فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال هفتم شماره 1 (بهار 1396)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال هفتم شماره 1 (بهار 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/04/02
  • تعداد عناوین: 23
|
  • روح الله حسینی*، محمدحسن لطافتی، سیدسجاد حسینی مقدم صفحات 1-9
    هم اکنون برداشت انرژی ارتعاشی با ماده پیزوالکتریک می تواند بیش از 300 میکرووات بر سانتیمتر مربع توان تولید کند و این امر موجب شده تا این روش، به یکی از روش های مناسب برداشت انرژی برای تامین توان وسایل الکترونیکی با توان کم مطرح گردد. یکی از مشکلات مهم در تیرهای برداشت کننده انرژی با دو لایه پیزوالکتریک، تولید حداکثر توان با کمترین وزن می باشد. در این مقاله اثر شکل و هندسه تیر یک سردرگیر با دو لایه پیزوالکتریک بر کارایی الکترومکانیکی سیستم مورد بررسی قرار می گیرد. یک مدل تحلیلی با استفاده از تقریب های تیر رایلی-ریتز برای برداشت کننده های پیزوالکتریکی دارای دو لایه پیزوالکتریک با هندسه مخروطی ارائه شده است. برای مطالعه اثر تغییرات طول و هندسه تیر یک سردرگیر بر ولتاژ تولیدی، شبیه سازی با استفاده از نرم افزارهای MATLAB و ABAQUS انجام شده است. بهینه سازی طراحی برای رسیدن به حداکثر خروجی انجام شده و مشاهده می گردد که تیرهای مخروطی مثلثی منجر به توزیع یکنواخت تر کرنش در لایه پیزوالکتریک شده و لذا موجب افزایش کارایی می شوند.
    کلیدواژگان: برداشت انرژی ارتعاشی، پیزوالکتریک، توان تولیدی، فرکانس طبیعی، بهینه سازی هندسی
  • مجید محمدحسین زاده، حسین قربانی منقاری*، عبدالحمید گرجی، مهران قاسمپور صفحات 11-21
    در شکل دهی قطعات لوله ای به روش هیدروفرمینگ، دستیابی به شکل های با گوشه های تیز بسیار در عمل مشکل یا نا ممکن است .همچنین پر شدن کامل حفره های قالب و ایجاد گوشه های تیز مستلزم بالا بردن فشار است که این امر باعث نازک شدگی موضعی و پاره شدن گوشه های لوله می گردد. بنابراین گوشه های قطعات در مقایسه با دیگر قسمت ها، عموما دارای ضخامت کمتری هستند. در قالب جدید که باعث تیز شدن گوشه های قطعه نهایی می شود، شکل دهی لوله شامل دو مرحله بالج و نهایی می باشد. در این مقاله یک قالب جدید برای تولید لوله خمیده با شعاع انحنا و قطر غیر یکنواخت از جنس استنلس استیل با استفاده از تستهای آزمایشگاهی و شبیه سازی اجزای محدود ارائه شده است. از جمله مزایای این قالب نسبت به قالب های متداول هیدروفرمینگ، داشتن دو بوش متحرک در درون قالب برای ایجاد پله های پر شده کامل می باشد. حرکت بوش های متحرک باعث می شود که قطعه کار در هنگام تغذیه با حرکت همزمان بوش ها حرکت کند که باعث از بین رفتن اصطکاک بین قالب و قطعه کار در محل قرار گیری بوش ها می شود. پیچیده نبودن ساختار قالب و پایین بودن فشار شکل دهی از دیگر مزایای قالب ارائه شده است. همچنین، توزیع ضخامت قطعات شکل داده شده در قالب جدید نسبت به قطعات تولید شده در قالب متداول یکنواخت تر بوده است.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ لوله، لوله های خمیده با قطر غیر یکنواخت، شبیه سازی اجزای محدود، چروکیدگی
  • آرش بهار *، مهدی رشیدی میبدی صفحات 23-33
    به دلیل مشخصات دینامیکی موجود در نیروی بازگرداننده جداگرهای لاستیکی با هسته سربی (LRB)، رفتار لرزه ای سازه های کف جدا به شدت تحت تاثیر قرار می گیرند. به کار بردن مدل صحیح بر اساس نقش غیرخطی که این جداگرها دارند اهمیت بسیاری دارد. در این مقاله یک شکل ترکیبی برای نمایش رفتار جداگرهای LRB ارائه می شود که بر اساس مدل اصلاح شده و نرمال شده بوک- ون قرار دارد. این مدل امکان شناسایی جداگرهای LRB را با تعریف دو فاز خطی و غیرخطی آن ها فراهم می کند که به نوبه خود باعث افزایش دقت در روند شناسایی آن ها می شود. با استفاده از یک تحریک سینوسی با دامنه ای که به اندازه کافی بزرگ است، پارامترهای اصلی مدل با استفاده از فقط یک آزمایش معلوم می شوند. روند شناسایی و اعتبارسنجی، با استفاده از یک مدل جعبه سیاه از جداگر LRB که در برنامه ساختمان های معیار کف جدا وجود دارد به عنوان مثال عددی انجام می گیرد. این مدل به عنوان یک آزمایشگاه مجازی مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که دقت مدل شناسایی شده خوب بوده و مدل پیشنهادی برای نمایش رفتار جداگرهای LRB می تواند گزینه مناسبی باشد.
    کلیدواژگان: جداگر LRB، روش شناسایی گام به گام، مدل بوک- ون نرمال شده، ساختمان معیار
  • محمدحسین بیاتی چالشتری*، محمد جعفری صفحات 35-50
    در این مقاله، با استفاده از روش بهینه سازی الگوریتم سنجاقک به بهینه سازی پارامتر های موثر در تحلیل تنش در اطراف گشودگی مثلثی واقع در یک ورق همسانگرد محدود تحت بارگذاری درون صفحه ای پرداخته شده است. در تحلیل ورق همسانگرد محدود حاوی گشودگی مثلثی پارامترهایی از قبیل انحنای گوشه های گشودگی، زاویه ی چرخش گشودگی، نسبت اضلاع ورق، نسبت اندازه ی گشودگی به ورق و نوع بارگذاری به عنوان پارامترهای موثر بر توزیع تنش محسوب می گردد. انحنای گوشه های گشودگی و زاویه ی چرخش گشودگی در نسبت های گوناگون اندازه ی گشودگی به ورق و اضلاع ورق بهینه شده و مقدارهای هر پارامتر بهینه به دست آمد. در مطالعه ی حاضر، روش به کار گرفته شده برپایه ی حل تحلیلی متغیر مختلط موشخیلشویلی و نگاشت همنوا با فرض تنش صفحه ای می باشد. ورق محدود، همسانگرد و الاستیک خطی درنظر گرفته شده است. برای محاسبه ی تابع تنش مربوط به ورق محدود حاوی گشودگی مثلثی، از جمع تابع تنش یک ورق نامحدود حاوی همان گشودگی و تابع تنش یک ورق محدود بدون گشودگی استفاده شده است. ضرایب مجهول در تابع تنش، با استفاده از روش حداقل مربعات مرزی و اعمال شرایط مرزی مناسب به دست می آیند. نتایج نشان می دهند با انتخاب پارامترهای بهینه می توان قابلیت تحمل بار سازه را افزایش داد.
    کلیدواژگان: ورق همسانگرد محدود، گشودگی مثلثی، حل تحلیلی، ضریب تمرکز تنش، الگوریتم سنجاقک
  • سامان جعفری، سعید رهنما* صفحات 51-64
    هدف از این پژوهش، مدل سازی چند نمونه ی آزمایشگاهی از سایر مراجع، جهت بررسی قابلیت جذب انرژی در سازه های ساندویچی کامپوزیتی توسط نرم افزار اجزاء محدود آباکوس و اعتبارسنجی نتایج مدل سازی، با نتایج آزمایشگاهی می باشد. سازه های مورد بررسی در این پژوهش، بلوک های فومی تقویت شده با لایه های کامپوزیتی حاوی الیاف آرامید می باشد. در نمونه های بررسی شده، خواص مواد استفاده شده در لایه های کامپوزیتی تقویت کننده و همچنین در هسته های فومی یکسان بوده اما، در شکل هسته های فومی و تعداد لایه های کامپوزیتی تفاوت وجود دارد. در این پژوهش، مدل سازی نمونه های آزمایشگاهی، روند تخریب نمونه ها، نمودار نیرو-تغییرمکان و انرژی-تغییرمکان حاصل از بارگذاری ضربه ای، مورد بررسی قرار گرفته است. درنتیجه ی این پژوهش برای هر نمونه، مشخصه های تخریب ازجمله؛ میزان جذب انرژی، بار بیشینه، تغییرشکل کلی نمونه، نیروی موثر، طول تخریب نشده و میانگین بار بررسی شده است که نتایج مشخصه های حاصل از تحلیل عددی با نتایج روش آزمایشگاهی اعتبار سنجی شده و دارای تطابق خوبی می باشد.
    کلیدواژگان: بلوک فومی تقویت شده، جذب انرژی، سازه های ساندویچی کامپوزیتی، روش المان محدود
  • احمد باقری، شهرام آزادی، عباس سلطانی* صفحات 65-78
    در این مقاله، یک کنترل کننده مود لغزشی تطبیقی جهت بهبود پایداری چرخشی با استفاده از سیستم ترمز فعال طراحی شده است. از آنجا که در وضعیت رانندگی های طولانی، خودروها در معرض تغییر پارامترها مانند تغییر ضریب اصطکاک جاده قرار می گیرند و همچنین به دلیل وابستگی نیروهای ترمزی به این ضریب، روش کنترلی مقاوم تطبیقی جهت تضمین پایداری لازم می باشد. به همین منظور، یک سیستم کنترلی با ساختار دو لایه طراحی شده است. در لایه بالائی، میزان گشتاور چرخشی اصلاح کننده جهت ردیابی سرعت چرخشی مطلوب خودرو که از یک مدل مرجع به دست آمده، تعیین می شود در حالی که لایه پایین که برای هر چرخ به طور مجزا طراحی شده، لغزش طولی چرخ ها را بر روی مقدار مطلوب خود طوری تنظیم می کند تا نیروی ترمزی لازم برای ایجاد گشتاور چرخشی اصلاح کننده اعمال شود. در هر دو لایه، از روش کنترل مود لغزشی تطبیقی استفاده شده است. کنترل کننده طراحی شده که به نامعینی های سیستم حساس نیست، بهره های لغزشی تطبیقی را جهت حذف نامعینی ها با کران های مشخص به کار می گیرد. از یک مدل دینامیکی خودرو با هفت درجه آزادی و مدل غیرخطی تایر پسچکا جهت شبیه سازی های کامپیوتری استفاده شده و میزان کارایی کنترل کننده در مانورهای ورودی پله فرمان و تعویض خط روی جاده های خشک و لغزان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده، نشانگر عملکرد مناسب تر کنترل کننده پیشنهادی در مقابل کنترل کننده مود لغزشی مرسوم، از نظر تعقیب سرعت چرخشی مطلوب و بهبود پایداری چرخشی خودرو در جاده های لغزان می باشد.
    کلیدواژگان: کنترل مود لغزشی تطبیقی، دینامیک خودرو، پایداری چرخشی
  • محمد جلیلی مهر، محمد مقیمان *، حمید نیازمند صفحات 79-90
    در این مقاله به مطالعه اثر افزایش دمای گاز طبیعی ورودی به یک مشعل kW120، بر تشکیل دوده و افزایش تابش درخشانی ناشی از آن به روش عددی و آزمایشگاهی پرداخته شده است. جهت شبیه سازی اثر دمای گاز ورودی بر احتراق و مدلسازی تشکیل کربن جامد از تجزیه حرارتی گاز، از مدل احتراق آشفته غیر پیش آمیخته بر اساس دو پارامتر متوسط و واریانس کسر مخلوط و برای مدلسازی ترمهای تنشهای توربولانی در معادلات مومنتوم از مدل آشفتگی تنش رینولدز استفاده شده است. همچنین جهت محاسبه دوده، که نقش مهمی بر میزان تابش شعله دارد از مدل ماس-بروکس و برای اعمال اثر آشفتگی جریان بر تشکیل دوده از β-PDF استفاده شده است. مطالعات آزمایشگاهی نیز بر روی یک بویلر که گاز ورودی به مشعل آن با المنت حرارتی کروم-نیکل پیش گرم می شود، انجام شده است. نتایج نشان می دهد با توجه به عدم افزایش محتوی دوده شعله با افزایش دمای سوخت ورودی تا دمای K510، درخشندگی شعله تغییر چندانی نکرده است، اما با افزایش دما تا K700 به دلیل 3 برابر شدن بیشینه کسر جرمی دوده در شعله، درخشندگی شعله افزایش زیادی می یابد. این افزایش درخشندگی، سبب کاهش دمای شعله به اندازه K150، و کاهش انتشار NO شده است. نتایج عددی و آزمایشگاهی در پیشگرم کردن سوخت توافق مطلوبی را نشان می-دهند.
    کلیدواژگان: حل عددی، دمای سوخت، دوده، تابش، اکسید نیتروژن
  • علیرضا کیانی ایرانپور*، مریم کرمی، شهرام دلفانی صفحات 91-100
    کلکتورهای خورشیدی سیستم هایی هستند که با انتقال انرژی خورشیدی به سیال باعث افزایش دمای آن می شوند. استفاده از سیالات پایه معمولی از قبیل آب و اتیلن گلیکول به علت خواص حرارتی نسبتا ضعیف، راندمان پایینی در این وسایل ایجاد می کند؛ لذا اخیرا دانشمندان به فکر استفاده از نانوسیال ها که دارای خواص حرارتی ویژه ای هستند، افتاده اند. در این مقاله اثر پارامترهای جدیدی مثل ضخامت شیشه، ضخامت عایق کف کلکتور و استفاده از کف جاذب به جای کف بازتابنده بر روی کارآیی کلکتور خورشیدی جذب مستقیم در سیال پایه و نانوسیال، مورد بررسی قرار می گیرد. از شبیه سازی عددی در این کار استفاده شده است. به منظور اعتبارسنجی، نتایج تجربی موجود در مقالات به کار گرفته شده است. نانوسیال در کسرهای حجمی 005/0% و 01/0 % مورد بررسی قرار می گیرد. با افزایش ضخامت شیشه، راندمان در کسرهای حجمی مختلف بین 22/3 تا 36/7 درصد کاهش می یابد. افزایش ضخامت عایق از 25 تا 100 میلیمتر به طور میانگین راندمان را بین 53/1 تا 95/2 درصد زیاد می کند. نهایتا مشاهده می شود استفاده از کف جاذب به جای کف بازتابنده، تاثیر قابل توجهی بر روی راندمان به خصوص در کسرهای حجمی پایین دارد؛ به طوری که در سیال پایه افزایش راندمان معادل با 11/16% رخ می دهد.
    کلیدواژگان: کلکتور خورشیدی حجمی، شبیه سازی عددی، نانوسیال آب-اکسید مس، افزایش کارآیی
  • رضا کمالی*، سیدمحمود موسوی، پروانه هوشیاری، اندیشه خانه زر صفحات 101-112
    در کار حاضر، ساختار امواج ضربه ای رشته ای لامبدا شکل در یک مجرای همگرا-واگرا با به کارگیری رهیافت شبیه سازی گردابه های بزرگ بر اساس مدل های زیر شبکه ای مختلف از قبیل اسماگورینسکی لیلی، ادی-لزجت موضعی دیوار-تطبیق (WALE) و مدل جبری دیوار-مدل (WMLES) به صورت سه بعدی در نرم افزار فلوئنت و همچنین با استفاده از روابط تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از پژوهش حاضر مقایسه بین نتایج حاصل از مدل های زیر شبکه ای مختلف و نیز معرفی یک روش مناسب جهت پیش بینی رفتار و ساختار امواج رشته ای لامبدا شکل می باشد. در این راستا از روش انطباقی شبکه ها به صورت دینامیکی و مطالعه انباشتگی خطاها از رابطه تحلیلی سمیرنف و نیز به منظور پیش بینی ساختار و تعداد امواج لامبدا شکل از روش هدوگراف عددی استفاده شده است. نتایج حاصل از به کارگیری مدل های زیر شبکه ای مختلف با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه و مشخص شد که مدل زیر شبکه ای WMLES با وجود استفاده از تعداد شبکه پایین تر و زمان کمتر برای انجام محاسبات از دقت بالاتری برخوردار است. پس از اطمینان از روش حل مورد استفاده به بررسی تغییرات در ساختار جریان تراکم پذیر موجود در هنگام تغییر در طول واگرایی مجرای همگرا واگرا و نیز اعمال پرش دمایی دیواره مجرا در منطقه ی تولید امواج رشته ای لامبدایی پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش طول واگرایی مجرا، حداقل فشار دیواره کاهش و مقدار بیشینه ماخ جریان افزایش یافته و محل وقوع موج ضربه ای لامبدا شکل به سمت گلوگاه مجرا حرکت می کند. به علاوه، با افزایش دمای ناپیوسته دیواره مجرا مقدار کمینه فشار دیوار افزایش و حداکثر ماخ جریان کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: امواج ضربه ای رشته ای لامبدا شکل، شبیه سازی گردابه های بزرگ، مدل های زیر شبکه ای، طول واگرایی، پرش دمایی
  • مهدی برجی بداغی*، کاظم آتشکاری، صبا قربانی، نادر نریمان زاده صفحات 113-133
    در این مطالعه، مدلی عددی به منظور بررسی عملکرد سیستم هیبرید متشکل از بخش های؛ گازی سازی زیست توده، پیل سوختی و میکرو توربین گاز، ارائه شده و به روش الگوریتم ژنتیک نقاط بهینه عملکردی آن حاصل می شوند. زیست توده مورد استفاده زائدات جنگلی بوده و گازی سازی به روش ترمودینامیک تعادلی اصلاح شده مدل می شود. زیست گاز در پیل سوختی برای تولید توان الکتریکی به کار رفته و باقی-مانده ی سوخت پس از احتراق در یک محفظه احتراق کمکی وارد میکرو توربین گاز شده و در نهایت از حرارت موجود در خروجی سیستم در یک مولد بخار بازیافت حرارتی استفاده می شود. مدل ارائه شده در بخش پیل سوختی، مدلی یک بعدی با امکان کنترل گرادیان های دما در راستای طولی بوده و اجزای دیگر سیستم به کمک مدل های صفربعدی بررسی می شوند. اثر پارامترهایی چون؛ مقدار هوا و بخارآب عامل گازی-سازی، شدت جریان میانگین الکتریکی، فاکتور مصرف سوخت بر خروجی های مهم سیستم، مانند؛ راندمان تولید گاز ، گرادیان دما، راندمان الکتریکی و الکتریکی-حرارتی و توان الکتریکی کل سیستم بررسی می شوند. پس از بررسی گسترده پارامتریک، بهینه سازی چندهدفی به روش الگوریتم ژنتیک و به منظور حصول نقاط بهینه عملکردی سیستم در دو مرحله انجام می گیرد. در سیستم هیبرید مورد بررسی، بیشینه مقدار توان الکتریکی کل معادل 81/206 کیلووات و راندمان الکتریکی کل 27/46 درصد حاصل می شوند.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای، مدل سازی حالت پایدار، گازی سازی زیست توده، سیستم تولید همزمان حرارت و توان، بهینه سازی چندهدفی
  • علی اکبر هادی نژاد رودی، سید مهدی رضاعی، رسول فشارکی فرد *، علی نحوی صفحات 135-145
    در این مقاله با استفاده از روش المان محدود تطبیقی به تحلیل حرارتی المان های ورق در حال جوشکاری به منظور دستیابی به یک شبیه ساز فرآیند جوشکاری پرداخته می شود. هدف از این شبیه ساز، کاهش هزینه های آموزش جوشکاری می باشد. با افزایش سرعت محاسبات انتقال حرارت در مقایسه با روش های رایج المان محدود، این روش زمان محاسبات کمتری دارد و توسعه شبیه ساز را امکان پذیر می کند. لذا از آن به عنوان موتور فیزیکی شبیه ساز جوشکاری استفاده خواهد شد. مهم ترین پارامتر در تحلیل بلادرنگ سرعت محاسبات، دقت می باشد. لذا روش مش تطبیقی در حالت پالایش-اچ استفاده و تحلیل حرارتی فرآیند به روش مش ثابت و مش تطبیقی انجام می شود. در ابتدا به حل معادله حرارتی پرداخته شده سپس ماتریس سختی، ماتریس ظرفیت و سایر پارامترها به-دست آورده می شود. همچنین المان ها به صورت تتراهدال 3 بعدی به کمک 3 مختصه ی خود درنظر گرفته می شوند. برای اعمال شار حرارتی ناشی از قوس جوشکاری از مدل قوسی پائولیک استفاده می گردد. پارامترهای موردمطالعه در معادلات، ولتاژ، جریان، سرعت جوشکاری و خصوصیات ورق جوشکاری هستند که بصورت متغیر با دما در نظر گرفته شد. مقایسه زمان و دقت نتایج به دست آمده سیکل حرارتی حاصل از جوشکاری الکترود دستی به روش مش تطبیقی نشان می دهد که کاهش مطلوب زمان محاسبات، تاثیر نامناسبی بر دقت نتایج حاصل نمی گذارد.
    کلیدواژگان: تحلیل عددی، انتقال حرارت، المان محدود، مش تطبیقی، شبیه ساز جوشکاری
  • رضا مریمی*، سعید فراهت، سید مرتضی جوادپور صفحات 147-160
    در این تحقیق، اثر تزریق حباب های کوچک روی اتلاف هد جریان محصور در فضای حلقوی بین دو استوانه هم محور (سیستم تیلور-کوئت) بطور تجربی بررسی شد. به منظور تعیین اتلاف هد، اختلاف فشار جریان بین دو نقطه ی معین در راستای محور استوانه ها اندازه گیری گردید. طبق تغییرات عدد رینولدز دورانی و محوری، جریان تیلور-کوئت ایجاد شده کاملا آشفته بود و گردابه های تیلور در فضای حلقوی ظاهر شدند. آب به عنوان سیال عامل و هوا با شرایط اتاق برای تولید حباب ها استفاده شدند که از قسمت تحتانی سیستم به داخل فضای حلقوی تزریق شدند. به منظور تعیین قطر و آرایش حباب ها در جریان تکنیک مجسم سازی جریان استفاده شد. نتایج اولیه نشان دادند که حباب های هوا می توانند در بهترین حالت اتلاف هد را تا 60% کاهش دهند. با افزایش عدد رینولدز دورانی اتلاف هد افزایش یافت؛ پدیده ای که با تجمع حباب های کوچک در هسته ی گردابه های تیلور و افزایش انتقال مومنتم توجیه شد. گرچه در اعداد رینولدز دورانی کوچک، کاهش چگالی جریان توسط حباب ها پارامتر اصلی در کاهش اتلاف هد مطرح شده است. در این رژیم مشاهده شد که افزایش عدد رینولدز محوری افت اتلاف هد را افزایش می دهد که نشان از میرا شدن گردابه ها توسط جریان محوری است.
    کلیدواژگان: حباب های هوا، تیلور-کوئت، اتلاف هد، جریان آشفته
  • اکرم صدیق*، رضا ابراهیمی صفحات 161-173
    رانشگر پالس پلاسمایی، اولین رانشگر مورد استفاده در ماموریت های فضایی بوده است. در این سیستم ها به دلیل تخلیه خازن الکتریکی و عبور جریان قوی بین آند وکاتد، سوخت تجزیه شده و سپس با استفاده از میدان مغناطیسی القایی و اعمال نیروی لورنتس به ذرات پلاسما تبدیل و با شتاب گیری آن ها نیروی رانش تولید می کند. در این پژوهش به شبیه سازی یک بعدی یک رانشگر پالس پلاسمایی پرداخته شده است. روش عددی به کار رفته بر مبنای روش عددی اینفلت، هارتن، لکس، ون لیر (HLLE) می باشد. از اثرات هال، فرایند یونیزاسیون، انتقال حرارت و لزجت صرف-نظر شده است. رسانندگی الکتریکی محیط و ضریب گذردهی خلاء ثابت فرض شده است. به منظور صحت به کارگیری روش عددی مورد استفاده در این پژوهش، مسئله ی ریمان مغناطیسی یک بعدی با عنوان مسئله لوله ضربه جهت صحه گذاری حل معادلات دینامیک سیالات مغناطیسی استفاده می گردد. معادلات حاکم برای یک شتاب دهنده مغناطیسی نمونه حل شده است. نتایج حل ارائه شده شامل توزیع چگالی، توزیع سرعت، توزیع فشار و توزیع میدان مغناطیسی در طول شتاب دهنده می باشد که مقایسه آن با نتایج عددی مشابه، نتایج رضایت بخشی را نشان می دهد. رانشگر پالس پلاسمایی، مورد تحلیل عددی واقع شده است. نتایج مربوط به منحنی های چگالی، فشار، میدان مغناطیسی و سرعت با رفتار فیزیکی مورد انتظار مقایسه شده و رضایت بخش می باشد. هم چنین نمودار توزیع دمای تفلون پس از رسیدن به دمای تصعید، با اعمال انرژی حرارتی از ناحیه پلاسما، با نتایج مرجع هم خوانی مناسبی دارد.
    کلیدواژگان: رانشگر الکتریکی، دینامیک سیالات مغناطیسی، پلاسما، پالس، میدان مغناطیسی القایی
  • محمد مهدی دوستدار *، مرتضی مردانی، فرهاد قدک صفحات 175-186
    یکی از پارامترهای اصلی جهت طراحی دماغه های ماوراء صوت، گرمایش تشعشعی اعمال شده بر دیواره است. مقدار گرمایش ایرودینامیکی، در طی پرواز تغییر می کند. جهت تخمین دقیقی از آن، روش های مختلفی ارائه شده است، کاملترین روش جهت حل معادلات ناویراستوکس، واکنشهای شیمیایی، فناشوندگی، بقاء گونه ها، اغتشاشی، انتقال حرارت، استفاده از الگوریتم حجم محدود است. استفاده از این الگوریتم در گذر زمان، حجم بالایی از حافظه محاسباتی را می طلبد، بنابراین از روش اختلاف محدود و انتقال معادلات به فضای رویه ای از طریق توابع نگاشت، استفاده گردید. الزام انتخاب نوع روش گام به گام مکانی، عدم انتشار اطلاعات از پایین دست جریان است. ترکیبی از روش های لایه شوک لزج در بدنه و لایه مرزی لزج خودمتشابه در نقطه سکون، الزام مذکور را با فرض شفاف بودن المانهای مخلوط ، ارضاء می کند. با استفاده از روش مذکور، انطباق خوبی بین نتایج گرمایش تشعشعی با تحقیقات مشابه، مشاهده شد. در اعداد ماخ بیشتر از 40، انحراف در نتایج شروع شد. در مقایسه با تنایج تست، مشاهده شد که رفتار تغییرات گرمایش تشعشعی بر حسب فاصله رویه ای، نسبت به تحقیقات مشابه، منطقی تر بود، همچنین در اعداد ماخ کمتر از 6، سهم گرمایش تشعشعی نسبت به جابجایی و هدایتی قابل اغماض است.
    کلیدواژگان: گرمای تشعشعی، فضای رویه ای، توابع نگاشت، گام به گام مکانی، جسم شفاف
  • فرشاد گودرزیان، حسین عموشاهی* صفحات 187-203
    در این مقاله تاثیر تغییرات شرایط محیطی از جمله درجه حرارت و رطوبت محیط بر روی فرکانس ارتعاش آزاد ورق های لایه ای مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر عوامل مختلفی نظیر مشخصات هندسی مدل، شرایط تکیه گاهی، ضخامت ورق و زاویه قرارگیری لایه ها بر روی فرکانس ارتعاش همزمان با اعمال شرایط مختلف حرارتی و رطوبتی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور از روش نوار محدود استفاده شده است که دارای توابع مثلثاتی در جهت طولی و توابع چند جمله ای در جهت عرضی نوار می باشد. برای در نظر گرفتن اثر تنش های برشی تئوری برشی مرتبه اول به کار گرفته شده است. در ادامه اثر جداشدگی لایه های ورق مرکب در شرایط مختلف نیز بررسی شده و تاثیر میزان جداشدگی و محل آن بر فرکانس ارتعاش آزاد ارزیابی می شود. نتایج حاصله نشان می دهد که منظور نمودن اثرات محیطی مثل دما و رطوبت می تواند تغییرات قابل ملاحظه ای را در فرکانس طبیعی ارتعاش آزاد ورق های لایه ای ایجاد کند که این تاثیر در زمان ایجاد جدایش بین لایه ها اثر بیشتری دارد.
    کلیدواژگان: ورق های لایه ای، شرایط حرارتی و رطوبتی، آنالیز دینامیکی، روش نوار محدود، جداشدگی لایه های ورق مرکب
  • رضا خانلری، حسین احمدی کیا* صفحات 205-216
    جراحی با سرمایش یا انجماد، یک روش درمانی است که از آن برای از بین بردن بافت های نامطلوب و بدخیم در میان بافت ها و اعضای سالم استفاده می شود. با اضافه شدن نانو سیال به بخش بافت معیوب، می توان اثربخشی این روش را افزایش داد. در این پژوهش اثر نانو سیالات مختلف و غلظت آن ها در بافت بر انجماد و توزیع دما، مورد بررسی قرار خواهد گرفت. ابتدا تفاوت بین حالت فوریه و غیر فوریه معادله دما نشان داده شده است؛ برای بررسی اثر نانو سیال بر انجماد بافت از حالت غیر فوریه معادله دما استفاده شده است. از روش انتالپی برای حل معادلات دما با تغییر فاز استفاده خواهد شد. نتایج نشان می دهند که با اضافه شدن نانو سیال به بافت به دلیل افزایش در مقدار ضریب رسانایی گرمایی، پیشروی سرمایش بیشتر شده و در زمان یکسان، دمای هر نقطه نسبت به حالت بدون نانو سیال مقدار کمتری دارد. همچنین تزریق نانو سیال منجر به افزایش نرخ سرمایش (افزایش بیش از 40 درصد با تزریق نانو سیال Ag) و درنتیجه افزایش آسیب به تومور می شود. همچنین نشان داده شده است که هر چه ضریب رسانایی گرمایی نانو ذرات و یا غلظت نانو ذرات در بافت بیشتر باشد، دمای بافت پایین تر آمده، نرخ سرمایش بیشتر شده و در نتیجه آسیب بیشتری به تومور وارد می شود.
    کلیدواژگان: بافت بیولوژیک، سرما درمانی، نانو سیال، غیر فوریه
  • حسن فروزانی*، بهادر سرانجام، رضا کمالی، عطاالله ربیعی صفحات 217-230
    در این تحقیق نحوه ی شکل گیری و سیر تکامل حباب سوپرکاویتاسیون و تاثیر آن بر کاهش نیروی مقاوم برای یک جسم متحرک زیرسطحی بصورت عددی و آزمایشگاهی بررسی شده است. به منظور شبیه سازی عددی جسم متحرک زیرسطحی از معادلات میانگین گیری شده ناویر استوکس زمانمند چندفازی همراه با مدل شش درجه آزادی حرکت جسم صلب استفاده شده است. با توجه به عدم وجود نتایج آزمایشگاهی در مورد پرتابه های پرسرعت زیر سطحی، در ابتدا به کمک کد عددی در دسترس موجود، حل عددی زمانمند برای پرتابه ای با سرعت حدود 100 متر بر ثانیه انجام و نتایج آن در راستای تنظیم کد عددی، با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. پس از حصول اطمینان از دقت مناسب الگوریتم انتخاب شده، حل عددی زمانمند حرکت پرتابه پرسرعت با سرعت 200 متر بر ثانیه مورد تحلیل قرار گرفت. آزمایشها برای یک پرتابه با دماغه نیم کروی در آزمایشگاه هیدرودینامیک دانشگاه صنعتی مالک اشتر شیراز انجام شده و مسیر جسم توسط دوربین پرسرعت ثبت شده است. نتایج حاصل از حل عددی نشان می دهدکه حباب سوپرکاویتاسیون در زمانی کمتر از 2 میلی ثانیه پرتابه پرسرعت را بطور کامل احاطه کرده و نیروی پسای وارد بر پرتابه را 66% کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: کاویتاسیون، سوپرکاویتاسیون، پرتابه زیرسطحی، کاهش نیروی پسا
  • ایمان مقصودی، محمد علی وزیری زنجانی، مصطفی محمودی* صفحات 231-254
    در این تحقیق مقایسه حل عددی رفتار جریان با نتایج آزمایش تجربی در یک کانال واگرای انحناء دار در سه حالت کانال لخت،کانال با نصب تیغه های گردابه ساز مکانیکی و کانال با نصب عملگرهای جت دمشی صورت گرفته است. در حل عددی ، 5 مدل توربولانسی SP-AL ،RNG K-ε- ، Transition-SST ، RSM-Stress-Omega و RSM-LPS بکار گرفته شده است. بررسی کانتورهای سرعت و لزجت گردابه ای در صفحه مرکزی و خطوط جریان سطح پایینی و نواحی تجمیع گردابه ها نشان داد که مدل RSM-St-Om انحناء خطوط جریان در ناحیه جدایش و نواحی گردابه ای را دقیقتر از مدلهای دیگر تخمین می زند. کانتورهای نسبت فشار کل در انتهای کانال در مدلهای SP-AL، Transition-SST و RSM-St-Om انطباق بالاتری با نتایج تجربی نشان داد. مقایسه نمودار نسبت فشار در کانال لخت و کانال با عملگرهای جت دمشی با نتایج آزمایش تجربی نشان داد که به دلیل حضور پدیده جدایش ، مدل RSM-St-Om به خوبی نقاط شروع و پایان حباب جدایش و طول منطقه جدایش را تخمین می زند. بررسی منحنی نسبت فشار در کانال با تیغه های مکانیکی نیز نشان داد که به علت از بین رفتن جدایش ، مزیت روش RSM-St-Om نیزکاهش یافته و تمامی مدلها نتایج تقریبا یکسانی ارائه می دهند.
    کلیدواژگان: دهانه ورودی انحناء دار، بازیافت فشار، ضریب اغتشاش، جریان ثانویه، گردابه سازها
  • احسان راستی، فرهاد طالبی*، کیومرث مظاهری صفحات 255-274
    شبیه سازی عددی مستقیم جریان متلاطم سیال ویسکوالاستیک، به دلیل اهمیت آن در پیش بینی پدیده کاهش پسا و ارائه مدلهای تلاطم مخصوص جریانهای ویسکوالاستیک، بخش قابل توجهی از مطالعات مرتبط با سیالات غیرنیوتنی را به خود اختصاص داده است. در این مطالعه، پس از معرفی پدیده کاهش پسا، معادلات حاکم در سه بعد و غیر دائم جهت شبیه سازی عددی مستقیم جریان متلاطم در یک کانال با استفاده از مدل ویسکوالاستیک گزیکس بررسی و با توسعه یک حلگر جدید در محیط نرم افزار اوپن فوم و بر مبنای روش حجم محدود، نتایج مربوط استخراج شده است. پس از مقایسه مشخصات تلاطم جریان با نتایج مربوط به سیال نیوتنی، میزان کاهش پسا محاسبه گردیده است. همچنین نتایج موجود، با نتایج مربوط به مطالعه ای مشابه بر مبنای کد تفاضل محدود و به ازای پارامترهای رئولوژیک یکسان (150Reτ=، 30Weτ=، 9/0β= و 001/0α=) مقایسه و همخوانی خوبی مشاهده می شود. اثر تغییر ضرایب α و β بر روی مقدار کاهش پسا و مشخصات جریان بررسی شده است.
    کلیدواژگان: پدیده کاهش پسا، سیال ویسکوالاستیک، شبیه سازی عددی مستقیم، مدل گزیکس، نرم افزار اپن فوم
  • مهران خاکی جامعی*، مرتضی عباسی صفحات 275-287
    در این مقاله عملکرد یک چاه حرارتی میکروکانالی با دو جنس مختلف آلومینیم و مس و با نانو سیالات مختلف و سیال پایه آب و اتیلن-گلیکول مورد مطالعه قرار گرفته است. چاه حرارتی میکروکانلی شامل تعدادی میکروکانال موازی است که برای کنترل دما بر روی یک منبع گرم مانند سی پی یو کامپیوتر قرار می گیرد. جریان درون کانال ها آرام، دائمی و سیال تراکم ناپذیر است. نانوسیالات مورد استفاده همگن در نظر گرفته شده اند. معادلات حاکم به صورت سه بعدی و به روش عددی حجم محدود حل شدند. برای بررسی تاثیر همزمان تمامی پارامترهای اثرگذار از روش آماری تاگوچی استفاده شده است. بررسی ها نشان می دهد که در شرایط یکسان ترکیبات مختلف نانوذرات با سیال پایه اتیلن گلیکول در مقایسه با نانوسیالات آب بیش از ده برابر افت فشار ایجاد کرده و همچنین، دمای منبع گرم در این حالت تقریبا ده درجه سانتی گراد بالاتر است. بنابراین استفاده از نانوسیالات با سیال پایه اتیلن گلیکول توجیه پذیر نیست. از دیگر یافته های تحقیق این است که نانو سیال آب-اکسید تیتانیوم 5/0 درصد و کانال مسی از میان وضعیت های در نظر گرفته شده، بهترین راندمان را برای چاه حرارتی داشته اما نانوسیال آب-اکسید آلومینیم 8 درصد و کانال مسی بهترین کاهش دما را برای منبع گرم دارد.
    کلیدواژگان: چاه حرارتی میکروکانالی، نانوسیال، تاگوچی، راندمان حرارتی
  • عباس حزباوی*، سجاد شرهانی صفحات 289-300
    در این تحقیق، انتقال حرارت و تولید آنتروپی در جریان سیال میکروقطبی در کانال شیبدار با صفحات موازی با وجود اعمال گرادیان فشار ثابت مورد بررسی قرار گرفت. شرایط مرزی دمایی برای صفحه پایینی و صفحه بالایی به ترتیب دمای ثابت و شار حرارتی ثابت درنظرگرفته شدند. معادلات حاکم که عبارتند از معادله پیوستگی، مومنتم و انرژی هستند با استفاده از نرم افزار متمتیکا بطورکوپل بایکدیکر حل عددی شدند. با جایگذاری مقادیر عددی سرعت، میکروچرخش و دمای به دست آمده از حل عددی در قانون دوم ترمودینامیک، عدد تولید آنتروپی مورد ارزیابی قرار گرفت. تاثیر پارامترهای حاکم بر مساله بر شکل پروفیلهای بی بعد توزیع سرعت، توزیع دما، میکروچرخش، میزان تولید آنتروپی و عدد بیژن بصورت نمودارهایی ارایه و مورد بحث قرار گرفتند. نتایج نشان می دهند عدد تولید آنتروپی با افزایش عدد برینکمن افزایش می یابد و با افزایش پارامتر غیرخطی و اعداد پرانتل و رینولدز موجب کاهش عدد تولید آنتروپی می شوند. . همچنین اثرات گرادیان فشار اعمالی بر شکل پروفیلهای بی بعد توزیع سرعت، توزیع دما، میکروچرخش، میزان تولید آنتروپی و عدد بیژن مورد بررسی قرار گرفتند.
    کلیدواژگان: سیال میکروقطبی، تولید آنتروپی، عدد بیژن، سیال غیرنیوتنی
  • امیر کریم دوست یاسوری * صفحات 301-314
    تبخیر قطره، نقش اساسی در بسیاری از کاربردهای مهندسی نظیر پیش آمیختگی سوخت / هوا، رشد کریستال، چاپ رنگ و جوهرافشان و همچنین کاربردهای زیست مواد و اکتشاف دارو دارد. علیرغم تحقیقات زیاد، مکانیسم سینتیک خط تماس در تبخیر قطره هنوز بخوبی درک نشده است. مشکل اصلی در درک سینتیک قطره، به توصیف حرکت خط تماس بر روی سطح جامد بر می گردد؛ جاییکه شرط عدم لغزش هیدرودینامیک نقض می شود. در این تحقیق یک توجیه فیزیکی برای لغزش خط تماس ارائه می شود که به کمک مدل مولکولی جریان نزدیک یک سطح، منشا این لغزش را به گرادیان ممنتم اعمالی مابین سطح مشترک مایع/ گاز نسبت می دهد؛ بدین ترتیب که با حرکت به سمت فاز مایع از لغزش کاسته شده و شرط عدم لغزش کلاسیک غالب می شود. به کمک فرآیند عدم لغزش-لغزش در خط تماس، یک مدل فیزیکی برای مرحله دوم تبخیر قطره بر روی سطح جامد، جاییکه قطره در زاویه تماس ثابت، کاهش حجم می دهد، پیشنهاد می شود و امکان سنجی آن از طریق مقایسه با داده های تجربی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: سینتیک خط تماس، لغزش خط تماس، مدل هیدرودینامیک، تبخیر قطره
  • عبدالله رضوانی آلیله *، مجتبی بیگلری، محمدصادق ولی پور صفحات 315-328
    در این تحقیق به مدل سازی محفظه ای با سطح مقطع مربعی شکل همراه با کنج های دایروی پرشده از نانو سیال و بررسی تغییرات الگوی جریان و عملکرد انتقال حرارت جابجایی طبیعی درون آن پرداخته شده است. نانو سیال آب - اکسید آلومینیوم درون این محفظه، به عنوان سیال عامل در نظر گرفته شده است. ویسکوزیته دینامیکی و ضریب هدایت حرارتی بر طبق مدل های خواص متغیر جدید وابسته به قطر نانو ذرات، غلظت آن ها و دما است. شرایط مرزی، محفظه شامل دو دیواره افقی آدیاباتیک و دیواره های عمودی هم دما است. برای حل عددی معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی از روش حجم محدود با سیستم شبکه با سازمان شده استفاده شده است. همچنین معادلات گسسته شده توسط روش های گسسته سازی های زمانی و مکانی در زبان برنامه نویسی فرترن نوشته شده است. اثر تغییر پارامترهای مانند نانو ذرات غیریکنواخت، اندازه قطر متوسط نانو ذرات، کسر حجمی نانو ذرات، در اعداد گراشف و پرانتل برای هندسه های مختلف موردبررسی قرارگرفته است. استفاده از نانو سیال باعث افزایش نرخ انتقال حرارت و عدد نوسلت شده به طوری که در در عدد گراشف ، عدد نوسلت 25%، در عدد گراشف ، 26% و در عدد گراشف ، 28% افزایش می یابد. علاوه براین با افزایش پارامتر مقدار کسر حجمی نانو ذرات و عدد نوسلت افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجایی طبیعی، محفظه مربعی، نانوسیال، آب-اکسید آلومینیوم، تقریب بوزینسک
|
  • R. Hosseini *, H. Letafati, S. S. Hosseini Moghaddam Pages 1-9
    Vibration energy harvesting with piezoelectric material can currently generate up to 300 microwatts per cubic centimeter, making it a viable method of powering low-power electronics. A problem in piezoelectric unimorph energy harvesting is to generate the most power with limits in system mass. This paper studies the effect of a piezoelectric bimorph cantilever beam harvester shape on its electromechanical performance. A semi-analytical mechanical model was developed using Rayleigh–Ritz approximations for piezoelectric energy harvester with tapered bimorph cantilever beam. A coupled field simulation model for the harvester is constructed using MATLAB and ABAQUS software to study the effect of varying the length and shape of the cantilever beam to the generated voltage and verification study is performed. Design optimization on the shape of the harvester is done to maximize output power. It is shown that tapered beams lead to a more uniform strain distribution across the piezoelectric material and increase the harvesting performance.
    Keywords: Vibration Energy Harvesting, Piezoelectric, Generated Power, Natural Frequency, Shape Optimization
  • M. Mohammad Hosseinzadeh, H. Ghorbani Menghari *, A. Gorji, M. Ghasempour Pages 11-21
    Achieving sharp corners in hydroforming process is difficult or impossible in experimental producer. Also, augmenting pressure for producing sharp corner and filling the die is caused local thinning and fracture in the corners of tubes. Then, the corner of tubes has the less thickness compared with the other parts. In new dies which leads sharpen corners, tube forming contains two phases, bulge and forming. In current paper, a new die for producing bended SS-316L tubes with non-uniform bending radius and diatreme has been offered by considering experimental tests and finite element modelling. Having two movable bushes for producing completely filled steps is one of the merits of new die. Movement of movable bushes can omit the friction between die and bushes while the specimen is feeding. Another advantage of this die is having less forming pressure and non-complicated die structure. In addition, thickness distribution of tubes which was produced in this die is more uniform than the previous dies.
    Keywords: Tube hydroforming, curved tubes with unequal diameter, Finite element simulation, Wrinkling
  • A. Bahar *, M. Rashidi Pages 23-33
    Due to the inherent dynamic characteristics of the restoring ýforce ofý theý lead- rubber ýbearings ý(LRBs), ýseismic ýbehavior ýof ýthe base-isolated structures are ýhighly ýaffected. Applying the right model based on the non-linear role of the isolator is of utmost importance. This ýpaper presents a compound form, based on the modified ýnormalized ýBouc-Wen ýmodel, to show the LRB isolator’s behavior. This model allows to identify the LRB isolators more accurately by define its phenomenon in two linear and nonlinear phases. Based on a sinusoidal excitation with large enough amplitude, the essential parameters of the model can be realized with a unique test. The ýidentification process and the validation ýof ýthe model have ýbeen ýcarried ýout ýusing a ýblack ýbox ýmodel ýof aný ýLRB ýisolator ýin aý ýsmart ýbase-isolated ýbenchmark ýbuilding scheme as aý ývirtual ýlaboratory ýexperiments. ýThe ýresults ýshow aý ýgood ýlevel ýof ýaccuracy ýfor the ýidentified ýmodel and make it a proper candidate for LRB isolators representation.
    Keywords: LRB isolator, Stepwise identification method, Normalized ?Bouc-Wen model, ?benchmark building
  • M. H. Bayati Chaleshtari *, M. Jafari Pages 35-50
    This paper aims at optimizing the parameters involved in stress analysis around a triangular cutout located in a finite isotropic plate under in-plane loading using optimization technique called dragonfly algorithm. In analysis of finite isotropic plate, the effective parameters on stress distribution around triangular cutouts are include cutout bluntness, cutout orientation, plate’s aspect ratio, cutout size and type of loading. The cutout bluntness and cutout orientation are optimizing in various cutout sizes and plate’s aspect ratio, and then the values of each optimum parameter achieved. In this study, with the assumption of plane stress conditions, analytical solution of Muskhelishvili’s complex variable method and conformal mapping is utilized. The plate is considered to be finite, isotropic and linearly elastic. To calculate the stress function of a finite plate with a triangular cutouts, the stress functions in finite plane are determined by superposition of the stress function in infinite plate containing triangular cutouts with stress function in finite plate without any cutout. Using least square boundary collocation method and applying appropriate boundary conditions, unknown coefficients of stress function are obtained. Results show that by selecting the aforementioned optimum parameters, less amounts of stress could be achieved around the cutout leading to an increase in load-bearing capacity of the structure.
    Keywords: Finite Isotropic Plates, Triangular Cutout, Analytical Solution, Stress Concentration Factor, Dragonfly Algorithm
  • S. Jafari, S. Rahnama* Pages 51-64
    The aims of this research are simulating and modeling laboratory samples from other references to investigate the absorption ability of sandwich composite structures by the finite element method and validating the modeling results with laboratory ones. Structures investigated in this study are foam blocks reinforced by braided composite structures containing aramid fibers. In all samples examined, the properties of woven fabric as well as the core are the same, but there is the difference in the form of core and the number of woven composite fabric layers. In modeling laboratory samples, the destruction process of samples, force-displacement and energy-displacement curve under load impact, have been studied. As a result of this study, for each sample, including the features of degradation; energy absorption, maximum load, deformation structure, effective force, length of the sample that is almost undamaged after the test and average load experimented have been investigated and the results have been validated with the laboratory results.
    Keywords: Reinforced foam blocks, Energy absorption, Composite sandwich structures, Finite element method
  • A. Bagheri, Sh. Azadi, A. Soltani * Pages 65-78
    In this paper, an adaptive sliding mode controller (ASMC) has been proposed to improve vehicle yaw stability through an active braking system. Since the vehicles undergo changes in parameters with respect to the wide range of driving condition, such as changing in road friction coefficient and also the dependency of braking forces on the coefficient, an adaptive robust control method is required to guarantee system stability. So, a two-layer hierarchical control architecture has been designed. In the upper-layer, the value of corrective yaw moment is determined to track the desired vehicle yaw rate obtained from a reference model. Then, the lower-layer proposed for each wheel individually,adjust the longitudinal slip of wheels to their desired values for exerting the required braking force to generate the corrective yaw moment. In both layers, ASMC has been applied. The designed controller, which is insensitive to system uncertainties, offers the adaptive sliding gains to eliminate the bounds of uncertainties. A dynamics vehicle model with seven degrees of freedom and Pacejka non-linear tyre model have been used to computer simulations for evaluating the controller in the step steer input and lane change maneuvers on dry and slippery roads. The results demonstrate the high effectiveness of the proposed controller against the traditional sliding mode controller (SMC) to track the desired yaw rate and improve the vehicle yaw stability in the slippery roads.
    Keywords: Adaptive Sliding Mode Control, Vehicle Dynamics, Yaw Stability
  • M. Jalilimehr, M. Moghiman *, H. Niazmand Pages 79-90
    In this paper, the effect of inlet gas temperature on the soot content, flame temperature and overall efficiency of a 120 kW boiler have been investigated. For modeling the impact of inlet gas temperature on combustion and soot production, a non-premixed turbulent model was employed. Besides, using the Reynolds turbulent stress model, stress terms in momentum equations were solved. Also, Moss-Brooks model and a beta probability density function (β-PDF) is used to describe the effect of turbulencies on soot formation. Moreover, experiments were conducted on a boiler which its inlet gas temperature is preheated with a Chrome-Nickel electric heater. The results demonstrate that the preheating of natural gas up to about 510 K has no considerable effect on the flame luminosity. Otherwise, preheating the inlet fuel up to 700 K increases the flame soot content up to 3 times resulting in a serious luminosity rise. This increase causes a reduction in flame temperature (150K) and NO emission. It is seen that the predicted results have good agreement with measurements.
    Keywords: Numerical solution, fuel temperature, soot, luminosity, NO
  • A.K. Iranpour *, M. Karami, Sh. Delfani Pages 91-100
    Solar collector is a device that increases temperature of fluids with transmission of solar energy to working fluid. Using base fluids such as water and ethylene glycol causes low efficiency in these devices, Due to low thermal properties. Recent researches showed that nanofluids have wide use as working fluid of solar collectors, because of special thermophysical and thermo-optical properties. In this paper effects of new parameters for instance, thickness of glass and insulation and use of black internal surface instead of reflective internal surface, have been investigated on efficiency of DASC in different working fluids. Numerical simulation used in this paper. Simulated nanofluids have 0, 0.005% and 0.01% volume fractions. The efficiency in different volume fractions decrease between 3.22 to7.36% by increasing thickness of glass. Changing thickness of insulation improved the efficiency of collector by1.53- 2.95% in the base fluid and nanofluid. Finally, results showed that use of black internal surface specially in low volume fraction has significant effect in efficiency; Note that efficiency improved by 16.11% in the base fluid.
  • R. Kamali *, Seyed M. Mousavi Pages 101-112
    In the present work, the shock train structure in a convergent-divergent nozzle investigated using large eddy simulation (LES) methodology based on different subgrid models, including Smagorinsky-Lilly (SL), Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity (WALE) and Algebraic Wall-Modeled LES (WMLES) as well as various analytical equations. For gaining a distinct illustration of shock-wave structures, shadowgraph contours are applied to analyze structures of fine flow. The simulated results are obtained at the same geometrical and boundary conditions used in the available experimental data to provide a rational validation. The results of different subgrid models are shown that the WMLES produces more accurate results than SL and WALE models. Thereupon, an investigation of the influence of convergency length and discontinuity of nozzle wall temperature on physics of flow for controlling the shock behavior is carried out. The results show that the minimum wall pressure as well as the maximum flow Mach number increase as the convergency length rises. In addition, by growth in discontinuous wall temperature, the minimum wall pressure and the maximum flow Mach number reduce.
  • M. Borji Bodaghi *, K. Atashkari, S. Ghorbani, N. Nariman Zadeh Pages 113-133
    This paper presents the numerical study and optimization of CHP power plant consisting of gasification process, solid oxide fuel cell and micro gas turbine. Woody biomass is converted to product gas in the gasification part, and in the CHP producing part, the product gas is converted to electric power and heat by use of a solid oxide fuel cell stack, micro gas turbine and heat recovery steam generator. The model used in the gasification process is a modified thermodynamic equilibrium model, and the steady-state intermediate temperature solid oxide fuel cell model developed hear is one-dimensional which allows for monitoring of the temperature gradients along the cell length under different operating conditions. Zero-dimensional models are used for other components. The effects of main cycle parameters, such as; the gasification agent, average current density and the fuel utilization factor on the cycle important outputs; cooled gas efficiency, temperature gradients, the electric and CHP efficiencies, and the total electric power of the plant are investigated. After extensive parametric analysis, multi-objective genetic algorithms (NSGA II) is then used for Pareto based optimization of CHP plant in two steps. The maximum electric power and electric efficiency are 206/81 kW and 46/27% respectively.
    Keywords: Planar solid oxide fuel cell, Steady state modeling, gasification, combined heat, power plant, Multi-objective genetic algorithm optimization
  • A. A. Hadinejad Roudi, Seyed M. Rezaei, R. Fesharakifard *, A. Nahvi Pages 135-145
    In this article, thermal analysis of sheet metals during arc welding is studied by an adaptive finite element method to construct a welding process simulator. This simulator can be developed to reduce the cost of weld training. By increasing the calculation speed of heat transfer in comparison with the usual methods, this approach analyzes the process in real-time and permits the development of the simulator. So, it can be used as the main calculation engine of a welding simulator. The most crucial parameter in evaluation of real-time analysis is the calculation accuracy. Hence an adaptive mesh method based on H-refinement is applied and the heat transfer is analyzed by both constant and adaptive mesh methods. First, the heat transfer equations will be derived and solved, then the stiffness and capacity matrix and the other parameters will be obtained. The linear 3D tetrahedral elements are used and considered by means of 3 dimensional cartesian coordinates. The heat flux of the arc is studied through Pavelic model. The parameters of interest in the equations are welding voltage, current, speed and sheet specifications which are time dependant. A comparison between the calculation times and accuracy of the results demonstrates that an adequate calculation speed is achieved without any considerable effect on the accuracy.
    Keywords: Numerical Analysis, Heat Transfer, Finite Element, Adaptive Mesh, Welding Simulator
  • R. Maryami *, S. Farahat, S. M. Javadpour Pages 147-160
    The effect of samll bubles injecting on the head resistance of the flow closed between co-axial cylinders (Couette-Taylor system) was experimentally investigated In this research,. The Pressure difference of flow between two certain point along axis cylinders was measured to determaine haed resistance. According to variations of rotary and axial Reynolds numbers, the made Couette-Taylor flow was fully turbulent and Taylor vortices appeared in the annulus gap. Water as working fluid and the air with room condition were used to produce small bubbles which were injented into anuulus gap at the bottom of system. Flow visualization technique is used to determine diameters and distribution of bubbles in flow. The preliminary results showed that the air bubbles can reduce the head resistance up to up to 60% in the best case. Head resistance is increased as the rotary Reynolds number is increased, a phenomenon which can be explained in terms of the accumulation of bubbles into Taylor vortex cores and enhancement of momentum transfer. However, in the small rotary Reynolds numbers, the reduced fluid density by air bubbles plays a major role in head resistance reduction. In this regime, it observed that incresing axial Reynolds number promotes head resistance reduction, which is due to damping vortices by axial flow.
    Keywords: Air bubbles, Taylor-Couette, Skin friction, Turbulent flow
  • A. Sedigh *, R. Ebrahimi Pages 161-173
    The pulsed plasma Thruster has been the first thruster in the space mission. In the thrusters, based on discharging electrical capacitor and passing high current between the anode and cathode, fuel is isolated, then by using self-field magnetic and applying Lorentz force to the plasma particles and with accelerating them the thrust force is generated. In the research a one dimensional Pulsed Plasma Thruster has been investigated. The applied numerical solution is based on Einfeldt, Harten, Lax, Van Leer, (HLLE) numerical method which has the adequate accuracy. In the simulation Hall effects, ionization process, heat transfer, and viscosity have been neglected. Governing equation for a magnetic accelerator has been solved. The represented solution results include distribution of density, velocity, pressure, and magnetic field during the magnetic accelerator which compared with similar numerical results was satisfactory. A Pulse Plasma Thruster has been numerically analyzed. The results related to density, pressure, magnetic field, and velocity curves have been compared with the desire physical behavior, which were satisfactory. Also graph of distribution of Teflon temperature after reaching to the ablation temperature, by applying heat energy from plasma area, has adequate compatibility with reference.
    Keywords: Electric Propulsion, Magnetohydrodynamic, Plasma, Pulse, Induced Magnetic Field
  • M.M. Doustdar *, M. Mardani, F. Ghadak Pages 175-186
    One of the basic parameter to design the hypersonic noses is the induced radiative heating to wall. During flight trajectory, the magnitude of aerodynamic heating changes. To accurate estimation of it, the different methods, is presented which, the numerical solution of navier stocks, chemical reactions, ablative modeling, species conservation, turbulence modeling, heat transfer equations with the finite volume algorithms is perfect method. Utilizing these solvers for flight trajectory require the high computational memory. Therefore, the finite difference method have been used, and the equations have been translated to curvature coordinate by mapping terms. The non propagation of data from flow downstream is the requirement to select the type of the space marching solver, and combination of viscous shock layer at body and similarity of viscous boundary layer at stagnation point methods are pass the mentioned requirement by using the lucidity assumption of the mixture elements. With utilizing this method, the radiative heating results of this research have been the excellence compliance with similar researchs. The results deviation started at Mach number greather than 40 but, in comparative to test results, the behavior of radiative heating variations in accordance with the curvature distance was more logical than the similar researchs. So, at Mach number smaller than 6, the radiative heating, in comparative to conduction and convection heating, is dispensable.
    Keywords: Radiative heat, Curvature domain, Mapping terms, Space marching, Lucid body
  • F. Goodarzian, H. Amoushahi * Pages 187-203
    In this paper the effect of hygrothermal conditions such as temperature and moisture on free vibration frequency of composite plate is investigated. In addition, the effect of different properties such as geometry of model, support conditions, plate thickness and orientation of layers on vibration of composite laminated plate is investigated. The finite strip method is used by trigonomic functions in longitudinal direction and polynomial functions in transverse direction. The first shear order deformation theory was used to consider the shear stress effect in thickness of plate. Finally, the effect of delamination of composite plates is considered and the effect of the amount and place of delamination are evaluated on free vibration frequency of laminated plates. The results show that considering the changing in tempreture and moisture of laminated plates is caused the big changing in natural frequency of free vibration of such plates, especially, when the delamination of layers are occoured.
    Keywords: Composite Plates, Dynamic Analysis, Hygrothermal Condition, Finite strip Method, Delamination
  • R. Khanlari, H. Ahmadikia * Pages 205-216
    cryosurgery is a minimally invasive treatment that uses low temperature and freezing for ablation the disease tissue from healthy tissues. Due to the addition of nanofluid in disease tissue, It significantly improve freezing efficiency of a conventional cryosurgical procedure. In this study, the effect of different nanofluid and volume fraction of them in heat transfer will be shown. The difference between the Fourier and non-Fourier temperature equation will be shown and for evaluation the effect of nanofluid on the solidification, used the non-Fourier equation. The enthalpy method applied for phase change temperature equations. The results show that with the addition of nanofluid into the tissue due to the increase in the thermal conductivity, its increase in cooling progress and at the same time, the temperature at each point has a smaller value in compared to non-nanofluid. Nanofluid also led to increased in cooling rate (an increase of more than 40 percent by injecting nano-Ag) and thereby further damage to the tumor. It also will be shown that if the thermal conductivity of nanoparticles or nanoparticle concentration increase in the tissue the heat transfer rate increases and therefore make lower temperature tissue and this will lead to further damage to the treated tumor.
    Keywords: Biological tissues, Cryosurgery, Nano fluid, non Fourier
  • H. Forouzani *, B. Saranjam, R. Kamali, A. Rabiee Pages 217-230
    In this study, significant features of supercavitation including formation, evolution and their effects on drag reduction for an underwater moving body are both experimentally and numerically investigated. To simulate the flow field of the underwater moving body, the multiphase Reynolds averaged Navier–Stokes equations (RANS) are coupled to a six-degree-of-freedom (6DOF) rigid body motion model. Due to the lack of high-speed underwater projectile experimental results, first, the lower-speed unsteady numerical simulation of the projectile with velocity 100 m/sec has been carried out and compared with the experimental data for tuning the available code. Then, the numerical simulation has been taken place for the high-speed underwater projectile with velocity 200 m/sec using the adjusted numerical algorithm. The experiments were performed for a spherical-nose projectile at Shiraz MUT Hydrodynamics Laboratory Cavitation Tank, and the projectile trajectory was recorded with a high-speed camera. Numerical results show that the supercavitation around the high speed projectile generates at less than 2 msec and drag force is reduced by 66%.
    Keywords: Supercavitation, Cavitation, Underwater Projectile, Drag Reduction
  • I. Maghsoudi, M. A. Vaziri, M. Mahmoodi * Pages 231-254
    In this research, comparative numerical investigation of flow behavior of curved diffuser in three cases of bare duct, duct with mechanical vortex generators and duct with microjet actuators is done. Prediction of five turbulence models of SP-AL, K-ε-RNG, Transition-SST, RSM-Stress-Omega and RSM-LPS are compared with experimental results. Curvature of flow streamlines and vortex core flow in separation region are well predicted by the RSM-St-Om model. Comparison of total pressure ratio contours shows that SP-AL, Transition-SST and RSM St-Om models have more similarity with experimental test data contours at aerodynamic interface plane (AIP). Comparison of walls pressure ratio of bare duct and duct with microjet actuators with experimental data shows that because of the presence of separation, onset and end points of separation bubble and length of separation region are well predicted by RSM-St-Om model. Because of elimination of separation phenomena in case of duct with mechanical vortex generators, advantage of RSM-St-Om model is decreased and almost all turbulence models have similar pressure ratio results.
    Keywords: Curved inlet, Pressure Recovery, Distortion coefficient, Secondary flow, Vortex generator
  • E. Rasti, F. Talebi *, K. Mazaheri Pages 255-274
    Direct numerical simulation (DNS) of viscoelastic turbulent flow, due to its importance in predicting drag reduction and developing viscoelastic turbulent models has become as a considerable portion of non-Newtonian fluid flows studies. In the present work, after introducing the phenomenon of drag reduction, the unsteady 3-D governing equations of a duct flow required for DNS of viscoelastic turbulent flow using Giesekus model are employed. To obtain the numerical results, a new solver based on finite volume method is developed in OpenFOAM software. Comparing turbulent characteristics of viscoelastic flow with Newtonian one, the drag reduction value is calculated. The obtained results are compared with the corresponding values from a similar study based on finite difference method using the same rheological parameters (Reτ=150, Weτ=30, β=0.9 and α=0.001) and a good agreement is observed. The effect of varying the mobility factor α and viscosity ratio β on the drag reduction and flow characteristics is investigated.
    Keywords: Drag Reduction, Viscoelastic Fluid, Direct Numerical Simulation, Giesekus Model, OpenFOAM
  • M. Khaki Jamei *, M. Abbasi Pages 275-287
    In this article we have studied a micro-channel heat sink with different kinds of nanofluid flow using water and ethylene-glycol as base fluids. The heat sink discussed contains a number of parallel micro channels which are placed on a thermal source (exp. computer CPU) for controlling its temperature. The flows in micro-channels are considered, incompressible, steady state and homogenous. A Finite volume three dimensional numerical scheme is used to solve the governing differential equations. The channel is made aluminum or copper and aluminum oxide, copper, titanium oxide, mercury and gold used as nanoparticles inside the base fluid, water and ethylene-glycol. Taguchi statistical method is used for to investigate all the cases. Studies show that different combinations of nanoparticles create a 10 times higher pressure lost with ethylene-glycol as the base fluid rather than water. The heat source’s temperature correspondingly leads for over 10℃ the ethylene-glycol version. Therefore it doesn’t seem sufficient to use ethylene glycol as the base fluid for nano particles. Other findings from this research is that water with 5.0% titanium-dioxide with the copper channels has the best thermal efficiency, but water with 8% aluminum-oxide with the copper channels has the best minimum temperature of heat source.
    Keywords: Micro-channel heat sink, nanofluid, Taguchi method, Heat efficiency
  • A. Hazbavi *, S. Sharhani Pages 289-300
    In this study, the heat transfer and the entropy generation is investigated for micropolar fluid flow through an inclined channel of parallel plates with constant pressure gradient. The lower plate is maintained at constant temperature and upper plate at a constant heat flux. The governing equations which are continuity, momentum and energy are solved numerically by Wolfram Mathematica 11 software. The velocity, microrotation and temperature profiles are used to evaluate the entropy generation number. The effect of characteristic parameters is discussed on velocity, temperature, microrotation, entropy generation and Bejan number in different diagrams. The results reveal that the entropy generation number increases with the increase in Brinkman number. The nonlinear parameter affected the velocity, microrotation, temperature, entropy generation and Bejan number diagrams. The result shows that the entropy generation number increased with increasing the brinkman number. It reduced with increasing the values of nonlinear parameter, Prandtl number and Reynolds number. Also the effect of pressure gradient is investigated on velocity, temperature, microrotation, entropy generation and Bejan number in different diagrams.
    Keywords: Micropolar Fuid, Entropy generation, Bejan number, Non-Newtonian Fluid
  • A. Karimdoost Yasuri * Pages 301-314
    Droplet evaporation plays a vital role in various engineering fields, such as air/fuel-premixing, crystal growth, painting, inkjet printing and the applications of biology and drug discovery. Despite much research, the mechanism of the contact line kinetics in droplet evaporation is still not well understood. The main problem in understanding the drop kinetics concern to description of the contact line movement on the solid surface, where condition of hydrodynamic no-slip is contradicted. In this study, a physical justification is presented for the contact line slip in which the origin of the slip, using the molecular model of the flow near to a wall, is attributed to induced momentum gradient between the liquid / gas interface. As a result of that, approaching toward the liquid phase, the slip is reduced and the classical boundary condition of the no-slip is dominated. Using the slip/no-slip process in the contact line, a physical model for the second stage of evaporation of droplets on solid surfaces is proposed, where the droplet volume is reduced in constant contact angle and its validity is confirmed by comparison with experimental data.
    Keywords: Contact line kinetics, contact line slip, Hydrodynamic model, droplet evaporation
  • A. Rezvani *, M. Biglari Valipour Pages 315-328
    In this paper, Natural convection heat transfer of Al2O3/Water nanofluid in a square enclosure has been studied numerically. To do so, corners of square enclosure were modified by rounding its edges. According to the new variable properties model, dynamic viscosity and thermal conductivity depend on the diameter of the particles, concentration and temperature. Therefore, the enclosure has been bounded by adiabatic top and bottom horizontal walls and isothermal side walls. The governing equations of continuity, momentum and energy have been developed for nanofluid. Finite Volume Method (FVM) with structured grids has been applied to solve these equations. The discrete equations have been written by the discrete method in time and space using FORTRAN codes. The Grashof and Prandtl numbers have been studied by changing the parameters such as non-uniform distribution of nanoparticles, average diameter and volume fraction of nanoparticles in the various geometries. The results indicated that nanofluid has significant positive effect on convective heat transfer coefficient and the Nusselt number. Also, the Nusselt number for increase , and for Grashof numbers of , and , respectively. Furthermore, by increasing R parameter and nano particle volume fraction, Nusselt number increased.
    Keywords: Convective Heat Transfer, Square Cavity, nanofluid, Al2O3, Water, Boussinesq approximation