فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک شریف
سال بیست و نهم شماره 2 (پاییز و زمستان 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/09/14
  • تعداد عناوین: 12
|
  • محمد آخوندزاده، مهرداد وحدتی صفحات 3-9

    از مهم ترین مباحث مورد مطالعه در ماشین های ابزار فوق دقیق می توان به ساختمان ماشین ابزار و سفتی های بالای آن، پایداری حرارتی و مکانیکی و مقادیر آن، ارتعاشات پایین، و محورهای حرکتی بسیار دقیق اشاره کرد. یکی از اجزای بسیار مهم در ماشین های ابزار فوق دقیق اسپیندل هوایی آن است که ارتعاشات آن مستقیما بر کیفیت سطح ماشین کاری شده تاثیر دارد. از پارامترهای موثر بر ارتعاشات اسپیندل می توان به سرعت دورانی، نحوه ی تغذیه ی هوای فشرده، عوامل حوضچه ی هوایی، فشار هوای موجود در لقی هوا و... اشاره کرد. در این تحقیق پارامترهای شکل، اندازه، عمق و تعداد حوضچه ی هوایی و سرعت دورانی مورد بررسی قرار گرفت. برای هریک از این پارامترها سه سطح در نظر گرفته شد. در مجموع تعداد 243 آزمایش انجام گرفت که در هریک از آنها ابتدا اسپیندل های هوایی به کمک فرایندهای مختلف تولید ساخته شدند. برای بررسی ارتعاشات از دستگاه 60 VibroTest استفاده شد. در پایان، با تحلیل نتایج آزمایشات با استفاده از DOE مشاهده شد که حوضچه های هوایی با مساحت mm2 300 و عمق mm 3 و تعداد 2 در سرعت rpm 1800 دارای کم ترین مقدار ارتعاش اند.
    همچنین از لحاظ شکل، حوضچه های مدور و مستطیلی کم ترین مقدار ارتعاش را داشته اند.

    کلیدواژگان: ماشین کاری فوق دقیق، اسپیندل هوایی، نانوماشین کاری، حوضچه ی هوایی، ارتعاشات
  • مجتبی مشیری، مهرداد تقی زاده منظری صفحات 11-20

    مدل نفت سیاه یکی از مدل های پرکاربرد در حوزه ی شبیه سازی مخازن نفت است. در عین حال، دسته معادلات پایستگی جرم در این مدل غیرمحدبپانویس{non-convex} و دارای ساختاری پیچیده است. به همین علت استفاده از روش های معمول عددی با مشکلاتی همراه است. با در نظر گرفتن اثرات گرانش در معادلات حاکم، این عدم تحدب بیشتر شده و به ویژه در غیاب سازوکارهای پخش مانند مویینگی سبب ایجاد شوک های انبساطیپانویس{expansion shock} غیرفیزیکی در پاسخ ها می شود. در این نوشتار با استفاده از روش عددی جدیدی به نام موج غالب که روشی تک موج و بدون نیاز به تجزیه ی مشخصه یی بوده اقدام به شبیه سازی جریان در مخازن با استفاده از مدل نفت سیاه می شود.
    همچنین، به منظور جلوگیری از ایجاد شوک های انبساطی از تصحیح آنتروپی هارتن استفاده شده است. در این مطالعه از اثرات فشار مویینگی صرف نظر شده و یک مخزن همگن یک بعدی با در نظر گرفتن اثرات گرانش شبیه سازی شده است.

    کلیدواژگان: مدل نفت سیاه، گرانش، قوانین پایستگی هذلولوی، روش موج غالب، تصحیح آنتروپی
  • امین داوری ملک آبادی، مهدی معرفت * صفحات 21-31

    در تحقیق حاضر تحلیل عددی جریان و انتقال حرارت در ناحیه ی ورودی و توسعه یافته ی تناوبی یک کانال با تیغه های متخلخل مورد بررسی قرار می گیرد. برای حل میدان جریان در ناحیه ی متخلخل از مدل دارسی فورکهایمر برینکمن استفاده شده است. تاثیر پارامترهایی از قبیل ارتفاع تیغه، فاصله ی بین دو تیغه، عدد رینولدز و نسبت ضریب هدایت حرارتی بر میدان جریان و نرخ انتقال حرارت در دو مقدار از عدد دارسی تیغه ی متخلخل بررسی شده است. نتایج حاصله حاکی از آن است که ضریب انتقال حرارت موضعی به طور قابل توجهی به تشکیل و تغییرات ناحیه ی چرخشی ایجادشده در پشت تیغه ها وابسته است، به طوری که با انتخاب مناسب تیغه ی متخلخل می توان ضمن حفظ افزایش نرخ انتقال حرارت، ناحیه ی چرخشی پشت تیغه ها را از بین برد. همچنین نشان داده شده است که در سیالات با عدد پرانتل بالا، عملکرد سیستم از منظر نرخ انتقال حرارت و افت فشار به میزان قابل توجهی بهبود می یابد.

    کلیدواژگان: جریان سیال، انتقال حرارت، تیغه ی متخلخل، تعادل حرارتی، عدد ناسلت
  • سید اسماعیل رضوی، فائزه قادری صفحات 33-38

    در پژوهش حاضر معادلات حاکم بر پاندول دوگانه به صورت عددی تحلیل شده است. لولای پاندول اول تحت تابع خاصی حرکت می کند. برای حل این معادلات از روش نقطه ی میانی اصلاح شده و نیز روش رانگ کوتا مرتبه ی چهارم برای بررسی احتمالی ناپایداری استفاده شده است. تمامی بررسی ها به صورت عددی و با نرم افزار متلب انجام شدند. نتایج حاصله حاکی از آن است که هرچه فرکانس حرکت لولا بزرگ تر شود، مقدار انرژی مورد نیاز سیستم برای رسیدن به آشوب کم تر می شود. همچنین، نمودار دوشاخگی و مشخصه های توانی لیاپانوف برای پارامترهای مناسب ایجاد شده که نشان دهنده ی حرکت بی نظم سیستم در محدوده هایی خاص است. در این نوشتار نشان داده شده که فرکانس لولای متحرک تاثیر عمده یی بر شروع آشوب در پاندول دوگانه دارد.

    کلیدواژگان: پاندول دوگانه، روش رانگ، کوتا، مشخصه های توانی لیاپانوف، نمودار دوشاخگی، سطح پوانکاره
  • سید امیررضا حسینی، مهدی معرفت، سید علیرضا ذوالفقاری صفحات 39-46

    سیستم سرمایش تابشی سقفی به دلیل مصرف انرژی پایین و فراهم آوردن شرایط آسایش حرارتی مطلوب امروزه مورد توجه ویژه یی قرار گرفته است. پدیده ی چگالش بخار آب موجود در هوا روی پانل های سرمایش تابشی سقفی همواره به عنوان محدودکننده ترین عامل توسعه ی این سیستم ها محسوب شده است. در این تحقیق پانل های سرمایش سقفی در شرایطی که احتمال رخداد چگالش زیاد است مورد بررسی قرار گرفته اند و نرخ چگالش و عوامل موثر بر آن به ازای طیف وسیعی از شرایط محیطی توسط مدل سازی عددی جریان هوای مرطوب محاسبه شده است. پارامترهای سرعت، دمای شبنم هوا و دمای پانل سقفی به عنوان مهم ترین پارامترهای موثر بر نرخ چگالش شناسایی شده اند و یک رابطه ی کاربردی ساده برای محاسبه ی نرخ دقیق چگالش برحسب پارامترهای موثر ارایه شده است.

    کلیدواژگان: چگالش، سرمایش تابشی، هوای مرطوب، نقطه ی شبنم
  • علیرضا ثنایی کیا، علیرضا جهانگیریان صفحات 47-56

    هدف این تحقیق ارایه ی روشی برای اصلاح نتایج تونل باد از طریق تخمین عددی خطای ناشی از حضور دیواره در آزمون های ایرفویل نوسانی است. برای حل جریان از یک شبکه ی بی سازمان با سلول های منظم در لایه ی مرزی استفاده شده است. شبکه متناسب با حرکت جسم حرکت می کند. معادلات حاکم بر جریان دوبعدی لزج مغشوش با استفاده از یک روش حجم کنترل با الگوریتم ضمنی دوزمانه حل شده است. برای گسسته سازی مکانی معادلات از روش مبتنی بر اختلاف مرکزی استفاده شده که برای جلوگیری از نوسانات ناخواسته ناشی از روش فوق از ترم های استهلاک مصنوعی بهره برداری شده است. ترم های اغتشاشی نیز با روش دومعادله یی (k−varepsilon) مدل سازی می شود. نتایج حاصله با داده های تجربی مقایسه شده است. همچنین تاثیرات ناشی از وجود دیواره بر مقادیر ضریب نیرو و توزیع فشار روی سطح ایرفویل در حالت های جریان های پایا و ناپایا بررسی شده است.

    کلیدواژگان: تاثیرات دیواره تونل باد، حل عددی، جریان تراکم پذیر مغشوش، ایرفویل نوسانی
  • سیما ضیایی، خسرو جعفرپور صفحات 57-63

    در این پژوهش روشی برای پیش بینی امکان کمانش ناشی از جوشکاری پوسته های نازک برمبنای آنتروپی تولیدی به دست آمده است. در این روش با بهره گیری از تحلیل حرارتی سه بعدی و گذرا، کل آنتروپی تولیدی در فرایند جوشکاری تعیین می شود و با استفاده از تحلیل سه بعدی مقادیر ویژه ی کمانش، میزان آنتروپی لازم برای شکل گیری اولین مد کمانش قطعه کار محاسبه می شود. با مقایسه ی این دو آنتروپی می توان احتمال کمانش قطعه کار را بررسی کرد. درستی پیش بینی براساس تحلیل سه بعدی اجزاء محدود جوش (حرارتی مکانیکی) که خود توسط نتایج آزمایشگاهی تایید شده بررسی و تایید شده است. زمان لازم برای اجرای روش پیشنهادی در مقایسه با روش های تحلیلی موجود کم تر است، زیرا در این روش تحلیل مکانیکی جوش حذف شده است.

    کلیدواژگان: کمانش ناشی از جوشکاری، آنتروپی تولیدی، پوسته های نازک، تحلیل حرارتی سه بعدی، تحلیل مقادیر ویژه
  • سعید سعیدی، حسین ساداتی، محمد علی شاهی آشتیانی صفحات 65-73

    در این نوشتار ساختار کنترل تطبیقی مبتنی بر نظریه ی منطق فازی ارایه شده است. وظیفه ی سیستم کنترل در این ساختار تعقیب فرامین زوایای اولر است. در سیستم کنترل مطرح شده، پایگاه قوانین کنترل کننده ی فازی به وسیله ی تنظیم پیوسته ی توابع عضویت و وزن های کنترل کننده ی فازی طی فرایند یادگیریی، به صورت برخط (آنلاین) به روزرسانی می شود. در این رویکرد، از سیستم های فازی به منظور تقریب کنترل کننده های ناشناخته ی ایده آل استفاده می شود. پارامترهای تنظیم سیستم فازی به وسیله ی یک قاعده ی تعدیل برپایه ی نظریه ی لیاپانوف به روزرسانی می شوند. پارامترهای قاعده ی تعدیل طوری طراحی می شوند که همگرایی تابع لیاپانوف منتخب تضمین شود. در پایان نتایج شبیه سازی برای یک موشک هوا به زمین با برد کوتاه، با وجود نامعینی در مدل آیرودینامیکی موشک مورد نظر، نشان داده شده تا تاثیر قانون کنترل پیشنهاد شده اثبات شود.

    کلیدواژگان: اتوپایلوت، موشک هوا به زمین، کنترل هوشمند، کنترل فازی تطبیقی مستقیم
  • خسرو نادران طحان، احسان دلخوش صفحات 75-80

    وجود تنش های پسماند در جسم گاهی باعث کاهش مقاومت جسم می شود. از همین رو تشخیص و برآورد این تنش ها در صنعت از اهمیت بسیاری برخوردار است. برای این منظور می توان از امواج فراصوت در آزمایش های غیرمخرب استفاده کرد. در روش استفاده از امواج فراصوت که مبتنی بر خواص آکوستوالاستیک مواد است، تغییرات سرعت انتشار امواج کشسان فراصوت هنگام عبور از میدان تنش های پسماند، بررسی می شوند. در این تحقیق، معادلات حرکت ذره در یک محیط کشسان سه بعدی نامحدود که تحت تنش قرار دارد، بررسی می شوند. سه مولفه ی خطی شده ی معادلات حرکت، مسئله ی کلی مقادیر ویژه را تشکیل می دهند. این مقادیر ویژه، سرعت امواج قابل انتشار در اجسام تحت تنش را تشکیل می دهند. با استفاده از معادلات به دست آمده، تغییرات سرعت برحسب تنش و کرنش یک بعدی در آلومینیوم، و همچنین تاثیر زاویه ی تابش موج بر سرعت انتشار آن در آلومینیوم و فولاد نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: آزمون غیرمخرب، امواج فراصوت، تنش پسماند، آکوستوالاستیسیته
  • محمد حیدری رارانی، محمود مهرداد شکریه صفحات 81-86

    نرخ رهایی انرژی کرنشی، و به عبارتی چقرمگی شکست بین لایه یی،در چند لایه های کامپوزیتی به شدت به طول ترک وابسته است. پیشانی ترک پس از رشد تورق در تیر یک سر گیردار دولبه (DCB) شکل منحنی به خود می گیرد، به گونه یی که در لبه ی قطعه و وسط عرض نمونه به ترتیب کم ترین و بیشترین مقدار را دارد. در این تحقیق، تاثیر استفاده از طول ترک معادل در نظریه های تیر ارایه شده برای تخمین نرخ رهایی انرژی کرنشی بررسی شده است. نتایج تجربی نشان می دهند که انحنای پیشانی ترک به طور غیرمستقیم در چقرمگی شکست تجربی محاسبه شده با روش کالیبراسیون نرمی اعمال می شود. این در حالی است که در پیش بینی چقرمگی شکست بین لایه یی با استفاده از نظریه ی تیر، باید از طول ترک معادل استفاده شود تا همخوانی خوبی با نتایج تجربی برقرار شود.

    کلیدواژگان: تورق، چقرمگی شکست، نظریه ی تیرها، تیر یک سر گیردار دولبه
  • محرم حبیب نژاد کورایم، رضا قادری، محمد حق پناهی صفحات 87-96

    میکروتیرک های پیزوالکتریک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، تیرهایی هستند که با قرارگیری لایه پیزوالکتریک بر روی آن ها می توانند به عنوان یک خودمحرک مورد استفاده قرار بگیرند. هدف این نوشتار بررسی رفتار حرکت ارتعاشی این نوع از میکروتیرک ها در محیط مایع است. مدل سازی حرکت ارتعاشی تیر به کمک دو مدل تیر غیریکنواخت بر پایه ی نظریه ی اویلر برنولی، و مدل جرم متمرکز پیشنهادی شامل سه کره که هریک معادل یکی از قسمت های میکروتیرک غیر یکنواخت اند، انجام شده است. علاوه بر این تاثیر خواص مکانیکی مهم سیال، فاصله ی میکروتیرک تا سطح نمونه، زاویه ی قرارگیری میکروتیرک نسبت به سطح نمونه، و همچنین تاثیر شعاع پراب نیز مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاصله نشان گر وابستگی حرکت ارتعاشی به نیروهای هیدرودینامیکی، فشردگی و همچنین برهمکنش بین نوک پراب و سطح نمونه (در فواصل در حد نانومتر) است.

    کلیدواژگان: میکروتیرک پیزوالکتریک، A F M، محیط مایع، نیروی هیدرودینامیکی
  • داود سعیدی، احمد صداقت*، علی اکبر عالم رجبی، پوریا علمداری صفحات 97-107

    در این نوشتار توربین های بادی محورعمودی به دلیل سادگی طراحی و ساخت در داخل کشور برای مصارف محدود مورد توجه قرار گرفته است. روش المان پره تکانه برای تحلیل و طراحی آیرودینامیکی یک توربین بادی محورعمودی با پره های مستقیم استفاده شده است. از هوابر نوع 4415NACA که در آن نسبت نیروی برآ به نیروی پسا نسبتا بالاست و نیز از مدل لوله جریان چندگانه ی دودیسکی برای تفکیک جریان بالادست و پایین دست توربین که تطابق بهتری با نتایج تجربی دارد استفاده شد. از نتایج داده های آماری وزش باد در ایستگاه فدشک، واقع در استان خراسان جنوبی، برای طراحی یک توربین بادی 1٫5 کیلووات بهره برداری شد. نتایج طراحی با یک توربین بادی موجود اعتبارسنجی شد و ضمن بررسی پارامتری توربین بادی طراحی شده، جنبه ی اقتصادی نصب توربین بادی در منطقه ی فدشک و بازیافت سرمایه ارزیابی شد.

    کلیدواژگان: توربین بادی محورعمودی، روش المان پره، تکانه، هوابر، استان خراسان، پتانسیل باد
|
  • M. Akhondzadeh, M. Vahdati Pages 3-9

    The increasing demand for precision manufacturing of components for computers, electronics, nuclear energy and defence applications has caused the appearance of ultra precision machining processes. Ultra precision machines are made in order to create very fine and accurate products. The main features of ultra precision machine tools can be classified as: High loop stiffness, high thermal and mechanical stability, low vibration, and high precision axis of motion.
    Guide ways, air spindles and drive systems are important parts of ultra precision machine tools. The air spindle is an important element of the ultra precision machine tool, whose vibrations directly affect the quality of the
    work surface. In order to achieve nanometer accuracy, the low vibration of the air spindle is vital. Pressurized air is injected into the gap of the spindle in order to make it operative. Some of the parameters affecting air spindle
    vibrations are rotational speed, the air compression method, input hole diameter, air pad conditions, and air gap pressure, etc. In this study, the air pad shape, size, depth and number, and rotational speed have been
    experimentally investigated. 3 levels are selected for each parameter in experiments. Totally, 243 experiments have been committed. For accomplishing these experiments, air spindles were made using various production processes.
    The VibroTest 60 was used for studying air spindle vibrations. Then, experiment results were analyzed by the design of experiment, DOE, method. The results show that the spindles with 2 air pads of 300 mm2 area and 3 mm depth at low rotational speed have minimum vibrations. Also, for air pad shape, circular and rectangular air pads have minimum vibrations.

    Keywords: Ultra precision machining, air spindle, nanomachining, air pad, vibrations
  • M. Moshiri, M.T. Manzari Pages 11-20

    Black oil model is widely used in simulation of oil reservoirs. In this model flow in porous media consists of three chemical components (oil, gas and water). These components can form at most three phases (liquid,
    vapor and aqua) which are homogeneous mixtures of components separated by fluid interfaces. The black oil model considers compressibility of fluids and mass transfer between vapor and liquid hydrocarbon phases. The black oil formulation used here is based on the Trangenstein and Bell (TB) matrix formulation. This formulation is particularly useful because it remains the same in both saturated (three-phase) and under-saturated (two-phase) cases. This formulation consists of a parabolic pressure equation together with a set of hyperbolic mass conservation equations for components. The mentioned system of equations is linearly degenerate due to complexity of flux functions which leads to singularity of Jacobian matrix.
    When gravity effect is included in the governing equations, the non-convexity of flux functions is increased, and as a result, at some points the wave speed of system vanishes. Most of explicit methods for solving hyperbolic
    conservation equations encounter difficulties in such situations and produce non-physical expansion shocks which contradict second law of thermodynamics. To deal with this kind of expansion shocks, numerical methods use additional artificial diffusion. In this sense, methods with inherent additional dissipation like Rusanov-based central schemes are less prone to expansion shocks. However, these methods usually produce too much dissipation and cannot provide acceptable accuracy, especially near shocks. On the other side of spectrum, upwind methods can capture shocks and discontinuities with proper accuracy. These methods can however lead to expansion shocks more frequently than central schemes. Besides, the upwind methods require characteristics decomposition that is usually computationally costly.
    In this paper, an improved numerical method, the so-called Dominant Wave method, is used to simulate flow in porous media using the black oil model. The numerical method is characterized as a one-wave method for which there is no need for characteristics decomposition. Moreover, the numerical method uses a finite volume flux approximation and is formulated as a Rusanov-based central type scheme.
    In order to prevent expansion shocks, Hartens entropy correction is used. This correction adds artificial dissipation just at the points with nearly zero wave speed. In this work, a homogeneous, one-dimensional reservoir is used to study the performance of the dominant wave method in simulating saturated and
    under-saturated flows with and without gravitational effects.

    Keywords: black oil model, gravity, system of conservation equations, dominant wave method, non, convexity, entropy correction
  • A. Davari, M. Maerefat Pages 21-31

    In the present study, analysis of fluid flow and heat transfer in the entrance and the periodically fully developed region of a channel with porous baffles in a staggered arrangement, is numerically studied. The Navier-stokes and Brinkman-Forchheimer equations are used to model fluid flow in open and porous regions. The flow is assumed to be laminar. A finite volume based method, in conjunction with the SIMPLE algorithm, is used to solve the equations. The local thermal equilibrium model is adopted in the energy equation to evaluate solid and fluid temperatures. The effect of parameters, such as baffle height, baffle spacing, Reynolds number and thermal conductivity ratio between the porous baffles and the fluid, on the flow field and local heat transfer rate is analyzed at two values of Darcy number. Considering the effect of geometrical and physical characteristics of the porous baffles and flow parameters on the developing velocity profile and the local Nusselt number, it can be concluded that the developing length, as well as the value of fully developed Nusselt number, are affected by these parameters, while, in the case of conventional thermally developed duct flow, the Nusselt number is independent of these parameters. The results indicate that the local heat transfer coefficient significantly depends on the formation and variation of the recirculation caused by the porous baffles, so that, in cases where use of porous baffles leads to a recirculation zone, the local Nusselt number in the entrance region is less than that of the fully developed region. It is also shown that the heat transfer performance ratio is significantly improved for high Prandtl number fluids.

    Keywords: Fluid flow, heat transfer, porous baffle, local thermal equilibrium, Nusselt number
  • S.E. Razavi, F. Ghaderi Pages 33-38

    During recent decades, much attention has been paid to solving different kinds of dynamic systems, including pendulums, to observe their chaotic behavior. The governing equations of a double pendulum are investigated numerically in this paper. The pivot of the first pendulum is considered to be moving, following a certain mathematical template. Also, the pendulum, as a dynamic system, shows regular and chaotic behavior, under different conditions of its motion, such as initial angles and velocities (as the initial energy injected into the system), and the frequency of the pivot. The Lagrange equation governs this phenomenon. The proposed solution methods include the modified midpoint, along with fourth-order Runge-Kutta, to check the conditions for probable instability. The total value of the energy of the system is in the form of initial kinetic and potential energies. All numerical evaluations of the mathematical equations were coded. To investigate the chaotic behavior, a three dimensional phase space diagram for characteristic parameters of the system was constructed. The energy of chaos onset for each value of the pivot frequency was obtained utilizing three procedures: 1) The Poincare map, which is a special section in the three-dimensional diagram of phase space, in which one of the system parameters is constant (the angle of the first pendulum with a vertical line is zero). For a regular system (not chaotic), points in the Poincare map are located in an imaginary circle with limited radius, and they do not exceed this circle, even at very large times, 2) Lyapunov characteristic exponents, which are the average exponential separation between the nearby phase space trajectories of system motion. A system with one or more positive Lyapunov characteristic exponents is known as chaotic, and 3) The bifurcation diagram for characteristic parameters that shows the period doubling of chaos. It is a form of transition from periodicity to chaos. From this diagram, the onset of chaos is detected. The results are obtained using three methods, which depict good agreement with each other. They indicate that the more the frequency of the moving pivot, the less the initial energy required by that system to become chaotic. Initial energy decrease, which is due to frequency increase, follows a regular style, except for the natural frequency of the system. It was found that the moving pivot of the double pendulum has a dominant effect on chaos onset under certain circumstances.

    Keywords: double pendulum, Runge, Kutta, Lyapunov characteristic exponents, bifurcation diagram, Poincare section
  • S.A. Hosseini, M. Maerefat, A. Zolfaghari Pages 39-46

    Radiant ceiling cooling (RCC) systems have gradually attracted the attention of HVAC engineers because of the possibility of providing good thermal comfort conditions without the need for large energy consumption. It should be mentioned that the RCC systems are constructed from flat ceiling-mounted radiant panels with a high absorption coefficient. In these systems, the chilled water is passed through the cooper tubes and causes the panel temperature to decrease. Although the RCC systems have many advantages, like high thermal efficiency, by providing good thermal comfort conditions, the performance of these systems can be limited by the condensation of water vapor on the chilled ceiling. Therefore, radiant ceiling cooling systems may be impracticable in hot and humid climates. The main aim of this study is to analysis the performance of the RCC systems at the vicinity of dew point temperature and under conditions wherein the risk of condensation is very high. For this purpose, the average value of condensation rate in a wide range of temperature and relative humidity has been numerically calculated by developing a CFD code for simulating heat and mass transfer over the chilled panel. The mentioned CFD code can solve four main governing equations; continuity, momentum, energy and concentration equations, by the finite-difference technique. Results indicate that air speed, dew point temperature and surface temperature of the chilled panel are the most effective parameters to affect the condensation rate on the chilled panel. After finding these important parameters, a simple, non-differential correlation has been proposed by linear regression on the basis of the mentioned effective parameters. The correlation has been defined using the analogy between the heat and mass transfer phenomena. The correlation has been verified in two different ways. First, by comparing the dimensionless velocity profile inside the boundary layer with the similar analytical solution, and second, by comparing the results of the correlation with a mass transfer correlation proposed by Robert E. Treybal, in 1981. Both validations show very good agreement between the mentioned comparative results. Therefore, the mentioned simple correlation can be extensively utilized for designing a radiant ceiling cooling system under various climactic conditions.

    Keywords: Radiant ceiling cooling, condensation, applicable correlation
  • A.R. Sanaeikia, A.R. Jahangirian Pages 47-56

    Implementing wind tunnel tests is still required for better understanding of the flow characteristics of aerodynamic shapes. The finite scales of wind tunnels usually lead to models smaller than their prototypes. Thus, in order to match the Reynolds Number, wind tunnel velocity should be increased. However, engineers prefer large models because increasing speed is not always possible. Enlarging models, compared to test section scales, may introduce higher experimental error. Different approaches for estimating these errors are given. But, in the range of oscillatory airfoils, there is not any well known method. The purpose of this study is to provide a numerical method for estimation of wind tunnel wall errors in the case of oscillating airfoil tests. In this study, wall effects on the aerodynamic characteristics of a pitching airfoil have been numerically investigated. The unstructured mesh is used to discretize the flow field. In the vicinity of the airfoil surface, and up/down walls, boundary layer grids are used. By maintaining the quality of the grid, the grid moves with the movement of the airfoil. An edge-base data structure is used, in which fluxes are also calculated in an edge-by-edge manner. The governing equations are two-dimensional compressible Navier-Stokes equations. Finite-volume spatial discretization based on central differences is used. To avoid unwanted spurious oscillations, artificial dissipation terms are applied. A dual-time implicit method is applied for time discretization of equations. In order to model the turbulent terms, a two-equation turbulence model (k-varepsilon) is used. The wall function approach is applied to investigate near wall treatment. To optimize and gain the best grid, a grid sensitivity test is applied. Several test cases are applied and the results are compared with experimental data. Results show that the presence of wind tunnel walls not only increases the lift and drag coefficients of the airfoil, but also affects flow separation on the surface of the airfoil. Flow inside the wind tunnel, in both steady and unsteady regimes, has been numerically simulated. Also, the sensitivity of the numerical results to the distance of wind tunnel walls, for a spatial case, is obtained. Wall effects on lift, drag and pressure coefficients are investigated separately. Finally, the corrections are presented and the results are compared with free-stream results.

    Keywords: wind tunnel wall effects, numerical solution, turbulent compressible flow, oscillating airfoils
  • S. Ziaee, K. Jafarpour Pages 57-63

    Welding has been employed at an increasing rate for its advantage in high joint efficiency, water and air tightness, weight saving, reduction in fabrication cost and design flexibility. However, welded structures are not free from problems. Residual stress and distortion are major difficulties with welded structures. The buckling distortion of welded structures caused by welding stress is seen in relatively thin welded structures. Buckling distortion causes loss of dimensional control, structural integrity and increased fabrication costs. Thus, it is necessary to achieve a predictive analysis technique to determine the susceptibility of a particular design to buckling distortion. This paper presents a predictive buckling distortion method to determine if welded structures buckle during welding or not. In this method, a 3D thermal transient process is coupled to a 3D eigenvalue analysis to determine the total entropy generation due to welding and critical total entropy generation, respectively. In this work, because of the small size of the melted region (weld pool), the heat source model developed by the moving isotherm pool is used. Welding time in this work is calculated by dividing the welder speed obtained from the practical welding characteristics data by the length of the welded region. The temperature dependent thermal properties of material were also incorporated into the model. In this research, temperature distribution producing the minimum value of longitudinal stress to cause the buckling of welded shells is predicted by 3D eigenvalue analysis. This temperature distribution creates negative longitudinal strains in the welded region, causes tensile longitudinal stress in regions close to the weld line and compressive stress in regions away from the weld line. Total entropy generation, due to this temperature distribution, which is named critical entropy (Scri), is calculated. The comparison between total entropy generation due to completely welding shells (SW) and critical entropy is a good criterion to predict the possibility of buckling welded shells. In this method, the computational time is much less than in the previous methods because of omitting the mechanical analysis of welding. The correctness of this predictive method is proved by analytical results.

    Keywords: welding buckling, entropy generation, thin shells, eigenvalue analysis, 3D thermal transient analysis
  • S. Saeedy, S. H. Sadati, M.A. Shahi Ashtiani Pages 65-73

    In the past, the field of missile guidance and control system design has been dominated by classical control techniques. Typically these techniques are either time domain or frequency domain based, are applicable to linearized and time-invariant plants. Nonlinearities and time-varying effects must be coped with by a robustness margin of the control loop. The performance of the loop is hence not constant but will change with the operating point. When the time variation and nonlinearities are severe, it may not be an easy task to find a controller that can cope with it all. In recent years, we have seen a growing interest in applications of robust, nonlinear, adaptive and intelligent control theories to missile flight guidance and control systems. The main advantage of intelligent over classical control is that the former can provide robust systems when there are model and environmental uncertainties. Fuzzy logic, by giving control laws based on input-output relationships, avoids the need for accurate knowledge of system dynamics, and is thus insensitive to their changes. In simple systems the classical controller may be preferred while systems with more complex requirements and capabilities, the increased abilities of the fuzzy controller may be useful. In such a system, it is frequently advantageous to use hybrid intelligent systems. The resulting control system can incorporate many desirable qualities, such as robustness, ease of adaptability to new tasks, and is faster to produce than traditional methods that are heavily model dependent. Another feature of intelligent systems is that they could combine knowledge, techniques, and methodologies from various sources. These intelligent systems supposed adapt themselves and learn to enhance the performance in changing environments. In this paper, an adaptive control structure based on fuzzy logic theory is presented. In this structure the control objective is track the command of Euler angles. In the aforementioned control system, fuzzy controllers knowledge-base, rule base are updated with continuous adjustment of membership function and weight of fuzzy controller though online learning. In this approach, fuzzy systems are used to approximate unknown ideal controllers. The adjustable parameters of the fuzzy systems are updated by an adaptive law based on a Lyapunov approach, i.e., the parameter adaptive laws are designed in such a way to ensure the convergence of a Lyapunov function. Finally the Simulation results for an air to ground short range missile with uncertain aerodynamic coefficients are presented to proof the proposed control law.

    Keywords: autopilot, air to ground missile, intelligence control, direct adaptive fuzzy controller
  • K. Naderan Tahan, E. Delkhosh Pages 75-80

    In certain cases, the presence of residual stress reduces the strength of parts, hence, its detection and estimation is of great importance. Ultrasonic waves have the potential to be employed in nondestructive tests to do this task. The analysis is based on the acoustoelasticity properties of the material that studies changes in wave velocity when passing through a stressed medium. To derive the equations of motion for a particle in a stressed elastic solid, it is supposed that the displacement vector consists of two parts: a static part, which may be developed by a residual or applied stress field, and a dynamic part, which is produced due to wave propagation and is considered a small amplitude harmonic motion. The finite displacement theory is employed to derive the general form of the non linear equations of motion in three dimensions for an incident wave at various angles, which are made linear by the Taylor expansion method. Various components of the wave velocity are computed from linear equations as an eigenvalue problem. Relative velocity changes versus one dimensional stress and strain in an aluminum block, and the effect of wave incidence angle on the propagation velocity are established and plotted. It is shown that the speed of wave in a stressed elastic solid depends not only on the material properties of the solid, but, also, on the wave incidence angle and the propagation and particle displacement direction relative to the stress direction. From the presented diagrams, it is revealed that if the direction of incidence and propagation of the wave coincides with the direction of normal stress, then, the velocity of the longitudinal mode will decrease in tension and increase in compression. On the other hand, the velocity of shear wave will increase in tension and decrease in compression. These conclusions agree with the results in other references. Comparing the slope of relative velocity diagrams in a stressed body, we conclude that the velocity of longitudinal waves that are incident along the normal stress component, is greater than other wave modes, although the magnitude of this change is very small for either modes; say, about 0.6 percent for longitudinal waves at 70 MPa tension in aluminum. Therefore, precise measurement of the flight time of the wave is necessary.

    Keywords: residual stress, ultrasonic wave, non destructive test, acoustoelasticity
  • M. Heidari-Rarani, M.M. Shokrieh Pages 81-86

    Delamination is a typical fracture mechanism in fiber reinforced composite laminates that occurs due to low interlaminar strength. Some well-known sources of delamination under different loadings are free edges, cut out, low-velocity impact and fabrication defects. This damage may considerably reduce global stiffness andrn strength, leading to a catastrophic structure failure. Therefore, characterization of delamination resistance, based on fracture mechanics, is of great importance in engineering design. Regarding the experimental point of rnview, the double cantilever beam (DCB) specimen has been widely used to measure mode-I critical strain energy release rate .rnrnMany factors may affect the strain energy release rate of a composite DCB specimen. Among these factors, initial crack length has a significant effect on the interlaminar fracture toughness of unidirectional, double cantilever beam (DCB) specimens. Crack propagation is not self-similar in composite DCB specimens, due to bending-bending coupling. As a result, straight crack front changes to thumb-nail shape during the propagation.rnThe difference between analytical and experimental results is related to the use of critical load or displacement during data reduction. In this study, at first, the effect of using critical load, critical displacement and critical load-displacement is examined in experimental calculation of .Results show that using only critical load underestimates initial fracture toughness, whereas using only critical displacement overestimates it. rnAfterwards, the influence of crack length correction on fracture toughness is experimentally investigated. The proposed relations, by other researchers, for crack length correction, are assessed by experimental results. Results showed that crack length correction, based on the Timoshenko beam on a Winkler elastic foundation model, are in good agreement with experimental ones. Finally, engineers can predict the value of a unidirectional DCB specimen with good accuracy using a simple beam theory with correction in initial crack length.

    Keywords: delamination toughness, DCB, curved crack front
  • M. H. Korayem, R. Ghaderi, M. Haghpanahi Pages 87-96

    Piezoelectric microbeams are special types of beams applicable to the atomic force microscope (AFM). Having piezoelectric layers, they are capable of selfactuating using the voltage imposed on the piezoelectric layer. The present paper discusses the vibrating behavior of piezoelectric microbeams, with respect to the hydrodynamic forces imposed by a fluid. To do so, considering Hamiltons principle and assumptions of the Euler-Bernoulli theory, the dynamic modeling of a microbeam was carried out and the differential equation of vibrating motion was extracted. As it is very difficult to determine the exact amount of hydrodynamic force imposed on a beam, the hydrodynamic forces were approximated using string sphere modeling. The results obtained from dynamic modeling were compared with experimental ones. The results show that sphere string modeling can favorably model natural frequency and the resonance amplitude of piezoelectric microbeams in a liquid environment. The results show that the vibrating motion (natural frequency and resonance amplitude) of a microbeam in liquid is under the influence of fluid density, due to the damping of liquid and additional mass; it is also seen in the higher vibrating modes. By approaching the microbeam to the sample surface and intensifying squeeze force, the results show further amplitude decrease. The amplitude reduction at higher densities and low angles of the microbeam to the horizon is due to the intensification of compression force. When the interaction force between the probe tip and sample surface is intensified, and when there is a very short distance between the probe tip and sample surface (as small as a nanometer), amplitude is affected. According to the DMT model, there is a direct relationship between the interaction force between the tip and sample surface and the radius of the probe tip. Therefore, the more the radius of the probe tip, the more the interaction force will be. The increase of this force will be followed by a decrease in vibrational motion amplitude.

    Keywords: piezoelectric microcantilever, AFM, liquid environment, hydrodynamic force
  • D. Saeidi, A. Sedaghat, A.A. Alemrajabi, P. Alamdari Pages 97-107

    Recent works in design of small stall regulated wind turbines has indicated the need to provide site-specific small wind turbines which incorporate innovative design and new materials of construction leading to better performance. In this paper, vertical axis wind turbines are considered for simplicity and ease of manufacturing for limited applications in Iran. Blade element momentum (BEM) theory is employed for aerodynamic design and analysis of a vertical axis wind turbine. The design algorithm was programmed in MATLAB routines using an iterative method for calculating axial and swirl induction factors, u and u, respectively. NACA4415 aerofoil is used to provide higher lift to drag ratio and a double multiple stream tube model is used to properly model upstream and downstream of wind turbine in better agreement with some experimental observations. For the airfoil section NACA4415, the lift to drag ratio of 130 is obtained at the angle of attack of 13 degrees. A parabolic fitting function for lift and a cubic fitting function for drag coefficients are used with respect to angle of attack. This approach allows better predictions in high angle of attacks when partial stall may occur over airfoil surfaces. Studying wind energy potential in four stations, Bojnord, Esfaraein, Fadashk and Nehbandan in two provinces of North and South Khorasan in Iran, the results indicated that Fadashk station has better wind potential for setting up wind turbine in the studied provinces. The study was performed based on the annual wind speed data obtained from renewable organization (SUNA) in Iran. Statistical analysis based upon wind data in Fadashk in the province of south Khorasan is used for designing a 1.5 kW vertical axis (H-rotor) wind turbine. Our results for the wind turbine are verified with an existing wind turbine and are parametrically studied. Furthermore, economical aspects of installing wind turbines in Fadashk and re cup from wind energy are investigated. The economical feasibility of the designed VAWT is finally evaluated to predict annual production of electricity that shows 6 cent profit for each kW h generated power.

    Keywords: vertical axis wind turbines, blade element momentum theory, aerofoil, Khorasan province, wind potential