج گردید. نانوسیال های مورد بررسی در این مطالعه آلومینا ، اکسید تیتانیوم و نقره با سیال پایه آب می باشد. اثر تغییرات نوع نانوسیال، کسر حجمی نانوذره و شیب صفحه بر روی انتقال حرارت در این تحقیق بررسی شده است. خواص نانوسیال اعم از چگالی، قابلیت هدایت حرارتی، ویسکوزیته و گرمای نهان تبخیر از منابع و مقالات در دسترس استخراج و در معادلات وارد شدند. نتایج حاصل در شرایط مشابه، با برخی از داده های تجربی موجود اعتبار سنجی شده است. از تئوری ناسلت برای محاسبه مقدار انتقال حرارت در چگالش لایه ای استفاده شده و برای مقایسه با انتقال حرارت چگالش قطره ای بکار رفته است. با بررسی نتایج می توان به این نتیجه رسید که ضریب انتقال حرارت در حالت صفحه عمودی بیشترین مقدار و با کاهش شیب صفحه از حالت قائم – به دلیل کاهش سرعت زدوده شدن قطره ها کاهش می یابد. همچنین حضور ذرات نانو باعث افزایش انتقال حرارت در پدیده انتقال حرارت قطره ای می شود. ضریب انتقال حرارت در نانوسیالات مختلف، متفاوت و درعین حال در طول صفحه ثابت است. نتایج نشان می دهد برای سه نانوسیال ذکرشده، نانوسیال آب/ نقره دارای بیشترین انتقال حرارت نسبت به دو نانوسیال دیگر در شرایط یکسان می باشد و برای یک نانوسیال مشخص با افزایش کسر حجمی، ضریب انتقال حرارت افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: چگالش قطره ای، نانوسیال، انتقال حرارت، مدل سازی عددی
  • فائزه ایرانمنش، محمد علی نظری صفحات 115-122
    مدل سازی ریاضی پدیده رشد سرطان همانند مدلسازی سایر پدیده های بیولوژیکی این امکان را فراهم می کند تا بسیاری از متغیرهایی که قابل اندازه گیری نمی باشند و نقش مهمی در طی این فرایند ایفا می کنند را پیش بینی و کمی سازی نمود.
    در پژوهش حاضر مدل المان محدودی از پدیده رشد تومور فاقد رگ با در نظر گرفتن مدل ساختاری بافت و تنش های ایجاد شده در آن، ارائه شده است که نتایج حاصل از آن مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارند. در مدل ارائه شده، ساختار تومور و بافت پیرامون آن به صورت یک ماده هایپر الاستیک فرض شده که به مرور زمان بافت تومور رشد می کند. تنش های ناشی از رشد به صورت تابعی از غلظت مواد غذایی و اکسیژن، محتوای جامد تومور و نرخ تکثیر و مرگ سلولی در نظر گرفته شده اند. با استفاده از این مدل می توان تنش های ایجاد شده در بافت در حین فرایند رشد را پیش بینی کرده و فعل و انفعالات میان تومور و بافت پیرامون آن را بررسی نمود. نتایج حاصل از مدل نشان می دهند که تنش های ایجاد شده در تومور به مرور زمان موجب کاهش نرخ رشد تومور می شود. همچنین به منظور بررسی قابلیت های مدل، تاثیر مدول حجمی بافت به عنوان یک عامل تعیین کننده در میزان تراکم ناپذیری بافت، بررسی شده است. بررسی ها نشان می دهند که افزایش مدول حجمی بافت که به معنای افزایش تراکم ناپذیری بافت است، میزان تنش های ایجاد شده در آن را افزایش می دهد که با توجه به اینکه بافت های بیولوژیکی شامل مقادیر قابل توجهی آب می باشند، نتایج واقع گرایانه تری را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: رشد تومور فاقد رگ، مدل المان محدود، مدول حجمی، ماده هایپر الاستیک
  • صالح فلاح، بهزاد قدیری، قاسم حیدری نژاد صفحات 123-134
    ارتعاشات ناشی از جریان در توربوماشین های گذرصوتی از جمله موضوعات مهم و چالش برانگیز این حوزه می باشد. رفتارهای آیروالاستیک پره ها علاوه بر ناپایداری های آیروالاستیک می تواند منجر به خرابی پره ها، ناپایداری جریان و یا کاهش راندمان مجموعه شود. برای مطالعه هر رفتار آیروالاستیک، ابتدا باید رفتار آیرودینامیک مجموعه بررسی شود. هدف این مقاله بررسی رفتار و حدود ناپایداری آیروالاستیک در یک توربوماشین منتخب می باشد. به این منظور، ابتدا جریان گذرصوتی در رتور کمپرسور ناسا 37 بوسیله نرم افزار سی. اف. ایکس. شبیه سازی و راستی آزمایی می شود. سپس، با استفاده از ارتعاش اجباری پره ها در زاویه های فاز بین پره مشخص، پایداری آیروالاستیک پره رتور در سه نقطه طراحی، نزدیک استال و استال بررسی می شود. برای کاهش تعداد نقاط شبکه و در نتیجه زمان محاسبات، از شرط مرزی فاز تاخیری و روش تبدیل فوریه استفاده شده است. همچنین، در این تحقیق، الگوریتم شبکه بندی همزمان سازه و سیال و الگوریتم حل برهمکنش سازه-سیال توربوماشین ها در ارتعاش اجباری سازه، با جزئیات کامل تدوین و معرفی شده است. بکارگیری روش تبدیل فوریه در نرم افزار سی. اف. ایکس. برای شبیه سازی آیروالاستیک از دیگر نوآوری های این مقاله است. در این پژوهش، اندازه زاویه فاز بین پره بحرانی که مستقل از شرایط کارکرد رتور می باشد، بدست آمده است. شبیه سازی های آیروالاستیک رتور ناسا 37 بیانگر ناپایداری آیروالاستیک این رتور در شریط استال می باشد. در این شرایط آنتروپی جریان به شدت نسبت به شرایط طراحی و نزدیک استال افزایش می یابد. سطح فشار پره، نقش بیشتری در ناپایداری آیروالاستیک استال داشته و در فاز طراحی مجدد باید به آن توجه ویژه شود.
    کلیدواژگان: ناپایداری آیروالاستیک، توربوماشین گذرصوتی، آیروالاستیسیته توربوماشین ها
  • بهنام قدیمی، امیر نجات، سید احمد نوربخش، نسیم نادری صفحات 135-142
    دستگاه های کمک رسان بطن با وجود افزایش امید به زندگی در بیماران با ناراحتی قلبی، دارای مشکلاتی نیز می باشند که از آن جمله می توان به خون کاوی به واسطه تنش برشی بالا و همچنین لخته شدن خون اشاره کرد. به همین دلیل آگاهی از نحوه توزیع جریان و اثر پارامترهای مختلف بر میزان خون کاوی در داخل این دستگاه ها اولین قدم برای بهبود کارآیی آنها خواهد بود. در کار حاضر در ابتدا نتایج خون کاوی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی برای جریان آرام در داخل لوله و جریان آشفته در داخل محفظه ای با دیسک چرخان محاسبه شد و به ترتیب با نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی مقایسه گردید و اطمینان از صحت مدل خون کاوی حاصل شد. در ادامه با استفاده از شبیه سازی عددی، توزیع جریان و میزان خون کاوی در داخل یک پمپ محوری و یک پمپ گریز از مرکز به عنوان دستگاه کمک رسان بطن چپ انجام گرفت و شرایط کاری، بازده و میزان خون کاوی آنها با یکدیگر مقایسه شد. نتایج نشان داد که اندیس خون کاوی در پمپ محوری به واسطه بالا بودن تنش برشی و زمان ماند بالاتر از پمپ گریز از مرکز می باشد، که بالا بودن تنش برشی در پمپ محوری رابطه مستقیم با سرعت دورانی بالا و فاصله هوایی پایین بین روتور و پوسته این پمپ در مقایسه با پمپ گریز از مرکز دارد. علاوه بر این، در شرایط مورد نیاز برای گردش خون در داخل بدن، بازده پمپ گریز از مرکز بالاتر از پمپ محوری به دست آمد.
    کلیدواژگان: دستگاه کمک رسان بطن، اندیس خون کاوی، پمپ محوری، پمپ گریز از مرکز
  • علی بخششی، حسین مهبادی صفحات 143-149
    ویسکوالاستیسیته خاصیت دسته ای از مواد است که رفتاری میان دو خاصیت کلی ویسکوز و الاستیک بودن از خود نشان می دهند. در ویسکوالاستیسیته خطی تابع تنش بصورت خطی به تاریخچه قبلی تابع کرنش وابسته است. در این مقاله به تحلیل ارتعاش آزاد ورقهای تابعی ویسکوالاستیک مستطیلی پرداخته شده است. جهت مدل نمودن رفتار ویسکوالاستیک ورق از مدل سه پارامتری زنر استفاده شده است. همچنین خاصیت تابعی بودن ورق با استفاده از مدل توانی کسری حجمی مدلسازی شده است. مقادیر تنش و کرنش به صورت خطی و بر اساس تئوری مرتبه اول تغیر شکل برشی محاسبه شده و شرایط مرزی به صورت چهارطرف ساده در نظر گرفته شده است. با محاسبه مقادیر انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی ورق و کمینه کردن تابع لاگرانژ بر اساس روش ریتز، مسئله مقدار ویژه حاصل و با حل آن مقادیر فرکانس طبیعی ورق بدست آمده است. جهت بدست آوردن مقادیر فرکانس طبیعی، برنامه ایی در نرم افزار متمتیکا نوشته شده است و تاثیر خصوصیات هندسی و ذاتی ورق بر روی مقادیر فرکانس طبیعی آن به صورت جدول و نمودار مورد ارزیابی قرار گرفته است. به منظور صحت سنجی، نتایج بدست آمده در این مقاله به نتایج ورق الاستیک تابعی ساده سازی شده است. مقایسه نتایج بدست آمده و داده موجود در سوابق علمی از تطابق خوبی برخوردار است.
    کلیدواژگان: ورق تابعی ویسکوالاستیک، تئوری مرتبه اول تغیر شکل برشی، فرکانس طبیعی ورق
  • حسام صادقیان، یوسف حجت، مسعود سلیمانی صفحات 150-158
    یکی از روش های توانمند برای دستکاری و جداسازی ذرات میکرونی و زیر میکرونی استفاده از پدیده دی الکتروفورز است، پدیده ای که در آن به ذرات موجود در سیال توسط میدان الکتریکی غیر یکنواخت نیرو وارد می شود. در این تحقیق پس از ارائه روابط تئوری و معادلات حاکم بر این پدیده، یک روش نوین جهت اندازه گیری تجربی نیروی دی الکتروفورز وارد به ذرات ارائه می گردد. این روش بر پایه استفاده از نیروی درگ وارد به ذره و حل معادلات تعادل آن است. برای این کار نیروی درگ وارد به ذره در دو آزمایش مختلف یکی هنگامی که کانال عمود بر جهت گیری الکترودها و دیگری هنگامی که کانال موازی با الکترودها باشد، اندازه گیری شده و نیروی دی الکتروفورز وارد به سیال محاسبه می شود. عملگر ساخته شده داری الکترودهای شانه ای با عرض و فاصله 50 میکرومتر بوده که روی آن کانالی با ارتفاع 80 میکرومتر از جنس پلیمر پلی دی متیل سیلوکزان قرار گرفته است. در قسمت آزمایش های تجربی نیروی وارد به سلول تومور سرطان مغز U87 و سلول گلبول سفید اندازه گیری شده و جهت صحت سنجی آن با توجه معلوم بودن خواص الکتریکی گلبول سفید، نیروی دی الکتروفورز وارد بر آن به صورت عددی شبیه سازی شده و با مقدار اندازه گیری شده مقایسه گردید. نتایج آزمایش ها نشان داد استفاده از مدل سنتی برای اندازه گیری نیرو ممکن است تا بیش از 3 برابر اندازه واقعی خطا ایجاد کنند، اما در روش ارائه شده منشا این خطا حذف می شود.
    کلیدواژگان: دی الکتروفورز، جداسازی ذرات، اندازه گیری تجربی نیرو، سلول
  • محمدرضا قضاوی، افشین تبیانیان صفحات 159-166
    در این مقاله به بررسی و تحلیل موج صوتی منتشر شده از یک پوسته مخروطی ناقص که در اثر یک موج صوتی برخوردی تحریک می شود، پرداخته شده است. فضای بیرونی پوسته در معرض سیال هوا قرار دارد و فضای داخلی پوسته نیز خلاء در نظر گرفته می شود. ابتدا معادلات پوسته مخروطی بر اساس تئوری دانل و استفاده از اصل همیلتون استخراج می گردد. سپس روابط موج صوتی برخوردی، و موج منتشر شده در اثر برخورد به پوسته استخراج می گردد. روابط مربوط به موج صوتی برخوردی با استفاده از حل هارمونیک معادله موج تخت که از بینهایت می آید، استخراج می گردد و موج منتشر شده در اثر برخورد به پوسته نیز با استفاده از معادله انتگرالی هلمهولتز که تابعی از فشار سطح پوسته و جابجایی آن می باشد، استخراج می گردد. در نهایت معادلات سیستم کوپل سازه-آکوستیک با ترکیب معادلات دینامیکی سازه و معادلات مربوط به موج صوتی استخراج می گردد. فشار موج صوتی در معادله انتگرالی هلمهولتز که تابعی غیر صریح از جابجایی سطح پوسته می باشد، با استفاده از روش المان بندی مرزی سطح پوسته بر حسب جابجایی نقاط المان بیان می_گردد. سپس با استفاده از ترکیب روش ریلی-ریتز و المان مرزی، معادلات کوپل سازه آکوستیک حل شده و فشار صوتی در روی سطح پوسته و فضای خارج آن بدست می آید.
    کلیدواژگان: ارتعاشات پوسته مخروطی، معادله انتگرالی موج صوتی هلمهولتز، روش المان مرزی، روش ریلی، ریتز
  • امیرحسین اصغرنیا، رضا شهنازی، علی جمالی صفحات 167-176
    در این مقاله، کنترل کننده تناسبی، انتگرال گیر و مشتق گیر مرتبه کسری (PID مرتبه کسری) بهینه برای کنترل زاویه گام توربین بادی از نوع فراساحلی با توان 5 مگاوات پیشنهاد شده است. این کنترل کننده، در سرعت هایی که بیش از سرعت نامی توربین باشد، فعال می شود تا با تنظیم زاویه حمله پره های توربین بادی، سرعت زاویه ای ژنراتور و در نتیجه توان توربین را در مقادیر نامی نگاه دارد. از طرفی چون نامعینی در مدل برای کاربردهای واقعی اجتناب ناپذیر است، کنترل کننده پیشنهادی نیاز به دانستن مدل توربین ندارد. برای یافتن متغیرهای کنترل کننده PID مرتبه کسری، تابع هدفی مرکب پیشنهاد شده است که حاصل جمع قدر مطلق سیگنال خطا و قدر مطلق نرخ سیگنال کنترلی در سه سرعت باد مختلف در ابتدا، میانه و انتهای بازه خواهد بود. بدین ترتیب، کنترل کننده طراحی شده قادر خواهد بود تا در تمام سرعت های باد، عملکرد مطلوبی داشته باشد و نیاز به کنترل کننده های پیچیده و غیرخطی را مرتفع سازد. تابع هدف تعریف شده، توسط سه الگوریتم تکامل تفاضلی، الگوریتم کرم شب تاب و الگوریتم ازدحام ذرات مورد کمینه سازی قرار می گیرد. در ادامه برای ارزیابی قوام کنترل کننده PID مرتبه کسری طراحی شده و مقایسه آن با کنترل کننده PID مرتبه صحیح بهینه، توربین بادی تحت پروقیل های باد با سرعت ها و نوسانات مختلف قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که کنترل کننده PID مرتبه کسری عملکرد و قوام بهتری در تنظیم کردن سرعت و توان ژنراتور نسبت به کنترل کننده PID مرتبه صحیح بهینه از خود نشان می دهد.
    کلیدواژگان: توربین بادی، کنترل زاویه گام پره های توربین، کنترل کننده مرتبه کسری، الگوریتم تکامل تفاضلی، الگوریتم کرم شبتاب، الگوریتم ازدحام ذرات
  • سید محمد حسینی، روح الله احمدی، مصطفی محبی صفحات 177-186
    با توجه به اثرات مخرب محیط زیستی مصرف سوخت های فسیلی، تحقیقات بسیاری برای انتخاب سوخت جایگزین با آلایندگی کمتر و منابع پایدار انجام شده است. در این بین هیدروژن یکی از برجسته ترین سوخت های جایگزین به شمار می رود زیرا مشخصه های احتراقی آن شبیه سوخت های فسیلی است و از طرف دیگر در دسته ی سوخت های پاک و تجدیدپذیر قرار گرفته است. در این مقاله به شبیه سازی احتراق دیزل – هیدروژن در موتور دیزل سنگین در حالت بار کامل و در سرعت rpm1600 پرداخته شده است. تمام مشخصه های موتور نظیر سرعت، زاویه پاشش، مدت پاشش و انرژی ورودی در شبیه سازی ثابت در نظر گرفته شده است. پارامتر متغیر، نسبت جرم یا انرژی هیدروژن به دیزل می باشد. هیدروژن به نسبت انرژی ورودی دیزل از 0% (دیزل خالص) تا 70% (70% انرژی ورودی هیدروژن و 30% انرژی از سوخت دیزل تامین می شود) تغییر داده شده است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده آن است که در بهترین حالت جایگزینی هیدروژن به جای دیزل، آلاینده های اکسیدهای نیتروژن، دی اکسیدکربن، هیدروکربن نسوخته، دوده و مونواکسیدکربن به ترتیب به میزان 8%، 14%. 54%، 14%، 70% کاهش خواهند یافت. تاثیر این جایگزینی بر عملکرد موتور نیز کاهش 2.8% راندمان اندیکاتوری است. جایگزینی هیدروژن به جای دیزل منجر به تاخیر در شروع احتراق و رشد نرخ افزایش فشار و افزایش حرارت آزاد شده خواهد شد، ولی این افزایش فشار منجر به پدیده کوبش نخواهد گردید.
    کلیدواژگان: احتراق موتور دیزل، هیدروژن، آلایندگی، شبیه سازی، عملکرد موتور، سوخت جایگزین
  • هادی دلاوری، حمید حیدری نژاد صفحات 187-195
    تکنولوژی شناور مغناطیسی بر پایه مدل دینامیکی ماگلو به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. این مدل به شدت غیرخطی و ناپایدار است و با وجود اغتشاش و نویز اندازه گیری کنترل سیستم شناور مغناطیسی بسیار مشکل می شود. در این مقاله کنترل کننده پسگام مدلغزشی مرتبه کسری تطبیقی به منظور پایدار سازی، ردیابی مناسب و مقابله با اغتشاش و نویز اندازه گیری برای سیستم شناور مغناطیسی پیشنهاد می شود. الگوریتم پسگام که یک روش مبتنی بر تئوری پایداری لیاپانوف است با تئوری کنترل مدلغزشی برای ایجاد عملکرد مقاوم ترکیب می گردد و از حسابان مرتبه کسری در جهت افزایش درجه آزادی و همچنین مقاومت بیشتر کنترل کننده استفاده می-شود. پایداری کنترل کننده پیشنهادی با استفاده از تئوری پایداری لیاپانوف و تئوری پایداری لیاپانوف تعمیم یافته جدید برای سیستم های مرتبه کسری مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. شبیه سازی های عددی برای درک بهتر عملکرد سیستم شناورمغناطیسی تحت کنترل کننده پیشنهادی انجام می شود و عملکرد کنترل کننده پیشنهادی با کنترل کننده مدلغزشی ترمینال سریع تطبیقی مقایسه می گردد. نتایج شبیه سازی بیانگر موفقیت کنترل کننده پیشنهادی در ایجاد ردیابی مناسب و مقاومت بالا در مقابل اغتشاش و نویز می باشد.
    کلیدواژگان: سیستم شناور مغناطیسی (ماگلو)، تئوری کنترل مدلغزشی، الگوریتم پسگام، کنترل مرتبه کسری
  • میربیوک احقاقی، محمد وجدی، محمد نمازی زاده، مریم حاجی پور صفحات 196-204
    پمپ های گریز از مرکز در اکثر صنایع به عنوان قلب سیستم که وظیفه جابجایی سیالات مورد استفاده در آن صنعت را به عهده دارند، به وفور مورد استفاده قرار می گیرند و سهم قابل توجهی در میزان انرژی مصرفی دارند. از این رو بهبود عملکرد پمپ ها، مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. در این مقاله هدف مطالعه تاثیر پره های جداکننده دوبل بر عملکرد پمپ در کارکرد با آب به صورت تجربی و عددی می باشد. به منظور بررسی تجربی، سه نوع پروانه مختلف ساخته شده است. پمپ با این پروانه ها در سلول تست آزمایش شده و منحنی عملکردی آن استخراج گردیده است. همچنین با هدف بررسی جریان، پمپ به صورت عددی با نرم افزار سی اف ایکس شبیه سازی شده است. روش عددی حجم محدود به همراه مدل آشفتگی کا-امگا اس اس تی برای تحلیل عددی مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج عددی و تجربی همخوانی قابل قبولی داشتند که حاکی از افزایش هد و تغییر ارتفاع مثبت مکشی خالص مورد نیاز به دلیل اضافه کردن پره های جداکننده دوبل است. حداکثر افزایش هد مربوط به پروانه نوع سوم و برابر با 6.33 % بدست آمده است. از طرفی پروانه نوع سوم باعث کاهش احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون می شود، بنابراین پروانه نوع سوم به عنوان بهترین طرح انتخاب می شود. همچنین مشاهده می شود که در اطراف نقطه طراحی پمپ، تاثیر پره های جداکننده دوبل بر عملکرد پمپ بیشتر بوده و با انحراف از این نقطه، میزان این تاثیر کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: پمپ گریز از مرکز، پره های جداکننده دوبل، افزایش هد، کاویتاسیون
  • اصغر زاجکانی، مجید قدیری، اسماعیل شهابی نژاد صفحات 205-215
    در این مقاله کمانش الاستوپلاستیک ورق های مستطیلی در بستر الاستیک با شرایط مرزی ساده و گیردار مورد تحلیل قرار گرفته است. همراه با شرایط بارگذاری یکنواخت بر ورق با کشش و فشار در- صفحه، تاثیر بستر الاستیک بر حسب دو پارامتر سفتی شامل ثوابت فنری وینکلر و برشی پاسترناک بررسی می شود. به منظور استخراج روابط حاکم از دو تئوری پلاستیسیته شامل: تئوری تغییر شکل کلی (DT) با معادلات ساختاری هنکی و تئوری نموی (IT) بر اساس معادلات ساختاری پرانتل- روس استفاده می شود. با بکارگیری روش تربیع تفاضلی تعمیم یافته برای گسسته سازی معادلات دیفرانسیل، اثرات ضریب بار، نسبت طول به عرض، ضخامت و خصوصیات بستر مورد مطالعه قرار می گیرد. با مقایسه نتایج به دست آمده با داده های گزارش شده در مراجع، صحت مدل تایید می گردد. بررسی نتایج نشان می دهد که به کار بردن بستر الاستیک باعث افزایش بار بحرانی می شود. به علاوه افزایش پارامتر های بستر الاستیک منجر به تشدید اختلاف میان بارهای کمانشی به دست آمده از دو تئوری به خصوص در ضخامت های بزرگتر بیشتر می گردد. همچنین متناظر با افزایش ضخامت صفحه در حالت بارگذاری کششی، به کار بردن بستر الاستیک باعث افزایش تنش ورق به میزانی بالاتر از تنش نهایی نمونه می شود.
    کلیدواژگان: کمانش الاستوپلاستیک، روش تربیع تفاضلی تعمیم یافته، بستر پاسترناک، تئوری نموی، تئوری تغییر شکل
  • صدرا برجی منفرد، اصغر ابراهیمی، اشکان پارسا صفحات 216-226
    کشتی هوایی نوعی وسیله هوایی است که در سالیان اخیر تحقیقات علمی وتوسعه بر روی کنترل آن، رشد قابل توجهی داشته است. کشتی هوایی استراتوسفر در خانواده پرنده های سبکتر از هوا قرار می گیرد. این وسیله به گونه ای طراحی می شود که توانایی عملکرد خودکار و بدون سرنشین و با کنترل از راه دور در ارتفاع تقریبی 22 کیلومتری از زمین را داشته باشد. در این مقاله به منظور پایدارسازی و ردیابی مسیر، رویکرد کنترل مقاوم H_∞ غیر خطی به دلیل عملکرد قابل قبول در حضور اغتشاش و نامعینی، توسعه داده شده است. ابتدا مدل دینامیکی کشتی هوایی و نمایش معادلات توصیفی به منظور طراحی کنترلر مقاوم H_∞ غیر خطی معرفی شده و سپس کنترلر مقاوم H_∞ غیر خطی طراحی شده است. این سیستم کنترلی به علت ویژگی مقاوم بودن، عملکرد مناسبی در رد اغتشاش خارجی و نامعینی پارامتری دارد. همچنین اغتشاش خارجی به عنوان نیرو و گشتاور آیرودینامیکی در نظر گرفته شده است. همچنین جهت ارزیابی، اعتبارسنجی و بررسی صحت الگوریتم کنترلی طراحی شده، مقایسه ای با تکنیک کنترل تطبیقی انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که سیستم کنترلی طراحی شده عملکرد مناسبی در پایدارسازی و ردیابی مسیر مطلوب در حضور اغتشاش خارجی و نامعینی پارامتری دارد.
    کلیدواژگان: کشتی هوایی استراتوسفر، پایدار سازی، کنترل H، ∞ غیرخطی، اغتشاش خارجی، نامعینی
  • علیرضا پورموید، کرامت ملک زاده فرد، مرتضی شهروی صفحات 227-238
    در این پژوهش، به بررسی تحلیل ارتعاشات آزاد و کمانش پنل ساندویچی استوانه ای ضخیم با هسته انعطاف پذیر با شرایط مرزی ساده با استفاده از تئوری مرتبه بالای بهبود یافته پرداخته شده است. بارگذاری تک محوره فشاری روی لبه ها‏ی بالا و پایینی در دو سوی پنل به صورت همزمان و یکنواخت اعمال شده است. میدان جابجایی در این پژوهش برای رویه ها ی ضخیم بصورت چند جمله ای درجه سه و برای هسته انعطاف پذیر با استفاده از مدل دوم فروستیگ نوشته شده است. در این مدل 27 درجه آزادی وجود دارد. در تئوری حاضر تنش نرمال عرضی در رویه ها و تنش های درون صفحه ای در هسته در نظر گرفته شده است. برای بدست آوردن پاسخ دقیق با توجه به اینکه رویه ها ضخیم در نظر گرفته شده اند از هیچکدام از مولفه های تنش در رویه ها و هسته صرفنظر نگردیده است. معادلات حاکم و شرایط مرزی بر مبنای اصل همیلتون بدست آمدند. علاوه بر این، اثر پارامترهای مهمی هم چون طول موج محیطی، نسبت طول به شعاع میانی هسته، ضخامت هسته به ضخامت کل پنل و اثر قرار گیری زوایای الیاف بر روی فرکانس طبیعی و رفتار کمانش پنل ساندویچی استوانه ای شکل تحت بار محوری بررسی شد. به منظور صحه گذاری، نتایج بدست آمده با نتایج مدل سازی پنل ساندویچ استوانه ای شکل در نرم افزار المان محدود آباکوس مقایسه شده است. سادگی، در نظر گرفتن رویه ها بصورت ضخیم، دقت بالای حل تحلیلی ارائه شده و در نظر گرفتن پارامترهای مهمی همچون (1+z_c/R_c )در این مقاله از مزیتهای اصلی آن نسبت به روش های دیگر می باشد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، کمانش، پنل ساندویچی استوانه ای، تئوری مرتبه بالا بهبود یافته، حل تحلیلی
  • محمدحسین علیئی، رامین روشندل، اکرم عوامی صفحات 239-250
    امروزه استفاده از گاز زیستی به علت محتوای متان، تجدیدپذیر بودن و ارزان قیمت بودن آن رو به افزایش است. پیل سوختی اکسیدجامد یکی از بهترین فناوری های تبدیل انرژی موجود جهت کار با گاز زیستی می باشد که از پتانسیل بالایی جهت اتصال با توربین گازی برخوردار است. در این مقاله سیستم ترکیبی پیل سوختی اکسیدجامد- توربین گاز با خوراک دهی توسط گاز زیستی، از جنبه های انرژی و اقتصادی مدلسازی شده است. جهت یافتن مقادیر بهینه پارامترهای طراحی سیستم ترکیبی، دو تابع هدف بیشینه-سازی بازده انرژی الکتریکی و کمینه سازی هزینه سرمایه گذاری کل سیستم در نظر گرفته شده است. در ابتدا هر یک از اجزای سیستم ترکیبی به صورت جداگانه مدلسازی و اعتبارسنجی شده است. سپس با استفاده از بهینه سازی چند هدفه (NSGII)، مقادیر بهینه پارامترهای طراحی سیستم ترکیبی محاسبه شده اند. نقطه بهینه نهایی با به-کارگیری روش بی بعدسازی اقلیدسی و روش تصمیم گیری لین مپ در نمودار بی تفاوتی بدست آمده است. در نقطه بهینه، بازده انرژی الکتریکی برابر 66 درصد و هزینه کل سرمایه گذاری برابر 175227.4 دلار می باشد که در این نقطه، هزینه همتراز شده انرژی الکتریکی 6.3 سنت به ازای هر کیلووات ساعت محاسبه شده است. در انتها نیز به-منظور تعیین اهمیت پارامترهای طراحی، با کمک روش تحلیل حساسیت سوبل میزان تاثیر هر یک از آن ها بر توابع هدف بررسی شده است. نتایج تحلیل حساسیت نشان می-دهد که نسبت تراکم کمپرسور دارای بیشترین تاثیر بر بازده انرژی الکتریکی سیستم و همچنین بازده ایزنتروپیک توربین و جریان پیل سوختی نیز دارای بیشترین تاثیر بر هزینه سرمایه گذاری کل سیستم می باشند.
    کلیدواژگان: گاز زیستی، پیل سوختی اکسید جامد، توربین گاز، بهینه سازی چندهدفه، تحلیل حساسیت سوبل
  • رضا نظام الاسلامی، سیامک اسماعیل زاده خادم صفحات 251-262
    سازه کامپوزیتی مشبک مخروطی در این مقاله متشکل از ریب های هلیکال و پوسته نازک خارجی می باشد. در تحقیق حاضر، ارتعاشات آزاد این سازه ها با درنظر گرفتن پوسته خارجی و بدون این پوسته مورد بررسی قرار گرفته است. روش معادل سازی سفتی برای بدست آوردن ضریب های سفتی پوسته مخروطی بکار رفته است. فرمولاسیون تئوری در نظر گرفته شده، بر مبنای تئوری پوسته های نازک ساندرز می باشد. برای اعتبار سنجی نتایج تحلیلی بدست آمده، با استفاده از نرم افزار انسیس، مدل سه بعدی المان محدود سازه مشبک مخروطی کامپوزیتی ایجاد و تحلیل گردیده است. به منظور ارزیابی صحت این روش، مقایسه بین نتیجه های این روش با نتیجه های بدست آمده از نرم افزار انسیس صورت گرفته که تطابق خوبی بین آن ها وجود دارد. همچنین حالت های خاصی نظیر تاثیر زاویه راس مخروط و ضخامت پوسته خارجی روی فرکانس طبیعی سازه مخروطی بررسی گردیده است. نتایج نشان می دهد که افزایش زاویه راس مخروط منجر به افزایش فرکانس های طبیعی پوسته می گردد. علاوه بر این، برای مقدار خاصی از ضخامت پوسته خارجی سازه مخروطی، افزایش این ضخامت منجر به کاهش فرکانس های طبیعی می شود. بدلیل این که محققین کمی صرفا« رفتار ارتعاشاتی پوسته های مشبک کامپوزیتی استوانه ای را تحقیق نموده اند، نتیجه های بدست آمده جدید بوده و برای تحقیقات بیشتر در آینده مورد استفاده خواهد بود.
    کلیدواژگان: سازه مشبک مخروطی، ارتعاشات، ریب، کامپوزیت، روش معادل سازی سختی
  • محمدرضا نیری، محمد مهدی ابوترابی، محمد حداد زاده صفحات 263-269
    یکی از روش های جدید روانکاری در فرآیندهای ماشین کاری، روانکاری کمینه است. در این روش، مقدار بسیار کمی از سیال توسط هوای فشرده بصورت اسپری در آمده و به عنوان روانکار استفاده می شود. یکی از مزایای این روش، کاهش آلودگی محیط زیست و اثرات نامطلوب بر سلامتی اپراتور نسبت به روانکاری معمولی (تر) است. در این تحقیق، تاثیر روانکاری کمینه بر زبری سطح در سخت تراشی فولاد بلبرینگ 100Cr6 مورد بررسی قرار گرفته و با دو روش خشک و تر مقایسه شده است. برای انجام روانکاری کمینه، تجهیزاتی به دستگاه تراش اضافه گردید. برای براده برداری از فولاد 100Cr6 از ابزار نانو سی بی ان که نسل جدید ابزارهای سی بی ان با تکنولوژی نانو است استفاده شد. آزمایش های تجربی با سه روش خشک، تر و روانکاری کمینه انجام گرفته است. برای بررسی زبری سطح، هر یک از پارامترهای برشی شامل سرعت برشی، نرخ پیشروی و عمق برش در سه سطح مختلف انتخاب و همه حالت های ممکن از ترکیب این پارامترها آزمایش شده است. طبق نتایج به دست آمده از آزمایش های تجربی و نتایج حاصل از آنالیز واریانس، نرخ پیشروی 68%، روش روانکاری 14%، سرعت برشی 4% و عمق برش کمتر از 1% بر زبری سطح تاثیر داشت. نتایج به دست آمده نشان داد که زبری سطح در روش روانکاری کمینه نسبت به ماشین کاری خشک و تر به طور متوسط به ترتیب 42 % و 30 % کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: سخت تراشی، زبری سطح، روانکاری کمینه، نانو سی بی ان
  • اسماعیل زمانی، حمیدرضا نظیف صفحات 270-280
    در این مطالعه، معادلات دینامیک (بقای جرم و ممنتوم) و انتقال حرارت جریان آرام و دو بعدی حول نقطه سکون در صفحه و با تقارن محوری با استفاده از روش آنالیز هموتوپی بهینه، روش ترکیبی گره مرزی-آنالیز هموتوپی حل و با روش عددی مقایسه شده اند. پارامتر همگرایی بهینه با استفاده از نقاط چبیشف متناظر با بازه حل محاسبه شده است. علت استفاده از روش گره مرزی، بدست آوردن بهترین حدس اولیه که دقیقا در شرایط جواب اولیه در روش هموتوپی صدق میکند، میباشد چرا که از خود حل عملگر حاصل میشود. جوابها پس از 50 بار تکرار به دست آمده است. همچنین تعداد کل گره در دامنه و مرز برابر با 40 میباشد. از مقایسه بین نتایج به دست آمده از روش گره مرزی-آنالیز هموتوپی و محققین دیگر مشاهده می شود که هم خوانی بسیار خوبی بین نتایج وجود دارد. هدف از این مطالعه، ترکیب روش گره مرزی با روش آنالیز هموتوپی میباشد. مزیت این روش، استفاده از محاسبات ماتریسی برای حل معادله است که سرعت اجرا و دقت قابل قبولی را ارائه میدهد. نمودار خط جریان، سرعت ، تنش برشی و توزیع دما به ازای مقادیر عدد پراندال خیلی کوچک بر حسب پارامتر همشکلی η برای هر دو جریان ترسیم شده است. ملاحظه می شود که با افزایش فاصله عمودی از صفحه، به علت کاهش اثرات دیوار، تنش برشی سیال کاهش می یابد. همچنین با افزایش عدد پراندال و کاهش ضخامت لایه مرزی حرارتی و نزدیک شدن ضخامت ها به هم، منحنی توزیع دما نیز به طور محسوسی تغییر میکند.
    کلیدواژگان: جریان نقطه سکون، سیال ویسکوز، حل تشابهی، حل عددی، روش ترکیبی گره مرزی، آنالیز هموتوپی
  • وحید بدرخانی، امیر نجات، مجتبی طحانی صفحات 281-292
    در این مقاله، روش المان محدود-گلرکین گسسته برای جریان تراکم پذیر لزج و غیرلزج به صورت ضمنی با استفاده از الگوریتم نیوتن-کرایلف با اهدف افزایش دقت محاسبات، سرعت و نرخ همگرایی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا برای جریان غیرلزج، اعمال ویسکوزیته مصنوعی در نواحی دارای گرادیان شدید باعث افزایش کیفیت نتایج حل بخصوص در مراتب بالا می شود. همچنین در جریان لزج نیز استفاده از روش گسسته سازی گلرکین گسسته متراکم برای ترم های بیضوی باعث بهبود نتایج شده است. برای افزایش سرعت محاسبات و نرخ همگرایی نیز حلگرهای خطی همراه با شروع مجدد و ماتریس های پیش شرط ژاکوبی بلوکی و فاکتورگیری تجزیه ناقص مثلثی برای حل ماتریس ژاکوبین حاصل از روش اختلاف محدود اعمال می شوند. شایان ذکر است، نحوه عملکرد ماتریس های پیش شرط برای سه جریان زیرصوت غیرلزج، گذرای صوت غیرلزج و زیرصوت آرام لزج بررسی شده است. همچنین برای تکمیل مباحث، هموارکننده چندشبکه ای با شرایط ویژه برای تمامی ماتریس های پیش شرط اعمال می شود. از طرفی در تمامی جریان های اشاره شده با افزایش مرتبه حل، نرخ همگرایی کاهش می یابد که برای برطرف کردن این مشکل از مراتب پایین تر بعنوان شرایط اولیه مراتب بالا و یک فاز میانی برای انتقال محاسبات از فضای مرتبه پایین به بالا استفاده شده است. همچنین استفاده از گام زمانی محلی برای بهبود نرخ همگرایی پیشنهاد می شود. به این ترتیب، روش عددی ارائه شده به عنوان یک الگوریتم کارآمد برای شبیه سازی جریان مرتبه بالا به خصوص جریان گذرای صوت غیرلزج و جریان لزج پیشنهاد می گردد.
    کلیدواژگان: گلرکین گسسته، جریان تراکم پذیر لزج و غیرلزج، الگوریتم نیوتن، کرایلف، پیش شرط سازی، هموارکننده چندشبکه ای
  • پروانه زارع، شهرام طالبی صفحات 293-304
    به علت تکنولوژی ساخت و پیاده سازی آسان میکرومیکسرهای منفعل در یک سیستم میکروسیالی پیچیده، در این مطالعه یک نوع میکرومیکسر منفعل بررسی شده است. میکرومیکسرهای منفعل با افزایش سطح تماس دو سیال و کاهش فاصله پخش مولکولی، میزان اختلاط را افزایش می دهند. در مطالعه حاضر تحلیل عددی یک Lمیکرومیکسر به منظور بررسی رفتار اختلاط و مشخصه های جریان سیال به ازای تغییرات پارامترهای هندسی کلیدی در چهار عدد رینولدز مختلف انجام شده است. سه پارامتر هندسی بی بعد طول نرمال، نسبت طول و نسبت ابعاد تعریف شده اند. شبیه سازی ها در عدد اشمیت 900.18 انجام شده است. همچنین عدد رینولدز در محدوده بین 50 تا 200 انتخاب شده است. از یک شاخص اختلاط برای ارزیابی رفتار اختلاط در میکروکانال استفاده شده است. صحت شبیه سازی انجام شده، با مقایسه نتایج کار حاضر با نتایج مطالعات معتبر دیگران به اثبات رسیده است. نتایج نشان می دهند که شاخص اختلاط و افت فشار در یک کانال مارپیچ به تغییر پارامترهای هندسی میکروکانال حساس هستند، و به ازای اعداد رینولدز مختلف رفتار متفاوتی را نشان می دهند. علاوه بر این، به علت تغییر جهت های تند °90 در میکروکانال، نیروی گریز از مرکز برای ایجاد گردابه به اندازه کافی بزرگ است، که منجر به جابه جایی نامنظم می شود.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، میکرومیکسر، شاخص اختلاط، افت فشار، L شکل
  • سیدمسعود واحدی، محمدصادق ولی پور، فیلیپو دی مونته صفحات 305-316
    ازجمله مهمترین علل ناکارآمدی استنت های شریان کرونری انسداد مجدد درون استنتی می باشد. آگاهی از نحوه رهایش داروی موجود در پلیمر پوشش داده شده بر روی استنت ها اطلاعات ارزشمندی در خصوص عملکرد این گونه پروتزها در اختیار طراحان قرار می دهد. از تئوری محیط های متخلخل در مدل سازی پلیمر حاوی دارو و رگ آسیب دیده شامل لایه های مدیا و ادونتیس استفاده شده است. معادلات دیفرانسیلی با مشتقات جزئی جفت شده که توصیف کننده فارماکوکینتیک محلی داروی هپارین هستند بصورت عددی به روش حجم محدود حل شده اند. داروی موجود درون پلیمر یک بار بصورت دوفازی و یک بار بصورت تک فاز مایع مدل سازی شد و بدین صورت اهمیت تغییر فاز ارزیابی شد. با در نظر گرفتن سه مقدار برای پارامتر مشخصه تغییر فاز شدت تاثیر آن نیز بررسی شد. علاوه بر این متابولیسم دارو در لایه مدیا و خروج دارو توسط مویرگ ها و وازاوازوروم در مدل سازی مورد توجه قرار گرفت. نتایج تغییرات قابل توجهی در توزیع دارو در اثر وجود تغییر فاز دارو درون پلیمر را نشان می دهند. بطوری که کاهش زمان تغییر فاز دارو از جامد به مایع مسئله خوشایندی محسوب شده و نه تنها از خروج سریع دارو از پلیمر در زمان های ابتدایی جلوگیری می کند بلکه تغییرات زمانی یکنواخت تر جرم موجود در لایه مدیا و ادونتیس را به دنبال دارد. همچنین مصرف دارو توسط وازاوازوروم مقدار داروی موجود در جداره رگ را با کاهش شدیدی خصوصا در ادونتیس مواجه می کند.
    کلیدواژگان: استنت های دارویی، معادله جابجایی، نفوذ، واکنشی، اترواسکلروسیس، محیط متخلخل، فارماکوکینتیک هپارین
  • محسن اکرامیان، محمد دانش، احمد کمالی صفحات 317-326
    در این مقاله یک مدل غیرخطی برای شناورهای زیرسطحی خودگردان ارائه شده است. جهت بهبود توصیف عملکرد دینامیکی این شناورها، مدل دو زیرسیستم طولی و عرضی با در نظر گرفتن نیروها و گشتاورهای وارد بر سیستم استخراج می شود. مدل پیشنهادی تعمیم مدل خطی این شناورها در مانورهای عمق و سمت می باشد و برخی دینامیک های غیرخطی جهت توصیف دقیق تر عملکرد زیرسیستم ها در نظر گرفته شده است. پس از تعیین فرم معادلات دینامیکی سیستم، تخمین ضرایب مدل پیشنهادی بررسی می گردد. با توجه به مباحث کاربردی و بر اساس فرم معادلات سیستم، از روش حداقل مربعات خطا جهت تعیین ضرایب مدل استفاده می شود. در روند شناسایی، بدلیل دینامیک ناپایدار سیستم، امکان تحریک حلقه باز وجود ندارد. با توجه به نامعلوم بودن ضرایب مدل، کنترل کننده های PID جهت تنظیم ساده و بکارگیری در تست های عملی در حرکت سمت و عمق پیشنهاد شده اند و تحریک هر دو زیرسیستم با بکارگیری مانورهای معمول سینوسی در حلقه فیدبک صورت می گیرد. در ادامه نیز با بکارگیری فیلترهای دینامیکی بر سیگنال های قابل اندازه گیری نظیر سرعت های زاویه ای، شتاب های خطی و زوایای اویلر، از روش حداقل مربعات جهت تخمین ضرایب مدل استفاده شده است. در پایان، کارایی مدل غیرخطی پیشنهادی و الگوریتم حداقل مربعات خطا در شناسایی ضرایب مدل در ارتباط با ضرایب یک سیستم با پارامترهای هیدرودینامک مشخص مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده دقت مدل غیرخطی و عملکرد مناسب روش شناسایی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: شناور زیرسطحی خودگردان AUV، زیرسیستم عرضی و زیرسیستم طولی، کنترل کننده PID، شناسایی مدل غیرخطی، الگوریتم حداقل مربعات خطا
  • یاسر عقاب نشین، صادق صدیقی، محمد ضابطیان، ابوالفضل محمد ابراهیم صفحات 327-335
    دستگاه آزمون جریان پایا ، ابزاری برای اندازه گیری سرعت جریان های چرخشی داخل سیلندر و ارزیابی عملکرد جریان در سر سیلندر (راهگاه های ورودی و خروجی)، منیفولد و کاربراتور در موتور های احتراق داخلی می باشد. همچنین این دستگاه، برای بررسی کنترل کیفیت بخش های مختلف توربین گاز نیز استفاده می شود. در این پژوهش، بررسی اثر فشار بر سرعت جریان چرخشی داخل سیلندر به وسیله ی دستگاه آزمون جریان پایای مجهز به چرخش سنج به دو روش آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. تکرارپذیری آزمایش ها و تحلیل عدم قطعیت، برای اطمینان از صحت آزمایش های انجام شده است. شبیه سازی عددی به صورت سه بعدی و با استفاده از روش حجم محدود به کمک نرم افزار انسیس فلوئنت انجام شده است و برای شبیه سازی جریان اطراف چرخش سنج از روش چارچوب مرجع چندگانه استفاده شده است. نتایج شبیه سازی تطابق خوبی را با نتایج تجربی نشان می دهد و با توجه به محدودیت های دستگاه در شرایط عملکردی، با استفاده از این شبیه سازی می توان محدوده وسیع تری از شرایط عملکردی این دستگاه را پیش بینی کرد. رابطه همبستگی ایجاد شده بین سرعت دورانی داده شده به چرخش سنج و گشتاور اعمال شده روی آن، از نوع خطی می باشد. در این پژوهش همچنین نشان داده شد، که با افزایش اختلاف فشار، سرعت جریان چرخشی داخل سیلندر افزایش می یابد و رابطه همبستگی ایجاد شده بین سرعت جریان چرخشی و اختلاف فشار را می توان به وسیله یک تابع نمایی تقریب زد.
    کلیدواژگان: دستگاه آزمون جریان پایا، جریان های چرخشی، چرخش سنج، شبیه سازی عددی، چارچوب مرجع چندگانه
  • امین ساری، رضا اسلامی فارسانی*، محمدرضا زمانی صفحات 336-342
    میکروترک های عمقی از آسیب های عمده در کامپوزیت ها هستند که در صورت مشاهده آنها باید سازه را جایگزین نمود. به منظور رفع این عیوب از پدیده خودترمیمی که از سیستم های بیولوژیکی همانند شبکه آوندی در گیاهان یا شبکه مویرگی در جانوران الهام گرفته شده، می توان استفاده کرد. در این پژوهش با بهره گیری از سیستم خودترمیمی یک بعدی، به ترمیم میکروترک ها و آسیب های ایجاد شده در یک سازه کامپوزیتی پرداخته شد. بدین منظور از چند سری میکرولوله های شیشه ای برای ایجاد مکانیزم ترمیم شوندگی استفاده شد. این میکرولوله ها با نوعی ماده ترمیم کننده شامل رزین به همراه هاردنر انیدریدی پر شدند. با برخورد ترک ها به میکرولوله ها، لوله ها شکسته شده و ماده خودترمیم درون آنها در محل آسیب جریان پیدا کرد و با گذشت زمان باعث حذف آسیب شد. هدف از پژوهش حاضر بررسی کسر حجمی مناسب برای ماده خودترمیم و زمان مطلوب برای مشاهده پدیده ترمیم شوندگی است. بدین منظور میکرولوله های شیشه ای حاوی مواد ترمیمی انیدریدی با کسرهای حجمی 0.75، 1.65 و 2.5 درصد در کامپوزیت های اپوکسی–الیاف کربن تعبیه شدند. خواص کششی نمونه ها با گذشت زمان های مختلف پس از ایجاد آسیب بررسی شد. بیشترین مقدار بازیابی استحکام کششی به میزان 89 درصد برای نمونه حاوی 1.65 درصد حجمی ماده ترمیمی مشاهده شد. همچنین بررسی های مربوط به کرنش نشان داد که حضور میکرولوله ها باعث کاهش کرنش شکست در نمونه ها شده که با افزایش زمان ترمیم، کرنش شکست نیز بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت های اپوکسی، الیاف کربن، پدیده خودترمیمی، هاردنر انیدریدی، استحکام کششی
  • حجت خزیمه نژاد، حمید نیازمند* صفحات 343-354
    در مقاله حاضر یک شبیه سازی عددی به روش شبکه بولتزمن برای تحلیل یک ریزپمپ لزجتی با تک روتور بیضوی صورت گرفته است. اثرات سه پارامتر هندسی مهم ریزپمپ شامل نسبت منظری روتور، ارتفاع ریزپمپ و خارج از مرکزی روتور بر دبی و تولید آنتروپی متوسط بررسی شده است. با استفاده از روش سطح پاسخ نتایج به دست آمده از شبیه سازی های موردنظر تحلیل گردیده است. نتایج این تحلیل ها حاکی از آن داشت که با افزایش نسبت منظری و نیز خارج از مرکزی روتور دبی متوسط افزایش در حالی که با افزایش ارتفاع ریزپمپ دبی متوسط کاهش پیدا می کند. علاوه بر این میزان حساسیت دبی متوسط به تغییرات نسبت منظری و خارج از مرکزی بیشتر از تغییرات ارتفاع ریزپمپ مشاهده گردید. همچنین نتایج نشان دادند که با افزایش هر سه پارامتر هندسی، تولید آنتروپی متوسط نیز افزایش یافته و به تغییرات هر سه پارامتر نیز حساس بوده است. در انتها پارامترهای هندسی بهینه توسط روش سطح پاسخ محاسبه شدند که به ترتیب مقادیر بهینه 1، 1.5 و 0.9 برای نسبت منظری، ارتفاع و خارج از مرکزی جهت حصول بیشینه دبی متوسط و مقادیر 0.2، 1.5 و 0.1 جهت حصول کمینه تولید آنتروپی متوسط می باشند.
    کلیدواژگان: ریزپمپ لزجتی، روتور بیضوی، تحلیل آنتروپی، روش شبکه بولتزمن، روش سطح پاسخ
  • مجتبی طحانی*، محمد حججی نجف آبادی، آرش درتومیان، محمد صالحی فر صفحات 355-366
    در پژوهش حاضر، اثرات زاویه حمله در تزریق جت مخالف از دماغه های نوکپهن مافوق صوت بر کاهش پسا و توزیع دمای سطح، با توسعه یک کد سه بعدی چند بلوکی، مورد مطالعه قرار گرفته است. ترمهای غیرلزج ، با روش ای-یو-اس-ام محاسبه شده است. ترم های لزج با استفاده از تفاضل مرکز بدست آمده است و انتگرال زمانی با الگوریتم 4 مرحلهای رانج-کوتا، محاسبه شده است. مدل انتقال تنش برشی، به منظور شبیه سازی اثرات آشفته، بکار گرفته شده است. اثرات نسبت فشار بر کاهش پسا به تفکیک مولفه ها و نیز ویژگی های فیزیکی میدان جریان، به ترتیب با یافته های عددی و تجربی سایر پژوهشها اعتبارسنجی شده است که از دقت مناسبی برخوردار است. نتایج نشان میدهد که تزریق جت صوتی، قادر است تا با تغییر در شکل شوک کمانی ایجاد شده در میدان جریان مافوق صوت، پسای کلی وارده بر دماغه را به میزان قابل ملاحظهای کاهش دهد. همچنین با پوشش مناسب سطح جسم، مانع از افزایش شدید دمای سطح، میگردد. افزایش نسبت فشار کل، باعث بهبود عملکرد تزریق در هر دو زمینه کاهش پسا و دمای سطح گشته است. هرچند، بواسطه افزایش شدید پسران ناشی از تزریق جت، یک نقطه بیشینه به عنوان یک محدود کننده در میزان افزایش نسبت فشار کل، وجود دارد. علاوه براین، افزایش نسبت فشار باعث کاهش ضریب اصطکاک سطح خواهد شد. زاویه حمله جریان آزاد، باعث کاهش کارآیی تزریق جت میشود. در این حالت میتوان با یکسان نمودن راستای جت و جریان آزاد، نتایج را اندکی بهبود بخشید.
    کلیدواژگان: جت مخالف، جریان مافوق صوت آشفته، دماغه پخ، زاویه حمله، شبیه سازی عددی، کاهش پسا
  • پویا پیرعلی*، مهرداد قدمی، رضا بابایی صفحات 367-375
    پرتابه های کالیبر متوسط ضدزره، که معمولا علیه اهداف هوایی یا زرهی مورد استفاده قرار می گیرند، انرژی جنبشی زیادی دارند و در عمل امکان جلوگیری از نفوذ این پرتابه-ها در اهداف مختلف به طور مستقیم وجود ندارد بنابراین لازم است تا با مطالعه اهداف، راهی برای مقابله با این نوع پرتابه ها ارائه گردد. در این مطالعه به شبیه سازی عددی پدیده نفوذ مایل پرتابه کالیبر متوسط ضدزره در اهداف مسطح گلیر 3 2/1 و گلیر 5 2/1 با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس و حلگر دینامیک صریح، پرداخته شده و آسیب دیدگی ایجاد شده مورد بررسی قرار گرفته است. سرعت های برخورد مورد مطالعه 625 و 1250 متربرثانیه و زوایای برخورد صفر، 30، 45 و 60 درجه بوده است. به منظور صحت سنجی روش حل از یک رابطه تجربی که مقدار انرژی نفوذ را برای ورق های نازک گلیر تعیین می کند، استفاده شده است. نتایج حاکی از پدیده های خاص مثل پتالینگ نامتقارن و ایجاد ریزترک ها در برخوردهای مایل بوده و همچنین نشان دهنده این است که سرعت برخورد کمتر و زاویه برخورد بیشتر منجر به افزایش آسیب می شود. بعلاوه، لایه لایه شدگی هدف نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: نفوذ مایل، گلیر(Glare)، پرتابه کالیبر متوسط، گلوله ضدزره (AP)
  • علیرضا شهیدی *، زهراسادات موسوی، بیژن برومند صفحات 376-384
    در این مقاله روشی جدید موسوم به تئوری الاستیسیته غیر محلی اصلاح شده کامل جهت تحلیل رفتار نانو ساختارها ارائه شده است. همچنین به منظور نشان دادن کارایی تئوری ارائه شده مسائل خمش نانو تیر و نانو صفحه مستطیلی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور بر اساس معادلات ساختاری غیر محلی و با استفاده از اصل تغییراتی، معادلات حاکم و شرایط مرزی نانو تیر و نانو صفحه مستطیلی تحت بار عرضی روی تکیه گاه ساده بدست آمده و نتایج تحلیل عددی معادلات بدست آمده ارائه گردیده است. همچنین نشان داده شده است که باز آرایی سری ظاهر شده در روابط خیز بیشینه نانو تیر و نانو صفحه منجر به حذف خطای قطع کردن سری معادلات ساختاری اصلاح شده خواهد شد. علاوه بر این جهت اعتبار سنجی تئوری ارائه شده نتایج عددی بدست آمده با نتایج شبیه سازی دینامیک مولکولی مقایسه شده است که تطابق بسیار خوبی را نشان می دهد. همچنین در این مقاله نشان داده شده است که تئوری الاستیسیته غیرمحلی در برخی مسائل از جمله خمش نانو تیر و نانو صفحه روی تکیه گاه ساده تحت بار عرضی متمرکز و گسترده یکنواخت قادر به در نظر گرفتن اثر مقیاس کوچک نمی باشد. تئوری الاستیسیته غیر محلی اصلاح شده کامل ضمن رفع نقیصه فوق الذکر، معیار مناسبی برای بررسی دقت و تعیین حوزه کارایی تئوری الاستیسیته غیر محلی اولیه ارائه می دهد.
    کلیدواژگان: اثر مقیاس کوچک، اصل تغییراتی، خمش، نانو صفحه، نانو تیر
  • سپیده سرمست سخویدی، امیرحسین شامخی*، مسعود ضیا بشرحق، امیرحسین پریور صفحات 385-396
    هدف اصلی این مقاله، بررسی عددی شکل گیری مخلوط هوا و سوخت و ویژگی های اسپری و احتراق در محفظه موتور EF7 مجهز به سیستم پاشش مستقیم سوخت از نوع هدایت اسپری است. برای این منظور، ابتدا یک انژکتور شش سوراخه در سه فشار پاشش مختلف شبیه سازی و به منظور صحت سنجی ویژگی های پاشش، از نتایج تجربی انستیتو موتوری ایتالیا استفاده شده است. سپس با قرارگیری انژکتور در نزدیکی شمع و تغییر زاویه قرارگیری آن نسبت به محور محفظه، زاویه مناسب برای شکل گیری مخلوط لایه ای بهینه بدست آمده است. در ادامه، اثر فشار پاشش سوخت، شروع پاشش اولیه و ثانویه و همچنین، اثر پاشش دو مرحله ای سوخت با نسبت های مختلف جرم سوخت در پاشش اولیه و ثانویه بر روی شکل گیری مخلوط، تشکیل فیلم سوخت روی دیواره و آلایندگی موتور بررسی شده است. نتایج شبیه سازی نشان داد که زاویه قرارگیری انژکتور به دلیل تاثیر مستقیم آن بر جرم فیلم سوخت روی دیواره، به شدت بر روی شکل گیری مخلوط، افزایش توان موتور و مقدار هیدروکربن های نسوخته موثر است. همچنین، در پاشش دو مرحله ای سوخت، مخلوط نسبتا همگن و فقیر نسبت به مخلوط لایه ای احتراق بهتری را در دور و بار متوسط موتور نتیجه می دهد.
    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، شبیه سازی اسپری و احتراق، شکل گیری مخلوط لایه ای، موتور پاشش مستقیم بنزینی
  • پرهام زاهدی نژاد*، مهرداد محمدی، کامران فروتن صفحات 397-404
    در این مقاله، تحلیل دقیق رفتار پس کمانش حرارتی پوسته های استوانه ای مدور نازک تقویت شده مدرج تابعی که تحت بار حرارتی شعاعی قرار گرفته و توسط محیط الاستیک احاطه گردیده، انجام می شود. تقویت کننده های طولی و حلقوی به صورت داخلی در نظر گرفته می شوند و خواص پوسته و تقویت کننده ها به صورت وابسته به دما و مدرج تابعی در راستای ضخامت لحاظ می گردند. محیط الاستیک اطراف پوسته استوانه ای بر اساس مدل دو پارامتری وینکلر و پاسترناک مدل سازی می شود. روابط اساسی و معادلات تعادل بر اساس تکنیک تقویت کننده های تکه ای و تئوری کلاسیک پوسته و با توجه به روابط غیر خطی فن -کارمن، به دست می آید. با استفاده از روش گالرکین، پاسخ معادله غیر خطی پوسته استوانه ای محاسبه می گردد. به منظور صحت سنجی روش، نتایج به دست آمده با نتایج سایر تحقیقات موجود مقایسه می گردد و در ادامه تاثیر پارامتر های مختلف مانند شاخص کسر حجمی ماده، تعداد تقویت کننده ها و پارامترهای بستر ارتجاعی بر روی پاسخ پس کمانش حرارتی پوسته استوانه ای تقویت شده بررسی می شود. نتایج عددی نشان می دهند که وجود تقویت کننده ها و بستر ارتجاعی باعث بالابردن پایداری پوسته استوانه ای می گردد. بعلاوه، افزایش ضخامت پوسته، کاهش شاخص کسر حجمی، افزایش تعداد تقویت کننده های طولی و حلقوی و به کاربردن بستر الاستیک باعث افزایش دمای پس کمانش حرارتی پوسته استوانهای تقویت شده مدرج تابعی می-گردد.
    کلیدواژگان: پوسته استوانه ای تقویت شده، مواد مدرج تابعی، تحلیل غیر خطی، پس کمانش حرارتی
  • روح الله رستمیان، محمد گلزار* صفحات 405-413
    اگر در فرآیند پالتروژن، الیاف ممتد تقویت کننده به شکل روینگ به طور پیوسته از داخل قالب پالتروژن به سمت خارج آن کشیده شوند، الیاف تقویت کننده در محصول نهایی عموما در جهت طولی قرار می گیرد. برای تولید محصولات میله ای در این پژوهش، ابتدا پیش آغشته های شیشه-پلی اتیلن بر اساس مطالعات و پژوهش های پیشین تولید شدند. سپس با توجه به جداول طرح آزمایش و با استفاده از پیش آغشته های تولید شده، نمونه های میله ای ساده و تقویت شده با الیاف عرضی تولید شدند. یکی از روش های تقویت پروفایل های پالتروژنی در جهات دیگر، رشته پیچی پالتروژنی است. در تحقیق حاضر برای تقویت عرضی میله های پالتروژنی، مکانیزمی برای اجرای رشته پیچی پالتروژنی طراحی شده و با این روش، میله های کامپوزیتی همراه با الیاف عرضی تولید شده است. یکی از مسائل مهم در پالتروژن گرمانرم، آغشتگی مناسب الیاف به زمینهء پلیمری محسوب می شود. با استفاده از آزمون سوزاندن و همچینن به کمک جابه جایی مایع، کسر حجمی الیاف و چگالی تجربی نمونه های تولید شده محاسبه شد. برای بررسی دقیق تر میزان آغشتگی الیاف و توزیع حفره در نمونه های مختلف، از سطح مقطع آن ها عکس های میکروسکوپی گرفته شد. با بررسی های صورت گرفته، مشخص شد که حجم الیاف آغشته شده به ماتریس گرمانرم با روش رشته پیچی پالتروژنی بالاتر رفته است، همچنین این نمونه ها با کاهش کسر حجمی حفره مواجه شده اند.
    کلیدواژگان: پالتروژن گرمانرم، رشته پیچی پالتروژنی، پیش آغشته گرمانرم، کسر حجمی حفره، میلگرد پالتروژنی گرمانرم
  • میلاد محمدزاده کوثری، سید بهزاد گل پرور، حمید نیازمند* صفحات 414-424
    در این پژوهش، به کمک مدل انتقال گرما و جرم، بستر جاذب یک چیلر جذب سطحی با مبدل صفحه-تخت فین دار به صورت سه بعدی و به روش حجم محدود شبیه سازی شده است. به منظور بررسی تاثیر مقاومت انتقال جرم برون ذره ای بر پارامترهای عملکردی سیستم، دو آرایش هندسی متفاوت از بسترهای جاذب شامل فین های مستطیلی و ذوزنقه ای با مشخصه ها ی جرمی و طولی یکسان در نظر گرفته شده اند و تاثیر طول بستر بر عملکرد سیستم به ازای ارتفاع و گام های فین مختلف ارزیابی شده است. بعلاوه، تاثیر طول بستر به ازای قطر ذرات جاذب و همچنین دماهای منبع گرم مختلف نیز بررسی شده است. نتایج نشان داد، در عین حال که افزایش طول بستر (یا به عبارت دیگر افزایش مقاومت برون ذره ای) به ترتیب منجر به افزایش و کاهش پارامترهای زمان چرخه و توان سرمایش مخصوص سیستم می شود ولی بر پارامتر ضریب عملکرد تقریبا بی تاثیر است. همچنین، در صورت وجود اختلاف بین توان سرمایش مخصوص بسترهای مستطیلی و ذوزنقه ای شکل، افزایش طول بستر موجب کاهش این اختلاف می شود. بعلاوه مشخص شد که با افزایش طول بستر مقدار قطر بهینه ذرات بزرگتر می شود. در نهایت، نشان داده شد که در بسترهای با طول نسبتا کوتاه در مقایسه با بسترهای نسبتا بلند ، تاثیر افزایش دمای منبع گرم در بهبود توان سرمایش مخصوص سیستم قابل توجه تر است.
    کلیدواژگان: چیلر جذب سطحی، بستر جاذب، مقاومت برون ذره ای، مدل سازی عددی
  • ایمان بهرآبادی جوین، صادق صدیقی*، جواد باشتنی صفحات 425-436
    پژوهش حاضر راه های کاهش آلاینده های گوگرددار ناشی از احتراق سوخت مازوت حاوی گوگرد را به صورت عددی بررسی می کند. راه حلهای مختلفی برای کاهش این آلاینده تاکنون ارائه شده است که یکی از کاربردیترین و اصلی ترین آنها جداسازی دیاکسید گوگرد از گازهای خروجی پس از احتراق است. در این پژوهش فرآیند کاهش آلاینده سولفور موجود در دود خروجی محفظه های احتراق به کمک جاذبهای مختلف شبیه سازی شده است. پژوهش حاضر سه نوع مختلف جاذب برای کاهش غلظت گاز دی اکسید گوگرد را مورد مقایسه قرار داده است. نتایج حاکی از آن است که مواد جاذب با پایه سدیم می تواند راندمان بالاتر و بیشتری نسبت به مواد جاذب با پایه کلسیم داشته باشد. همچنین در این شبیه سازی نشان داده شده است که راندمان مربوط به جاذب سدیم بی کربنات در حدود 96%، به عنوان بیشترین بازده و راندمان مربوط به کلسیم اکسید با 74% به عنوان کمترین بازده معرفی شده است. بالاتر بودن راندمان جاذب های سدیم در مقایسه با کلسیم به دلیل تفاوت چگالی آن در مقایسه با مواد جاذب کلسیم دار و سرعت در انجام واکنش به دلیل انرژی فعالسازی کمتر برای مواد جاذب بر پایه سدیم نسبت به جاذب با پایه کلسیم است، که باعث ایجاد پراکندگی بیشتر و واکنش بهتر با گاز دی اکسید گوگرد می شود.
    کلیدواژگان: احتراق، آلاینده SO-2، گوگرد زدایی از جریان گاز خروجی، جاذب بر پایه سدیم، جاذب بر پایه کلسیم
  • محرم حبیب نژاد کورایم*، محسن استاجی، احمد همایونی صفحات 437-445
    به منظور بررسی اثر داروها بر روی ویروس ها، اثرات متقابل بین پروتئین ها و ایجاد تغییرات مطلوب ژنتیکی بر روی دی ان ای موجودات، بررسی هرچه دقیق تر این ذرات بیولوژیکی یکی از کلیدی ترین نیازهای امروزه است. در این مسیر، شناسایی خواص مکانیکی این ذرات و همچنین نحوه ی رفتار مکانیکی آن ها در شرایط متفاوت نیز یک ضرورت به حساب می آید. منیپولیشن ذرات زیستی در ابعاد نانو یکی از فرایندهای مهم در بررسی رفتار نانوذرات بیولوژیکی است؛ زیرا بررسی میزان نیروی وارده، میزان تغییرشکل و بررسی احتمال تخریب در ذره می تواند اطلاعات سودمندی را در اختیار ما قرار دهد. در این مقاله به شبیه سازی دینامیک مولکولی فرآیند نانومنیپولیشن سه ذره ی زیستی مختلف (ویروس، پروتئین و دی ان ای تک رشته ای) بر پایه ی نانو ربات میکروسکوپ نیروی اتمی پرداخته شده است. هدف، یافتن اثر جنس زیرلایه بر روی نیروی وارده بر نانوذره و همچنین بررسی احتمال تخریب آن است. برای این منظور از سه زیرلایه ی مختلف با جنس های سیلیکون، گرافن و طلا استفاده شده است. دلیل انتخاب این زیرلایه ها فراوانی استفاده از آن ها در فرایندهای آزمایشگاهی و همچنین عدم واکنش با ذرات زیستی است. نتایج نشان می دهد که بیشترین نیروی وارد به ذره، متعلق به فرایند منیپولیشن بر روی زیرلایه ی طلایی است و احتمال تخریب نیز در این حالت بسیار زیاد است. در مقایسه ی بین زیرلایه های گرافنی و سیلیکونی نیز مشخص می شود که نیروی منیپولیشن و تغییرشکل ذره بر روی زیرلایه ی گرافنی بیشتر از زیرلایه ی سیلیکونی است.
    کلیدواژگان: نانو منیپولیشن، ذره ی زیستی، میکروسکوپ نیروی اتمی، جذر متوسط مربع فاصله ها، نیروی منیپولیشن
  • یادداشت پژوهشی
  • حسین سبحانی، عزیز عظیمی* صفحات 446-450
    در سال های اخیر مطالعات زیادی در مورد انتقال حرارت غیرفوری های در محیط های مختلف، ازجمله محیط متخلخل انجام شده که نتایج متناقضی در این مورد ارائه شده است. در ‏این مقاله، انتقال حرارت غیرفوری های در محیط متخلخل و به‏طور خاص برای شن بررسی شده است. برای این منظور، حل عددی یک مساله هدایت حرارتی غیرفوریه ای با شرط ‏مرزی شار حرارتی پالسی مورد بررسی قرار گرفته که این شرط مرزی برای مدل های غیرفوریه ای به صورت غیرفوریه ای گسسته سازی و اعمال شده است. در ابتدا معادله حاکم بر ‏مدل ‏DPL‏ به صورت عددی اختلاف محدود صریح حل شده و نتایج آن مورد بحث و بررسی قرار گرفته و با مقادیر آزمایشگاهی مرجع [1] مقایسه شده است. البته در روند حل ‏عددی مدل ‏DPL، ابتدا مطالعه شبکه انجام گرفته است. همچنین مدل تاخیر فاز یگانه (‏SPL‏) به صورت عددی صریح حل شده و نتایج آن با نتایج مدل ‏DPL‏ و داده های ‏آزمایشگاهی مقایسه شده است. در این پژوهش همانند مرجع [1] نشان داده شده است که مدل ‏DPL‏ انتقال حرارت غیرفوری های را بسیار بهتر از مدل کاتانئو (‏SPL‏) مدل می‏نماید.‏
    کلیدواژگان: انتقال حرارت غیرفوریه ای، مدل تاخیر فاز یگانه، مدل تاخیر فاز دوگانه، انتقال حرارت در شن
  • داود رحمت آبادی، رامین هاشمی * صفحات 451-454
    فرآیند پیوند سرد نوردی، یک جوش حالت جامد برای ایجاد پیوند بین فلزات مشابه و غیرهم جنس ازطریق نوردکاری می باشد. دراین تحقیق، برای اولین بار شکل پذیری ورق-های دولایه آلومینیومی تولیدشده به روش پیوندنوردی با استفاده از آزمایش ناکازیما مورد مطالعه قرارگرفت. به منظور ساخت ورق دولایه آلومینیومی، از یک ماشین نورد و اعمال کاهش ضخامت 50% در دمای اتاق استفاده شد. همچنین خواص مکانیکی، و سطح مقاطع شکست مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت و مشاهده شد که استحکام و میکروسختی به ترتیب 149.5 و 80% افزایش داشت. اما ازدیادطول و شکل پذیری نسبت به نمونه های اولیه به دلیل کارسرد و کرنش سختی کاهش یافت. همچنین نتایج تصاویر میکروسکوپ الکترون روبشی نشان داد که بعد از فرآیند نورد سرد پیوندی در نمونه ی دولایه آلومینیومی، شکست نرم همراه با میکروحفرات و مناطق برشی مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: ورق آلومینیومی، پیوند سرد نوردی، نمودار حد شکل پذیری، خواص مکانیکی، میکروسکوپ الکترونی روبشی
  • علی اکبر اسدی، محمد مهدی هیهات* صفحات 455-458
    در این مقاله تاثیر استفاده از چهار نوع نانوسیال با سیال پایه آب و نانوذرات اکسید فلزی شامل آلومینا و تیتانیا و نانوذرات فلزی شامل نقره و مس در کسرهای حجمی 1% تا 4% درون یک مبدل حرارتی پوسته و لوله مطالعه شده است. این کار بر پایه تجربیات صنعتی و با در نظر گرفتن الزامات استاندارد، با بررسی یکصد و دو حالت مختلف و مقایسه با سیال پایه آب انجام شده است. خواص نانوسیالات وابسته به دما و در محاسبه آنها از مدل های تجربی مناسب و معتبر استفاده گردیده است. غالب نتایج حاکی از آن هستند که استفاده از نانوسیال همواره باعث بهبود در عملکرد مبدل حرارتی شده و بکارگیری آن در سمت پوسته نسبت به سمت لوله بدون توجه به اندازه مبدل ارجحیت دارد.
    کلیدواژگان: نانوسیال، مبدل حرارتی پوسته و لوله، معیار ارزیابی عملکرد، افزایش انتقال حرارت
|
  • Kobra Gharali, Eshagh Gharaei, Majid Soltani Pages 1-9
    When a Horizontal axis wind turbine works under yaw condition, each blade element can be considered as an oscillating pitch airfoil while the free stream velocity oscillates horizontally. The unsteady free stream velocity, which is usually ignored, oscillates with the same frequency as the airfoil oscillations and has a great impact on the periodic forces produced by the airfoil oscillation. In order to study the effects of unsteady free stream
    velocity on the aerodynamic loads, a 2D NACA0012 oscillating airfoil at Reynolds number of 135000 has been simulated. In this simulation, reduced frequency, reduced amplitude and the phase difference between the free stream velocity oscillation and the airfoil angle of attack oscillation are 0.1≤k≤0.25 ¡ 0.2≤λ≤0.8 æ ϕ=0 ,π, respectively. Results show that free stream oscillations affect the aerodynamic loads, vortex strengths
    and dynamic stall characteristics. The lift force can be increased by more than 7 times than that of static case and 3 times compared to the load from steady free stream velocity. Depending on 𝜙 value, the dynamic stall angle of attack can be advanced 1 degree or delayed by more than 7 degrees by increase of reduced amplitude. Also, increase of k always causes delay in leading edge vortex formation and consequently delay in dynamic stall occurrence.
    Keywords: Dynamic Stall, Reduced Frequency, Unsteady Free Stream Velocity, Oscillating Airfoil, Wind turbine
  • Akram Jahanbakhshi, Afshin Ahmadi Nadooshan, Arash Shad, Mahsa Farzaneh Pages 10-18
    In the present paper, the effect of fins presence on natural convection between coaxial annuli was investigated, numerically. The external duct was circular and the internal ducts included three circular, square, and triangular cross sections for discussed annuli. As a geometrical constrain, both cross section area and diameter of external duct of annuli were considered equivalent together for all investigated cases. The area of fins installed on the internal ducts was constant, and their effects on thermal behavior of annuli were compared with considering the constant wall temperature boundary condition for surfaces in the range of 105≤Ra≤108. The results showed that with increase of Rayleigh number and consequently velocity, the heat transfer coefficient was increased for both surfaces. However, presence of fins reduced the values of heat transfer coefficient of internal ducts about 50%, while they increased those values for external ducts. Also, in the case of circular annulus, with increase of Rayleigh number, the Nusselt number wincreased about 71% and 64% for non-finned and finned ones, respectively. As a result, fins increased the overall heat transfer rate of both surfaces of annuli about 13% in comparison of non-finned surfaces.
    Keywords: Coaxial Annuli, Natural Convection, Fin, Numerical Simulation
  • Mohammad Ali Faghih Aliabadi, Mohammad Reza Mahpeykar Pages 19-30
    The supercooled steam in low pressure turbines creates the nucleation phenomenon. In most modeling approaches, to reduce the computation time a monodispersed model is used. However, experimental evidence even on one dimensional condensing flow demonstrates the existence of droplets with several sizes. In this paper to develop the modeling of the droplets more realistic, a polydispersed model is used along with the one dimensional HHL Riemann solver. In this study, a simple method is proposed for polydispersed model in Eulerian-Eulerian method. In this scheme, first, a number of elements are considered in the nucleation region and the droplets formed in each of the elements are put into a group. Then the new droplets formed in consecutive elements are distributed based on the ratio between the number of droplets in each group available for merging constrained by having the same number of groups. These groups grow individually until the end of the nozzle and each group has their own wetness, temperature, number of droplets and radius. Based on the results of the proposed polydispersed, the nucleation rate and the number of droplets are found to be more than the results of the monodispersed model, but the average droplet radius is less, with 10% differences is closer to the empirical radius of the Moore nozzle. The pressure distributions for both models have good agreement with experimental data, but in overall, the results of the proposed polydispersed method is significantly closer to experimental results especially with regards to the droplet radius.
    Keywords: polydispersed, monodispersed, nucleation, droplet growth, droplet group
  • Hadiseh Karimaei, Seyed Mostafa Hosseinalipour, Ehsan Movahednejad Pages 31-36
    Prediction of spray droplet diameter distribution depends on the various parameters such as physical properties, fluid velocity, and discharge environment and injector geometry. The stage of forming droplets has a great variety in size and therefore will be predictable with a statistical approach. The maximum entropy principle is one of the most popular and best ways to predict the spray droplet size distribution along with the conservation equations. Due to some drawbacks in this model, the predicted results do not match well with the experimental data. It is suggested to improve the available energy source in the MEP model equation by numerical solution of flow inside the injector based on the CFD technique. This will enhance the calculation accuracy of the turbulent kinetic energy of the output spray. In fact, by using this sub-model in the maximum entropy model, the prediction accuracy of the spray characteristics is improved. Also, the requirement of the maximum entropy model to the experimental data as inputs has been reduced. By the present coupled model, the effect of spray upstream on the droplet size distribution can be considered with a good accuracy. The results show a close agreement with the available experimental data.
    Keywords: Maximum entropy principle, droplet diameter distribution, internal flow analysis, statistical approach, energy source term
  • Fathollah Ommi, Javad Vaziri Naeen Nejad, Seyed Hossein Moosavy Pages 37-46
    At the core of the conventional hydro cyclone, the secondary flow is created in opposite direction of the primary flow which is adjacent the wall and causes a sink pressure on the central axis of the hydro cyclone. This low pressure zone may drag fine particles to the core and escape them from the upper section of hydro cyclone. In this research by adding a sound source at the core of the hydro cyclone, the separation performance of an acoustic hydro cyclone is studied. Then the effects of the hydro cyclone’s body tilt angle with the horizon reviewed in next step. To this end, the flow simulation carried out by the appropriate turbulent and two-phase fluid flow model selection and consequently the results validated with experimental data. The result shows the optimum strength and frequency of acoustic stimulation and the performance of conventional hydro cyclone in different tilt angles, particles diameter and inlet velocities. In addition in this study, the optimum injection velocity for any diameters which use of sound source impacts greatly on increasing the separation efficiency, is introduced. Finally, by applying a genetic algorithm with two objectives function, among all the states, the model that have the highest efficiency and lowest pressure drop is selected.
    Keywords: Hydro cyclone, Sound source, Particle diameter, Separation, optimization
  • Ehsan Shakouri, Hossein Haghighi Hassanali Deh, Seifollah Gholampour Pages 47-54
    Bone fracture occurs as a result of accident, old age and disease. Generally bone fracture treatment consists of stabilizing the fractured bone in the right position. In complex fractures, stabilizing internal and external tools and equipment is used to stabilize the fractured bone in position. Bone drilling is required in order to connect fixating devices. The forces required for chip formation, increase the temperature during bone drilling. The phenomenon of thermal necrosis of the bone occurs if the temperature exceeds 47 degrees Celsius. Thermal necrosis inhibit bone fixation and causes the wrong bone healing. The current study has been trying to examine the effect of the cooling gas on the reduction of temperature rise on drilling site as well as statistical analysis of the process. Tests have been carried out using direct injection of nitrogen gas using internal coolant drill bits. Using cooling gas reduced the increase in drilling temperature to 15 degrees Celsius and prevented the thermal necrosis. The maximum increase in temperature in conventional drilling was 56 degrees Celsius, while using cooling gas the increase in temperature of 43 degrees Celsius was achieved. This reduces the risk of thermal necrosis. Statistical analysis also indicates that in the drilling with direct cooling with nitrogen gas the temperature changes are almost independent of the rotational speed.
    Keywords: Bone drilling, thermal necrosis, nitrogen gas, internal coolant drill bit
  • Mohammad Jowzi, Farzad Veysi, Morteza Gholamzadeh Pages 55-62
    Vacuum tube solar water heaters are one of the most common types of solar water heaters, and they have been used widely in recent years. Evacuated tube solar collectors compared to flat plate collectors have higher absorption coefficient and lower heat loss. Many factors are effective on thermal efficiency of evacuated solar water heaters and many studies have been done to increase their efficiency. In this study, thermal performance of a modified model has been investigated experimentally. Two laboratory samples, one of them with the modified structure and the other like commercial samples have been made and their performance has been studied under equal solar radiation and ambient temperature. The results have shown that this structure modification has a positive effect on collector performance. This change has made the temperature distribution in the pipe and tank more uniform, and has increased the efficiency to 11 percent. Absorbing thermal energy in the modified model was more than typical model about 25 percent in duration one hour. Also, effects of solar radiation on the average temperature of water in the storage tank have been investigated in both cases. In this study, an experimental method is used to calculate the radiation received to vacuum tubes.
    Keywords: Solar Energy, Experimental Study, Thermal performance, Vacuum Tube Collector
  • Sina Bagheri, Saeed Tavangar Roosta, Mohammad Reza Saber, Seyed Hadi Motamedalshariati Pages 63-71
    Blast walls are implemented in order to attenuate the explosion blast wave and protect the important objects. These obstacles decrease the blast wave intensity by reflecting a portion of the wave to the explosion source and producing turbulence in the blast wave flow. The geometrical shape of the blast wall, as an influential factor, decrease the intensity and increase the protective effect of these obstacles. In this thesis, the angle of curvature of the canopy blast walls was studied to find the optimum angle with the most attenuation effect. To simulate the interaction of the blast wave with the blast wall, computational fluid dynamic with finite volume method and OpenFOAM software (an open source software) was used. The results of the simulation with LES turbulence model, was presented the more exact description for the attenuation of the blast wave interacted with the canopy blast wall. The comparison of the overpressure peak and the created vortexes behind the canopy and oblique wall, shows that the canopy wall was increased the attenuation of the blast wave up to 14%. On the other hand, by increasing the angle of curvature of the canopy wall from 0° to 67.5°, the attenuation of the interacted blast wave with the obstacle was increased step by step up to 4%.
    Keywords: Blast wall, Blast wave, Computational fluid dynamic, Canopy geometry
  • Majid Molaei, Hamed Deilami Azodi, Mehdi Safari Pages 72-78
    Hydro-mechanical deep drawing is an advanced process in metal forming in which high pressure fluid is used to form complicated parts. Conical parts are kind of complex parts in which there is a high possibility of thinning and rupture during the forming process due to low contact area between the punch head with the blank. In this paper, the Hydro-mechanical deep drawing of Al3003-IF Steel two-layer conical parts is studied using the experimental and numerical approaches. The effects of process parameters such as friction coefficient, arrangement of layers and thickness ratio of two-layer sheet on working zone are investigated. Allowable working zone in this process indicates the applicable range of chamber pressure and drawing ratio to achieve a part without rupture. The results show that with decreasing the friction between blank and blank holder, increasing the friction between blank and punch, increasing the thickness of high formable layer and setting IF steel layer as outer layer increase the limit drawing ratio and make the allowable working zone more extensive. Finally comparison of the results obtained from experimental investigation and numerical simulation shows a good agreement between the results.
    Keywords: Hydro, mechanical deep drawing, Two, layer sheet, Conical part, Finite element method, Safe working zone
  • Amin Nourian, Alireza Akbarzadeh Tootoonchi Pages 79-86
    Precise Prismatic actuators are one of the most important actuators used in robotic industry and the main base of parallel robots as 6PUS Stewart-Gough robot. Because of bearing large axial forces by this actuators, elastic deformations are inevitable in the main parts of them. This results in elongation and compression of the piston and ball screw, which deteriorates the dynamic linear positioning accuracy of these actuators. The existence of accurate dynamic equations can seriously help to control these errors. Most of the dynamic models which have been used for these actuators based on lumped parameter approach have one DOF for rigid and two or three DOF for flexible state and the stiffness of parts are considered as constant. In this study, the direct dynamic equations of a rotating prismatic actuator which has three DOF in axial direction and ball screw drive system, are proposed using the Lagrange method. In addition to the flexibility of the moving piston, the ball screw is considered with variable stiffness. The important point of this study is the variability of ball screw stiffness. As the nut moves along the shaft, the active length and stiffness of the shaft change; which is very similar to the reality. In addition to the analytical method, the actuator is modeled in the finite element software, ABAQUS and the results of the analytical method and the finite element method are compared.
    Keywords: Prismatic actuator, Lumped parameter approach, Lagrange method, Ball screw drive, Variable stiffness
  • Mina Kamali Moghaddam, Masoud Tahani Pages 87-92
    The purpose of this paper is to deal with fracture behavior of carbon nanotubes with presenting a revised structural molecular mechanics model in the finite element method. Structural molecular mechanics modified model, uses a three-dimensional beam element with general section to make nanotube structural model in which bending stiffness and inversion are defined independently. In analysis which are done, a bridged carbon nanotube with constant strain rate is examined under tensile stress until the failure of nanotube. Carbon-carbon bonds behavior has been assumed nonlinearly and will be ruptured when the strain reaches 19%. It is predicted that fracture behavior in carbon nanotubes depends on the environment temperature due to mechanical behavior of carbon nanotube's bonds. Based on the present research, we found that by increasing the temperature, Poisson's ratio increases and Young's modulus decreases. Further, it can be said while the temperature increases, both the fracture ultimate strain and stress decrease. Finally, a nonlinear relationship is presented in which the constants depend on chirality of the carbon nanotubes.
    Keywords: Carbon nanotube, Continuum mechanic, Fracture behavior, Temperature effect
  • Zahra Talebpour, Hamid Niazmand Pages 93-104
    Spray plays an important role in many engineering and industrial processes. Therefore, it is important to investigate the heat transfer rate of particles in an environment with a wide spectrum of vortical structures resembling turbulent eddies. The interaction between these vortical structures and spherical particles significantly influences the heat transfer rate of particles and their life time. In the present study, transient heat transfer of a spherical particle interacting with random vortexes in an incompressible and viscous flow has been studied using numerical solution of the Navier-Stokes and energy equations at Re=100 by the developed computational algorithm. In order to ensure the accuracy of the calculation, the results are compared with numerical data available in literature, where good agreements were observed. The influential vortex domain around the particle was first identified with simulating two similar vortexes based on their impact on the Nusselt number. Then, using this domain of influence, effects of the number of random vortexes with different structures and positions on the heat transfer rate of the particle were considered. It was found that only 4 or 5 vortexes can well predict the influences of a vortical domain with larger number of vortexes on the heat transfer rate of a particle. The results also indicate that for 4 or more vortexes the Nu varies in a limited range of that for the case with no vortex flow. Furthermore, increasing vortexes sizes, leads to the higher heat transfer rates.
    Keywords: Vortex, Particle Interaction, Vortical flow, Spherical Particle, Random Vortexes
  • Hamid Reza Talesh Bahrami, Saeed Zareie, Hamid Saffari Pages 105-114
    In In this paper nanofluids condensation heat transfer on an inclined flat plate is investigated. To do this, thermal resistances of single droplets are calculated and the total heat flux is evaluated using population balanced theory. The nanofluids include alumina, titanium dioxide and silver as nanoparticles and water as a base fluid. Effects of different surface inclinations, nanofluids types, and nanoparticles concentrations are investigated on the heat transfer. Nanofluids properties consisting of thermal conductivity, density, dynamic viscosity, and latent heat are extracted from literature and introduced into the equations. The results are compared with some experimental data in the same conditions. The Nusselt theory is used to compare the heat transfer rate of filmwise condensation with dropwise condensation. Inspecting the results shows that the heat transfer coefficient of a vertical plate is maximum, and decreases with decreasing in inclination due to lower washing rate of small droplets by sliding droplets. The results also show that the heat transfer coefficients of various nanofluids are different but they are constant all over the surface. As well as, addition of nanoparticles to the base fluid increases heat transfer rate. It can be seen that water-silver nanofluid has the maximum heat transfer rate among three beforehand mentioned nanofluids in the same conditions and the heat transfer rate increases with increase in volume fraction of nanoparticle for a specific nanofluid.
    Keywords: Dropwise condensation, Nanofluid, Heat transfer, Numerical analysis
  • Faezeh Iranmanesh, Mohammad Ali Nazari Pages 115-122
    Mathematical modeling of tumor growth as modeling of other biological tissues is important since these models enable us to predict and evaluate the parameters that could not be measured easily. The accuracy of a derived model depends upon considering more involved factors and mechanisms and will lead us toward a realistic modelling. In this study, a finite element model of avascular tumor growth is represented. This model concentrates on the constitutive behavior of tissues and the resulting stresses. The tumor and its host are assumed to behave as a hyperelastic material. The tumor model is supplied with a growth term which is a function of nutrient concentration, solid content of the tumor and rate of cell proliferation and death. The evolved stresses during growth and interactions between tumor and the surrounding host could be evaluated using the presented model. The results show that the exerted stresses on tumor increase as time passes which lead to reduction of tumor growth rate until it gradually reaches an asymptotic radius. The effects of variation of the bulk modulus which is a determinant of compressibility are investigated. Since biological tissues consist mainly of water so we should impose the condition of incompressibility. It is found that the increase of bulk modulus which leads to more incompressibility causes stress elevation.
    Keywords: Avascular tumor growth, Finite element modeling, Bulk modulus, Hyperelastic material
  • Saleh Fallah, Behzad Ghadiri, Ghasem Heidarinejad Pages 123-134
    The flow induced vibration in transonic turbomachines is an important and challenging issue in this field. Blades aeroelastic behavior, in addition to the aeroelastic instability, can leads to blades failure, flow instability and reduce efficiency of the system. Aerodynamic behavior of the system should be investigated prior to aeroelastic study. The purpose of this article is an investigation of aeroelastic instability and behavior of a selected turbomachine. For this purpose, transonic flow in Nasa 37 rotor is simulated and verified using CFX software. Then, rotor blade aeroelastic stability is investigated in three operating points; design, near stall and stall using blade forced vibration in the specified inter blade phase angle (IBPA). In order to reduce grid points and consequently, computational time, phase-lagged boundary condition and fourier transformation method is used. Also, in this research, the algorithm of simultaneous structure-fluid grid generation and the solution algorithm of force vibration structure-fluid interaction of turbomachines is codified and introduced in detail. Employment of fourier transformation method in CFX software for aeroelastic simulation is another innovation of this article. The value of the critical inter blade phase angle which is independent from rotor operational conditions, is obtained in the present research. Aeroelastic simulations show aeroelastic instability of Nasa 37 rotor in the stall condition. In this condition, flow entropy is increased rapidly relative to the design and near stall condition. The blade pressure side has more important role in stall aeroelastic instability and needs further attention in re-design phase.
    Keywords: Aeroelastic instability, Transonic turbomachine, Turmomachinery aeroelasticity
  • Behnam Ghadimi, Amir Nejat, Seyyed Ahmad Nourbakhsh, Nasim Naderi Pages 135-142
    Despite significant improved survival rate in patient with heart failure by Ventricular Assist Devices (VADs), complications related to blood hemolysis and pump thrombosis have challenged the improvement of these devices. Hence, the first step of VADs improvement is studding the flow field and the effect of different parameters on blood hemolysis. Consequently, at the first step of the current study, the CFD analysis of hemolysis in laminar flow inside a pipe and turbulent flow inside a chamber with rotating disc were compared with Analytical solution and experimental results, respectively, and good agreements were achieved. Then, numerical simulation was used to calculate the hemodynamics in one axial and one centrifugal pump as a Left Ventricular Assist Device (LVAD), and a comparative analysis of operating conditions, efficiency and hemolysis index was performed among them. The results showed that the axial VAD had a higher hemolysis index, due to its longer residence time and higher shear stress. The higher shear stress in simulated axial VAD compared to centrifugal VAD arises from its higher operating speed and lower gap size. Furthermore, at the required conditions for blood flow in the human body, the centrifugal VAD has higher efficiency than axial VAD.
    Keywords: Ventricular Assist Device (VAD), Hemolysis Index, Axial Pump, Centrifugal Pump
  • Ali Bakhsheshy, Hossein Mahbadi Pages 143-149
    Viscoelasticity is a property of materials that exhibit both viscous and elastic characteristics. In linear viscoelasticity, the stress is linearly related to the history function of strain. This paper discusses vibration analysis of functionally graded viscoelastic rectangular plate. The viscoelastic behavior of the plate is modeled using the Zener three-parameter model. Also, the material properties of the plate are graded through the thickness according to the volume fraction model. The maximum stress and strain are calculated based on the linear first-order shear deformation theory and the simply support boundary conditions is assumed at all four edges of the plate. A code is prepared using the Mathematica software to obtain the frequency values and effect of inherent and geometric characteristics of the sheet on natural frequency of the plate. These effects are studied using the tables and graphs represented in the results and discussion section of the paper. The results obtained in this paper are simplified to a functionally elastic plate to compare with those given in the literature search. The comparison of results shows good agreement against data given in literature for both cases.
    Keywords: functionally graded viscoelastic plate, first, order shear deformation theory, natural frequency
  • Hesam Sadeghian, Yousef Hojjat, Masoud Soleimani Pages 150-158
    Dielectrophoresis is a phenomenon with wide application in the cell sorting system, in which, the dielectrophoresis force acts on a dielectric particle located in the non-uniform electric filed is used. In this study, governing equations on this phenomenon is presented and a new method for measuring dielectrophoresis force is developed. This method is based on measuring drag force on particle and solving the equilibrium equations. For this purpose drag force is measured in two directions, parallel and perpendicular to electrodes. To evaluate the method, an actuator has been developed which has paralleled electrodes with 50 μm widths and 50 μm intervals and a PDMS channel with height of 80 μm is mounted on them. In experimental result, the exerted dielectrophoretic force on U-87 tumor cell and white blood cell were measured. Since electrical properties of white blood cells are known, the accuracy of presented method was evaluated by using numerical simulation of their dielectrophoretic force and comparing with experimental results. Experimental results prove that the error of force measurement in traditional models, may be even more than 3 time of the actual dielectrophoresis force, while in presented method the source of this error is eliminated
    Keywords: Dielectrophoresis, Cell sorting, Experimental measurement of force, Cell
  • Mohammad Reza Ghazavi, Afshin Tebyanian Pages 159-166
    This paper presents an study and analysis of acoustic wave scattered and radiated from a truncated conical shell excited by an time-harmonic constant amplitude acoustic wave arriving from infinity by specified angle of incidence. The shell immersed in unbounded air and inner face has in-vacuo condition. Donnel-mushtari theory of shell displacement field proposed to investigate the kinetic and potential energy of shell and Hamilton principal is employed to extract the shell dynamic equation. Incident sound wave is considered as plane wave which is an incoming wave solution of reduced homogenous wave equation. The Helmholtz integral equation is use to model the scattered and radiated sound by shell. Boundary element method (BEM) is employed to relate the surface nodal pressure to nodal displacement. Then by combination of BEM and Rayleigh-Ritz method, the coupled structural-acoustic problem is solved and the sound pressure in any point of medium and shell surface is obtained. The final result has been compared with Finite Element – Boundary Element (FE-BE) method and result shows that the analytical result is in good agreement with the numerical FE-BE method. Also the bahaivor of medium fluid is studied by considering air and water as two case of fluid medium
    Keywords: Conical shell vibration, Acoustic Helmholtz integral eqation, Boundary element method, Rayleigh, Ritz method
  • Amir Hossein Asgharnia, Reza Shahnazi, Ali Jamali Pages 167-176
    In this paper, an optimal Fractional-order Proportional-Integral-Derivative (FOPID) controller is proposed to control an offshore 5MW wind turbine’s pitch angle in above rated speed. The proposed pitch controller regulates the generator angular speed and consequently the generator power to its nominal value without any knowledge of the model. In order to find the parameters of the controller, a hybrid cost function is proposed, which consists of sum of absolute error signal and absolute rate of control signal in three different wind speeds. The wind speeds are chosen in the beginning, middle and at the end of the interval, thus, the optimized controller is able to show an acceptable performance in whole range of wind speeds, without any demand to nonlinear and complex controllers. To this end, the proposed cost function is minimized using three optimization algorithms: Differential Evolution (DE), Firefly algorithm and Particle Swarm Optimization (PSO). In order to evaluate the robustness of proposed FOPID, numerous wind profiles with different speeds and fluctuations are applied and the results are compared with the optimal integer order PID controller. The comparison demonstrates that the proposed FOPID has more effective performance and robustness than optimal integer order PID.
    Keywords: Wind turbine, Pitch control, Fractional order controller, Differential Evolution (DE), Firefly Algorithm (FA), Particle Swarm Optimization (PSO)
  • Seyed Mohammad Hosseini, Rouhollah Ahmadi, Mostafa Mohebi Pages 177-186
    Concerning the adverse environmental impacts of fossil fuel consumption, many investigations have been performed on choosing more environmentally friendly fuel alternatives and sustainable resources. In this regard, hydrogen is considered to be one of the promising alternative fuels as its combustion features are the most similar to fossil fuels and it also falls into the category of renewable and clean fuels. This article studies the simulation of hydrogen-diesel combustion in heavy duty engine at full load and speed of 1600 rpm. All engine features including speed, spray angle, spray duration and input power are held fixed in the simulation. Variable parameter is the ratio of mass or hydrogen energy to diesel. Depending on input power of diesel, hydrogen is changed from 0% (pure diesel) to 70% (i.e. 70% is supplied from the input power of hydrogen and the remaining 30% from diesel fuel). The results of simulation show that hydrogen substitution with diesel at the best state leads to reduction of pollutants such as nitric oxides, carbon dioxide, unburned hydrocarbon, soot and carbon monoxide to 8%, 14%, 54%, 14% and 70%, respectively. This substitution however causes the reduction of indicated efficiency to 2.8%. Hydrogen substitution with diesel can also postpone the combustion, and resulting to increase PRR and HRR; however, this pressure enhancement does not lead to knocking.
    Keywords: Combustion in diesel engine, Hydrogen, Emission, Simulation, Engine performance, Alternative fuel
  • Hadi Delavari, Hamid Heydarinejad Pages 187-195
    Magnetic levitation systems are widely used in various industries. These kind of systems are usually open-loop unstable and are described by highly nonlinear differential equations which present additional difficulties in controlling these systems in the presence of disturbance and sensor noise. We consider the stabilization and the tracking problems of a magnetic levitation system. In this paper an adaptive fractional order Backstepping sliding mode control schemes is proposed. Backstepping algorithm is based on the Lyapunov theory. The proposed controller in this paper is designed by a combination of a Backstepping algorithm, sliding mode control and fractional calculus to make more degree of freedom and robustness. The stability of the closed loop system is investigated by using the Lyapunov stability theorem and the new extension of Lyapunov stability theorem for fractional order systems. Simulations are performed to confirm the theoretical results of the proposed controller for the magnetic levitation system. The proposed controller is able to reject the sensor noise and disturbance with a chattering free control law. Finally the simulation results of the proposed controller are compared with the adaptive fast terminal sliding mode control.
    Keywords: Magnetic levitation system (maglev), Sliding mode control theorem, Backstepping algorithm, Fractional order control
  • Mir Boyok Ehghaghi, Mohammad Vajdi, Mohammad Namazizadeh, Maryam Hajipour Pages 196-204
    Centrifugal pumps as a heart of the system which are used to move fluids are used widely in most of the industries and have considerable contribution in the amount of energy consumption, so improving of their performance has been attended for researchers .In this paper the aim of studying is the effect of double splitter blades on pump’s performance numerically and experimentally. Three type impellers have been made as experimental investigation. Pump with this impellers is tested and extracted the performance curve. Also, for investigation of the flow pump has been simulated numerically by ANSYS-CFX commercial code. Numerical method of finite volume with k-ω SST turbulence model for numerical analysis. Numerical and experimental results show reasonable agreement that increasing of head and variation of NPSHR due to adding of double splitter blades. The maximum head increased was obtained related to third type of Impeller about 6.33 percent. Furthermore, third type is selected as best impeller. Also, it is observed that around point of designing of pump the effect of double splitter blades on pump’s performance is more significant and deviation from this point will decrease the effect of it.
    Keywords: Centrifugal Pump, Double Splitter Blades, Head Increase, Cavitation
  • Asghar Zajkani, Majid Ghadiri, Esmaeil Shahabi Nejad Pages 205-215
    In this paper, the elastoplastic buckling of rectangular plates over the Pasternak foundation has been analyzed with the fixed and simply supported boundary conditions. Associated with the uniform loading conditions on the plate by the in- plane compression and tension, the influence of the elastic foundation is investigated in terms of two stiffness parameters; including the Winkler spring and the Pasternak shear coefficients. In order to extract governing equations, two theories are used from the plasticity: deformation theory (DT) with the Hencky constitutive relations and the incremental theory (IT) based on the Prandtl-Reuss constitutive relations. By implementing the generalized differential quadrature method to discrete the differential equations, influences of loading ratio, length to width ratio, plate thickness, and the elastic foundation characters are studied. By comparing the obtained results with the data reported in references, the accuracy of the model is verified. Consideration of results shows that applying the elastic foundation causes to increase critical buckling load. In addition, enhancing the elastic foundation parameters leads to amplifying the difference between buckling loads obtained from two theories, especially in the larger thicknesses. Moreover, according to increasing the plate thickness in the tensile state of the loading, application of the elastic foundation causes to reach plate stress to a value more than the ultimate stress of the specimen.
    Keywords: Elastoplastic buckling, Generalize differential quadrature method, Pasternak foundation, Incremental theory, Deformation theory
  • Sadra Borji Monfared, Asghar Ebrahimi, Ashkan Parsa Pages 216-226
    Airship is kind of aerial vehicles that has been a significant development of scientific research in recent years. Furthermore, stratospheric airship is in group of lighter-than-air aerial vehicles. This device is designed in order to the ability of unmanned autonomous operation with remote control at a height of 22 kilometers from Earth. With the development of control systems, there are still major challenges in this area. In this paper, in order to stabilizing and trajectory tracking of stratospheric airship, nonlinear H_∞ method has been developed. At first, the dynamic model of an airship is introduced and descriptive equations are presented in an appropriate state-space in order to design a controller based on nonlinear H_∞ method. Then the nonlinear H_∞ controller is designed. In the controller the integral of the position error is considered, allowing the achievement of a null steady-state error when sustained disturbances are acting on the system. The external disturbances are considered as aerodynamic forces and torque. This strategy is designed robustness, against of external disturbance. The results are shown that decrease in steady error and stabilizing system against external disturbance and uncertainties. Also for robustifying of designed control, comparison is done with adaptive control. Simulation results in the presence of aerodynamic disturbances, parametric and structural uncertainties are presented to corroborate the effectiveness and the robustness of the proposed strategy.
    Keywords: Stratospheric Airship, Stabilizing, Nonlinear H, ∞ Control, External Disturbance, Uncertainty
  • Alireza Pourmoayed, Keramat Malekzadeh Fard, Morteza Shahravi Pages 227-238
    In this paper, the behavior of free vibrations and buckling of the thick cylindrical sandwich panel with a flexible core and simply supported boundary conditions using a new improved ýhigh-order sandwich panel theory were investigated. An axial compressive load is applied on the edges of the top and bottom face sheets simultaneously. The formulation used the third-order polynomial description for the displacement fields of thick composite face sheets and for the displacement fields in the core layer based on the displacement field of Frostig's second model. In this model, there are twenty seven degree of freedom. The transverse normal stress in the face sheets and the in-plane stresses in the core were considered .For calculated exact solution, according to thick face sheets, all of the stress components were engaged. The equations of motion and boundary conditions were derived via the Hamilton principle. Moreover, the effect of some important parameters such as those of thickness ratio of the core to panel, the length to radius ratio of the core, cumferential wave number and composite lay-up sequences on free vibration response and buckling of the panel were investigated. In order to validate the results, the obtained results were compared with those obtained using finite element ABAQUS software. The advantage of this paper is simplicity, considering face sheets as thick, exact solution and the considering of important terms such as (1_c/R_c ) in equations.
    Keywords: Free vibration, Buckling, Cylindrical sandwich panel, Improved higher, order theory, Analytical analysis
  • Mohammad Hossein Aliee, Ramin Roshandel, Akram Avami Pages 239-250
    In today’s world, using of biogas is increasing due to its methane content, renewability, and low price. Solid oxide fuel cell is one of the best energy conversion technologies, in order to use biogas and it has a high potential to integrate with the gas turbine. In this paper, solid oxide fuel cell-gas turbine hybrid system, which is fed by biogas is modeled with respect to energy and economic aspects. Maximization of electrical energy efficiency and minimization of total investment cost are objective functions, which are considered to find the optimal design variables of the hybrid system. First, each component of the hybrid system is modeled and validated individually. Then, in order to optimize the hybrid system, multi objective optimization via NSGAII is implemented and optimal values of design parameters of the hybrid system were calculated. Optimal point is obtained using Euclidian non-dimensionalization and LINMAP decision making method in Pareto front. So, optimal design values are 66 percent and 175227.4 $, which are electrical energy efficiency and total investment cost, respectively. In optimal point Levelized unit cost is 6.3 cent per kWh. Finally, in order to determine the effect of design parameters on the objective functions, sensitivity of each design parameters were analyzed using Sobol's sensitivity analysis method. Results show that compressor pressure ratio has the maximum effect on electrical energy efficiency. Furthermore, turbine isentropic efficiency and fuel cell current have the maximum effect on the total investment cost.
    Keywords: Biogas, Solid oxide fuel cell, Gas turbine, Multi objective optimization, Sobol sensitivity analysis
  • Reza Nezamoleslami, Siamak Esmaeilzadeh Khadem Pages 251-262
    The composite conical lattice structure in this paper made of helical ribs and thin outer skin. In this research, free vibrations of these structures with and without outer skin were investigated. A smeared method is employed to obtain the coefficients of stiffness of conical shell. Theoretical formulations are based on sander thin theory of shell. For verification of the analytically obtained results, using ANSYS software the 3D finite element model of composite lattice conical shell is built and analyzed. To verify the accuracy of this method, comparison of the results are made with numerical results from ANSYS Software and show a good agreement between them. Also, some special cases as influences of the semi vertex angle and thickness of the outer skin on the natural frequencies of the conical shell are studied. It is concluded that, the increasing of the semi vertex angle leads to increasing the natural frequencies of conical shell. Moreover for outer shell thicknesses greater than a specific value, the increment of the thickness of the outer skin leads to decreasing the natural frequencies. Because of few researchers investigated merely vibrational behavior of the composite lattice cylindrical shell, the obtained results of this paper have novelty and can be used for further and future researches.
    Keywords: Conical lattice structure, Vibrations, rib, composite, Smear stiffness method
  • Mohammad Reza Nayeri, Mohammad Mahdi Abootorabi Zarchi, Mohammad Haddad Zadeh Pages 263-269
    One of the new lubrication methods in machining processes is Minimum Quantity Lubrication (MQL). In this method, a very small amount of fluid by compressed air creates a spray and is used as lubricant. One of the advantages of this method compared to conventional (wet) lubrication is the reduction of environmental pollution and undesired effects on operator health. In the present study, the effect of minimum quantity lubrication on surface roughness in hard turning of 100Cr6 bearing steel has been investigated and compared with dry and wet machining methods. To perform MQL, some equipment have been added to the lathe machine. The tool used for material removal of 100cr6 steel is Nano-CBN that is a new generation of CBN tools with Nano technology. All experimental tests performed in dry, wet and MQL conditions. For investigation of surface roughness, each of cutting parameters include cutting speed, feed rate and cutting depth were selected in three different levels and all possible combinations of these parameters has been tested. According to experimental results and analysis of variance, feed rate 68%, lubrication method 14%, cutting speed 4% and cutting depth less than 1% affected on the surface roughness. The obtained results showed that the surface roughness in MQL method has been averagely decreased 42% and 30% in comparison with dry and wet machining, respectively.
    Keywords: Hard Turning, Surface Roughness, Minimum Quantity Lubrication, Nano, CBN
  • Esmaeil Zamani, Hamid Reza Nazif Pages 270-280
    In this study, dynamic and heat transfer equations of two-dimensional laminar plane and axisymmetric stagnation flow are solved by Optimal Homotopy Analysis Method, Boundary Knot-Homotopy analysis method and compared by numerical solution. The optimal convergence-control parameter value is calculated using Chebyshev points. These points are corresponding to the range of solutions to get the best answer for both flows. Boundary Knot Method gives the best initial guess that applies in terms of primary answer of homotopy analysis method. Results are reported by the 50th order approximation. Also, it is considered that the total numbers of knots on the domain and the boundary is 40. It is shown that results have a good agreement with the numerical solution. The stream function, the velocity function, the shear stress function and the temperature distribution for small Prandtl values is shown for plane and axisymmetric stagnation flows using BK-HAM compared with the numerical solution. It can be found that, with increasing vertical distance, because of decreasing the effects of wall, the fluid shear stress will be reduced. Also the temperature distribution in the boundary layer changes linearly with distance from the wall. Also, increasing the Prandtl number and decreasing the thermal boundary layer thickness is leading to increase temperature distribution.
    Keywords: viscous fluid, stagnation point flow, temperature distribution, boundary knot, homotopy analysis method
  • Vahid Badrkhani, Amir Nejat, Mojtaba Tahani Pages 281-292
    In this paper, an implicit finite element-discontinuous Galerkin method for compressible viscous and inviscid flow is developed using Newton-Krylov algorithm with the objective of increasing the accuracy and convergence rate. For inviscid flows, an artificial viscosity is implemented in sharp gradient flow regions especially at high-order cases, increasing the accuracy of the solution. Moreover, for viscous flows, the accuracy is improved by using compact discontinuous Galerkin discretization method for elliptical terms. To reduce the computing CPU time and increase the convergence rate, an iterative Krylov type preconditioned linear solver is applied. For preconditioning, restarting, Block-Jacobi and block incomplete-LU factorization are employed for solving the linear system of the Jacobian matrix. The Jacobian matrix is constructed via finite difference perturbation technique. In this context, the performance of preconditioning matrix for three types of flow regimes of inviscid subsonic, inviscid transonic and viscous laminar subsonic are studied. In addition to complete the discussions, multigrid smoother with special conditions is applied for all preconditioning matrices. To improve the solver performance for higher order discretization, a lower order solution may be used as higher orders initial condition. Therefore, a middle phase is needed to transfer calculations from low to high order discretized domain and then the final Newton phase is continued. In addition, local time stepping is implemented to improve the rate of convergence. Consequently, the presented numerical method can be used as an efficient algorithm for high-order Discontinuous Galerkin flow simulation, especially for transonic inviscid and laminar viscous flows.
    Keywords: Discontinuous Galerkin, Compressible viscous, inviscid flow, Newton, Krylov Algorithm, Preconditioning, Multigrid smoother
  • Parvaneh Zare, Shahram Talebi Pages 293-304
    Due to easy manufacturing technology and implementation of passive micromixers in a complex microfluidic system, in this study, a type of passive micromixer has been investigated. Passive micromixers increase the mixing rate by increasing the contact surface of two fluids and reducing the distance of molecular diffusion. In the present study, numerical analysis of an L-micromixer has been performed to investigate the mixing behavior and characteristics of fluid flow with changes in key geometrical parameters at four Reynolds numbers. Three non-dimensional geometrical parameters, i.e., normalized length (ZR), length ratio (LR), and aspect ratio (AR) have been defined. Simulations have been performed at the Schmidt number of 900.18. The Reynolds number has been also selected in the range of 50 to 200. A mixing index has been used to quantify mixing behavior in the microchannel. The accuracy of simulation done has been proved by comparing current results with the results of other valid studies. The results reveal that mixing index and pressure drop in a serpentine channel are sensitive to the changes of geometric parameters of the microchannel, and showing different behavior at various Reynolds numbers. Furthermore, due to the sharp 90° turns in the microchannel, the inertial force is large enough to cause vortices, which leads to chaotic advection.
    Keywords: Numerical Simulation, Micromixer, Mixing index, Pressure drop, L, shaped
  • Seyed Masoud Vahedi, Mohammad Sadegh Valipour, Filippo De Monte Pages 305-316
    In-stent restenosis is one of the important inefficient reasons about Drug Eluting Stents (DESs). Awareness of how polymer coated drug distributes by these devices provides valuable informations about its efficacy. Porous media theory has been employed in the modeling of drug polymer and the injured arterial wall composed of media and adventitia. The stabished coupled PDEs describing local pharmacokinets of heparin has been solved numerically by finite volume method. Two approaches, single phase and two phases models, has been chosen for coating and the effect of local mass non-equilibrium dynamics in the coating on drug distribution has been evaluated by allocating three magnitude for solid-liquid transfer time characteristic. Moreover, the effect of lost drug by vasavasorum and microcapilaries has been considered as well as cell metabolism. The results show a significant change in drug concentration distribution in the presence of phase change happening. Reducing in solid-liquid transfer time characteristic is associated with drastic reducing in both drug egression from polymer and wash out from adventitia and has a pleasant effect. Also, consumtion of drug declines concentration level in the wall dramatically, specially in adventitia.
    Keywords: Drug Eluting Stents (DESs), Advection, diffusion, reaction equation, Atherosclerosis, Porous media, Pharmacokinetics of Heparin
  • Mohsen Ekramian, Mohammad Danesh, Ahmad Kamali Pages 317-326
    A nonlinear model for Autonomous Underwater Vehicles is proposed. In order to describe a more precise dynamic behavior, the nonlinear model for both Lateral and Longitudinal subsystems is derived based on all applied forces and moments. The proposed model can be explained as an extended linear model for AUV in depth and azimuth motions where some nonlinearities are taken into account. Due to some practical issues as well as the form of proposed model, the identification problem based on Least Square method is formulated to achieve the system parameters. By considering unstable dynamic of system, the open loop system cannot be excited. In this case, the PID regulators with simple tuning parameters are proposed in both Lateral and Longitudinal subsystems and the identification problem by utilizing sinusoidal inputs is followed within a feedback loop. Based on measurable variables i.e. linear moments, angular velocities and Euler angles, and utilizing some dynamic filters, the Least Square method is then applied to estimate the model parameters. The effectiveness of proposed nonlinear model as well as the parameter identification approach are finally demonstrated through some numerical simulations.
    Keywords: Autonomous Underwater Vehicle (AUV), Lateral, Longitudinal subsystems, PID Controller, nonlinear model identification, Least Square (LS) algorithm
  • Yaser Oghabneshin, Sadegh Sedighi, Mohammad Zabetian, Abolfazel Mohammad Ebrahim Pages 327-335
    The steady flow test rig is a device for in-cylinder swirl and tumble flows velocity measurement and the analysis of the flow performance of cylinder head (intake and exhaust ports), manifold and carburetor in internal combustion engines. The test rigs can also to maintain quality control on parts for various gas turbine components. In this study we have investigated the effect of pressure on in-cylinder swirl flow velocity in the steady flow test rig which is equipped swirl meter with experimental and numerical simulation methods. The repeatability of experiments and the uncertainty analysis are performed to ensure the quality of the measurements. Three dimensional numerical simulations are applied by using the finite volume method by the ANSYS Fluent software. The flow around the swirl meter is simulated by moving reference frame method. The simulation results show good agreement with experimental results and also due to limitations of operating conditions of the rig this simulation approach can compensate the limitations of operating conditions of test rig. In this work it is showed that correlation between given rotational speed to the swirl meter and torque applied on it, is a linear function of rotational speed. The study also showed that by increasing the pressure, in-cylinder swirl flow velocity increase and created correlation between swirl flow velocity and pressure difference can be approximated by an exponential function.
    Keywords: Steady Flow Test Rig, Swirl, Tumble Flows, Swirl Meter, Numerical Simulation, Moving Reference Frame
  • Amin Sari, Reza Eslami Farsani, Mohammad Reza Zamani Pages 336-342
    In the case of presence of deep micro-cracks within the composite structures, they must be replaced. The self-healing phenomenon which is inspired from the biological systems such as vascular networks in plants or capillary networks in animals, is an appropriate strategy to control the defects and micro-cracks. In the present research, by taking accounts the advantages of self-healing concept, an attempt has been made to control the micro-cracks and damages which were created in composite structures. To do so, series of micro glass tubes were employed to provide a self-healing system. These micro-tubes were filled with epoxy resin/anhydride hardener as a healing agent. When the structure is subjected to loading conditions, some damages or micro-cracks are created. In this situation, the micro glass tubes will rupture and the healing agent flows in the damage area, leading to the elimination of the defects over a time span. The aim of this study is to find out the appropriate self-healing material volume fraction and healing time to obtain an efficient healing. For this purpose, glass micro-tubes containing various healing agent loadings of 0.75, 1.65 and 2.5 vol.% were incorporated in epoxy-carbon fibers composites and the tensile behavior of the specimens were assessed during different time span from defect creation. The highest tensile strength recovery of 89% was observed for the specimen with 1.65 vol.% healing agent. Also the results show presence of micro tube decrease the fracture strain and over the time span fracture strain recovered.
    Keywords: Epoxy-carbon fibers composites, Self-Healing phenomenon, Anhydride hardener, Tensile strength
  • Hojat Khozeymeh Nezhad, Hamid Niazmand* Pages 343-354
    In the present paper a numerical simulation based on the LBM is performed to analyze a viscous micropump with a single elliptic rotor. The effects of three important geometric parameters including aspect ratio of rotor, micropump height and rotor eccentricity are investigated on the average flow rate and entropy generation. The obtained results from the simulations are analyzed by response surface method (RSM). The results indicate that the average flow rate increases by increasing the aspect ratio and rotor eccentricity and decreases by increasing the micropump height. Moreover, the sensitivity of the average flow rate to changes of aspect ratio and eccentricity is more than the change of microchannel height. The results also show that by increasing all three geometric parameters, the average entropy generation increases and is sensitive to changes of three geometric parameters. Finally, the optimal geometric parameters are determined by RSM that for maximizing the flow rate, the optimum values of 1, 1.5 and 0.9 are for aspect ratio, height and eccentricity respectively and for minimizing the entropy generation, the optimum values of 0.2, 1.5 and 0.1 are achieved.
    Keywords: Viscous micropump, elliptic rotor, Entropy analysis, LBM, RSM
  • Mojtaba Tahani *, Mohammad Hojaji Najafabadi, Arash Dartoomian, Mohammad Salehifar Pages 355-366
    In this study, the effects of attack angle in opposing jet injection through supersonic blunt bodies on drag reduction and distribution of surface temperature is studied through developing a three dimensional multi-block code. Inviscid terms are calculated by AUSM scheme. The viscous terms is obtained by central difference method and using 4-stage Rung-Kutta algorithm, integral time is computed. Shear stress transport model is used to simulate the effects of turbulence. The effects of pressure ratio and properties of flow field have been verified and validated with experimental and numerical results of other researchers which is indicator of method accuracy. The results show that the sonic jet injection is able to significantly reduce drag nose by changing the shape of the bow shock and it also prevents a sharp increase in the surface temperature by covering the body. Increasing the total pressure ratio, improved performance of jet in both drag reduction and distribution of surface temperature. However due to the sharp increase in retro propulsion of jet there is a limitation in increasing the ratio of total pressure. In addition, the increase of pressure ratio will reduce the friction coefficient. Angle of attack of the free stream reduces the efficiency of the jet injection. Although in this situation the result can be improved to somehow by paralleling the jet and free stream.
    Keywords: Opposite Jet, Supersonic Turbulent Flow, Blunt Body, Attack Angle, numerical simulation, Drag Reduction
  • Pooya Pirali *, Mehrdad Ghadami, Reza Babaei Pages 367-375
    The medium caliber armor piercing projectiles, commonly being used against armored and aerial targets, have high kinetic energy and in practice, it is impossible to prevent these projectiles from penetration through different types of targets. So this is essential to demonstrate a solution to repel these projectiles by studying on behavior of the targets. In this study, numerical simulation of oblique penetration of medium caliber armor piercing projectile through the flat targets of GLARE3 2/1 and GLARE5 2/1 has been investigated by ABAQUS finite element software, and using explicit-dynamic solver. 625m/s and 1250m/s strike velocities and 0, 30, 45, and 60 degree strike angles have been studied. Damaged area have been investigated. To verify the solving method, an experimental equation, which has determined the penetration energy of a thin GLARE target, has been used. Results have shown that some special phenomena (e.g. asymmetric petalling, and small-cracks formation) appear when penetration occurs obliquely. This is also has been shown that lower strike velocity, and higher strike angle will result in higher target damage. Furthermore, delamination of target has been investigated.
    Keywords: Oblique Penetration, GLARE, Medium Caliber, AP Projectile
  • Alireza Shahidi *, Zahrasadat Mousavi, Bijan Boromand Pages 376-384
    In this article, a novel method, namely full modified nonlocal (FMNL) theory, for analysis of nano structures under different case loading. Also bending analysis of rectangular nano plates and nano beams are investigated in order to demonstrate the effectiveness of the presented theory. For this purpose, a complete representation of governing equation and boundary conditions are derived based on the infinite series of modified nonlocal constitutive equations by applying the variational principle. It is shown that by rearranging and then computing the sum of the infinite series which appears in the maximum bending deflection, the truncation errors will be eliminated. In addition, the results of the presented method are compared with MD simulations to confirm the validity of FMNL theory. One of the advantages of the FMNL theory is that the defect of nonlocal (NL) theory in vanishing of small scale effect for some problems can be resolved. Furthermore, the FMNL theory will be a criterion for accuracy of the primary modified nonlocal (PMNL) theory that considers only two terms of the series of the modified nonlocal constitutive equation in predicting maximum bending deflections.
    Keywords: Small scale effect, Variational Principle, Bending, Nano plate, Nano beam
  • Sepideh Sarmast Sakhvidi, Amir Hossein Shamekhi *, Masoud Zia Basharhagh, Amir Hossein Parivar Pages 385-396
    The main aim of this paper is the numerical investigation of air-fuel mixture formation and spray and combustion characteristics of EF7 engine equipped with spray-guided direct injection system. For this purpose, first, a six-hole injector is simulated in three different injection pressures and to validate the fuel injection characteristics, the results are validated against the Istituto Motori-CNR experimental data. Then, the injector position is selected near the spark plug and by changing of injector angle relative to the axis of combustion chamber, the appropriate angle for optimization mixture formation is obtained. Then, the effect of injection pressure, start of first and second injection as well as the effect of two-stage fuel injection with different proportions of fuel mass at primary and secondary injection are studied on the mixture formation, wall film and engine emissions. The results showed that the injector angle is extremely effective on the mixture formation, pressure and the amount of unburned hydrocarbons due to its direct impact on wall film mass. Also, in the two-stage injection, relatively homogeneous lean mixture compared to the stratified mixture results better combustion at part load condition.
    Keywords: Computational fluid dynamics, Gasoline Direct Injection Engine, Spray, Combustion Simulation, Stratified Mixture Formation
  • Parham Zahedinejad *, Mehrdad Mohammadi, Kamran Foroutan Pages 397-404
    In this paper, an exact analysis of thermal post-buckling behavior of eccentrically stiffened functionally graded (FG) thin circular cylindrical shells subjected to thermal radial loading and surrounded by elastic foundation, is presented. Stringer and ring stiffeners are assumed to be placed on the inner surface of the FG cylinder shell and the material properties of the shell and stiffeners are assumed to be temperature dependent and continuously graded in the thickness direction. The elastic medium around the circular cylindrical shell is modeled by a two parameter elastic foundation based on the Winkler and Pasternak model. Fundamental relations and equilibrium equations are derived based on the smeared stiffeners technique and the classical theory of shells according to the von- Karman nonlinear equations. By using the Galerkin method, the thermal post-buckling response of eccentrically stiffened FG thin circular cylindrical shells are obtained. In order to validate the method, the obtained results are compared with available solutions and in continue, the effects of different parameters such as volume fraction exponent, number of stiffeners and elastic foundation parameters, on the thermal post-buckling response of eccentrically stiffened FG thin circular cylindrical shells are considered. Numerical results show that stiffeners and elastic foundation enhance the stability of the FG shells. Moreover, increasing the shell thickness, reducing the volume fraction index, increasing the number of Stringer and ring stiffeners and applying stiffer elastic foundation lead to increase the thermal post-buckling response of stiffened FG circular cylindrical shells.
    Keywords: Stiffened cylindrical shell, FGM, Nonlinear analysis, Thermal post-buckling
  • Rohollah Rostamian, Mohammad Golzar * Pages 405-413
    In the pultrusion process, continuous fibers reinforcement in roving forms are drawn through a pultrusion die. Therefore, the fibers reinforcement in the final product are generally oriented in the longitudinal axis. In this research, for manufacturing of composite rods, on the basis of previous studies and researches, the E-glass fiber-polyethylene prepregs were produced firstly. Then due to the Design of Experiments (DOE), the pultruded rods with unidirectional and helically-wound layers were produced by using the prepregs. In this study, mechanism of the pull-winding process is created as a secondary process during the main process to improve the mechanical and physical properties in the other directions. One of the most important issues in the thermoplastics pultrusions is the fibers impregnation quality with the polymer base. The fiber volume fractions of the productions are found by the burn tests. The density of the specimens is found by the liquid displacement method. The microscopic images were taken from cross-section of the pultruded rods to investigate the fiber impregnation and the void distribution. Due to the surveys conducted, the fiber volume fractions in the pultruded rods was increased, using the pull-winding technique, and also the void content of these rods was decreased.
    Keywords: Thermoplastic Pultrusion, Pull-winding, Thermoplastic Prepreg, Void Content, Thermoplastic Composite Rod
  • Milad Mohammadzadeh Kowsari, Seyyed Behzad Golparvar, Hamid Niazmand * Pages 414-424
    In the present study, adsorbent bed of an adsorption chiller with finned flat-tube heat exchanger has been simulated three dimensionally based on the heat and mass transfer model with finite volume method. To examine the inter-particle mass transfer resistance effects on the system performance parameters, two different configurations of adsorbent bed including rectangular and trapezoidal fins with identical length and adsorbent mass have been considered and the effects of bed length on the system performance for different fin height and fin pitch have been studied. Moreover, effects of bed length for different particle diameters and also heating source temperatures have been investigated. Results indicated that increasing of bed length (or in the other words increasing of inter-particle resistance) increases and decreases cycle time and specific cooling power, respectively, yet the coefficient of performance is not influenced. Also, increasing bed length reduces the difference between specific cooling power of rectangular and trapezoidal beds if there is any. Moreover it is clear that optimum particles size increase with bed length increase. Finally, it is shown that effect of higher heating fluid temperature on specific cooling power improvement for beds with smaller length is more significant than those with longer length.
    Keywords: Adsorption chiller, Adsorbent bed, Inter-particle resistance, Numerical modeling
  • Iman Bahrabadi Jovein, Saddegh Saddighi *, Javad Bashtany Pages 425-436
    This work presents the numerical results on reduction of sulfur emission from combustion of heavy oil in a combustion chamber. One of the most practical methods for sulfur emission reduction is flue gas desulfurization (FGD). In this study various FGD absorbers have been studied by means of numerical simulations. The flow is assumed turbulent two-phase flow while gas is the continuous and droplets form the dispersed phase. Heavy oil with considerable sulfur contents has been used as the fuel. The results show that, the Na-based absorbers are more efficient than the calcium-based absorbers. In addition, it is found that the efficiency of Sodium bicarbonate (NaHCO_3) is about 96% while the efficiency of calcium oxide (CaO) is about 74%. The efficiency of the Na-based absorbers is higher than the Ca-based absorbers due to the low density of Na-based absorbers. The low density of Na-based absorbers leads to a better dispersion of the absorber particles. The second reason for higher efficiency Na-based absorber is lower activation energy compared with Ca-based absorber. In addition, the mixing of Na-based absorbers dominates the mixing of the Ca-based absorbers. Thus, the reaction efficiency and kinetics of Na-based absorbers dominate in the same conditions with Ca-based absorbers.
    Keywords: Combustion, sulfur emission, Sodium-based absorber, Calcium-base absorber, Flue gas desulfurization
  • Moharam Habibnejad Korayem *, Mohsen Estaji, Ahmad Homayooni Pages 437-445
    To investigate the effects of drugs on viruses, interactions between proteins and inserting desirable genetic changes on DNA, precise study of biological cells is a necessary demand for nowadays. In this way, exploring mechanical properties of these particles and their mechanical behavior in different situations is needed; manipulation of bioparticles in nano scale is an important process for investigating nanoparticles behavior; because the amount of exerted force, deformation and investigating the damage possibility can provide useful information. In this paper, a molecular dynamics modeling of bioparticles nanomanipulation based on AFM has been done. Bioparticles include virus, protein and ssDNA. The main goal of this study is investigating the substrate effect on exerted force on the bioparticles and exploring damage possibility. Three types of substrates have been used, including silicon, graphene sheet and golden substrate. Widespread usage and low level interactions with other materials are the reasons of choosing these substrates. Results show that on gold substrate, the maximum manipulation force occurs and damage possibility is high. Also on graphene substrate manipulation force and deformation of particle are more than the silicon substrate.
    Keywords: Nanomanipulation, bioparticle, AFM, RMSD, manipulation force
  • Hossein Sobhani, Aziz Azimi * Pages 446-450
    In recent years, various studies about non-Fourier heat transfer in various media including porous media have been performed that have provided ýcontradictory results. In this article, the non-Fourier heat transfer in the porous media, especially the sand has been examined. In this regard, the ýnumerical solution of a non-Fourier thermal conductivity with a pulsed heat flow boundary condition has been studied and this condition for the non-ýFourier models has been discretized and applied in the non-Fourier manner. In this way, first, the governing equation for the DPL model has been ýsolved with an explicit finite difference numerical method and its results have been studied and compared with the experimental data [1]. However, in ýthe process of numerical solution of the DPL model, the grid study has been performed before anything. Also, the Single-Phased Lagging (SPL) ýmodel has been solved with an explicit numerical method and its results have been compared with the results of the DPL model and the experimental ýdata. In this article, like the reference [1], it has been shown that the DPL model can model the non-Fourier heat transfer so much better that the ýCattaneo’s model. ý
    Keywords: Non-Fourier heat transfer, Single-Phased Lagging model, Dual-Phased Lagging model, Heat transfer in sand
  • Davood Rahmatabadi, Ramin Hashemi * Pages 451-454
    Cold roll bonding process, as a solid phase method of bonding same or different metals by rolling. In this study, for the first time, formability of two-layer aluminum strips fabricated by the CRB process are investigated by Nakazima tests and experimental. To produce two-layer aluminum strips using a rolling machine and apply thickness reduction was %50 at room temperature. Mechanical properties, tensile fracture surfaces were studied and compared. It was observed that strength and microhardness 149.5 and 80% increased respectively, but elongation and ductility decreased compared to the initial strip due to strain hardening and cold work. Also results of SEM demonstrated that after CRB process, ductile fracture accompanied by dimples samples and shear zones were observed.
    Keywords: Aluminum sheet, CRB, FLD, Mechanical Properties, SEM
  • Ali Akbar Asadi, Mohammad Mahdi Heyhat * Pages 455-458
    In the present work, the effect of using four types of nanofluid including alumina/water, titania/water, silver/water, and copper/water, in volume concentrations of 1% to 4% within a shell and tube heat exchanger in three thermal loads has been investigated. This study is done based on investigating of 102 design cases concerning industrial experiences and Tubular Exchangers Manufacturer’s Association Standard (TEMA) requirements. The thermo physical properties of nanofluid have been taken as temperature dependent and calculated by use of proper valid experimental formulas. Most of the results show that using nanofluid will always cause enhancement in performance of heat exchanger and utilizing it in shell side is preferable, regardless of size of heat exchanger.
    Keywords: Nanofluid, Shell, tube heat exchanger, Performance Evaluation Criteria, Heat transfer enhancement