فهرست مطالب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک - سال بیست و نهم شماره 1 (پاییز و زمستان 1396)

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال بیست و نهم شماره 1 (پاییز و زمستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/12/20
  • تعداد عناوین: 9
|
  • علمی پژوهشی
  • مجید رضایی، کورش حسن پور صفحات 1-16
    پلی‬ متیل‬ متاکریلات (پی.ام.ام.آ) یکی از پلیمرهای شفاف است که عموما به روش شکل‬دهی حرارتی، شکل داده می‬شود. یکی از نکات مهم در تولید این محصول کیفیت اپتیکی آن است. به این منظور، استفاده از شبیه‬سازی فرایند در نرم‬افزار اجزای محدود، از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله فرایند شکل‬دهی پی.ام.ام.آبه کمک رفتار الاستیک- پلاستیک ماده شبیه‬سازی و پس از مقایسه نتایج حاصل با نتایج تجربی حاصل از آزمایش های عملی، صحت شبیه‬سازی با مدل الاستیک‬- پلاستیک بررسی می‬گردد. سپس با استفاده از شکل دهی به کمک لاستیک، روند توزیع ضخامت و کرنش برشی نهایی قطعه در اختیار قرار می گیرد و محصولی با ویژگی ها و کیفیت مطلوب به دست می آید. با انتخاب لاستیکی با خواص نزدیک به ورق، می توان از اثر گذاشتن آن برروی ورق در حین فرایند شکل دهی جلوگیری نمود.
    کلیدواژگان: پلی‬ متیل‬ متاکریلات، شکل‬دهی گرم، شبیه‬سازی، خصوصیات اپتیکی، لاستیک
  • علی حاجی محمدی، مهران رجبی زرگرآبادی صفحات 17-30
    این مقاله در مورد تحلیل عددی جریان و انتقال حرارت آشفته در جت برخوردی با نوسان سینوسی به سطح مقعر استوانه ای بحث می کند. در این راستا معادلات متوسط گیری شده برای جریان تراکم ناپذیر آشفته در حالت غیردائم به همراه مدل آشفتگی RNG k-ε در یک فضای محاسباتی سه بعدی حل شده است. تاثیر فرکانس نوسان، دامنه نوسان و عدد رینولدز بر توزیع متوسط زمانی عدد ناسلت سطح، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می-دهد که در مقایسه با جت پایا، استفاده از جت نوسانی در محدوده فرکانس 50 تا 200 هرتز باعث افزایش میانگین انتقال حرارت از سطح می شود. همچنین با افزایش عدد رینولدز از 10000 به 40000 و افزایش دامنه نوسانات از 4/0 تا 1 متوسط زمانی عدد ناسلت افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: جریان آشفته، جت برخوردی نوسانی، موج سینوسی، عدد ناسلت، سطح مقعر
  • محمد کریمی خوزانی، مهرداد پورسینا، علی پورکمالی انارکی صفحات 31-48
    در این تحقیق با ارائه یک مدل جرم گسسته خطی مستقل از زمان در فضای سه بعدی برای یک جفت چرخدنده دومارپیچ به بررسی اثرات ناشی از ممان ژیروسکوپی بر روی دینامیک و ارتعاشات این سیستم پرداخته می شود. در این مدل، هر چرخدنده دارای شش درجه آزادی بوده و علاوه بر سفتی درگیری، سفتی ناشی از اثرات یاتاقان ها نیز در نظر گرفته می شود. پاسخ دینامیکی سیستم نسبت به تحریک ناشی از خطای انتقال با استفاده از روش جمع مودال استخراج می گردد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که ممان ژیروسکوپی باعث کاهش یافتن اکثر فرکانس های طبیعی سیستم می شود. علاوه بر این، نتایج این تحقیق نشان می دهد که ممان ژیروسکوپی نقش بسیار مهمی بر روی پاسخ دینامیکی یک جفت چرخدنده دومارپیچ در سرعت های بالا دارد. به منظور صحت سنجی معادلات و روش حل، پاسخ دینامیکی استخراج شده با نتایج تجربی حاصل از پژوهش های دیگر مقایسه می گردد.
    کلیدواژگان: چرخدنده دومارپیچ، ممان ژیروسکوپی، سرعت بالا، مدل دینامیکی، ارتعاشات
  • سامان پرویزی، محمود فرزانه گرد، علی جباری مقدم، مجید هاشمیان، مهراب عقیلی بهرامی صفحات 49-62
    اندازه گیری دقیق گاز طبیعی همواره مساله مهمی به ویژه در سطح مصارف خانگی بوده است. یکی از انواع جریانسنجهای جرمی، جریانسنج جرمی حرارتی لوله مویین میباشد که برای اندازهگیری جریانهای با دبی پایین استفاده میشود. در این مطالعه شناخت پارامترهای مهم و تاثیر هر یک از این پارامترها در طراحی جریانسنج حرارتی لوله مویین بررسی شده است. برای این کار مدل سه بعدی یک جریانسنج جرمی حرارتی لوله مویین شبیه سازی و انتقال حرارت در لوله حسگر آن به صورت عددی برای گاز متان به عنوان گاز طبیعی تحلیل شده است. با در نظر گرفتن پارامترهای تاثیرگذار عدم قطعیت جریانسنج محاسبه شده است. برای اعتبارسنجی روش حل عددی، به دلیل عدم وجود داده های آزمایشگاهی برای متان، از نیتروژن برای اعتبارسنجی استفاده شده که تطابق قابل قبولی نشان میدهد. نتایج عددی نشان میدهد که عدم قطعیت این جریانسنجها حداکثر 24/1 درصد بوده که برای کنتورهای خانگی قابل قبول میباشد.
    کلیدواژگان: اندازه گیری جریان، جریان سنج حرارتی، انتقال حرارت سه بعدی، جریان سنج لوله مویین، کنتور گاز خانگی
  • فرهاد وحیدی نیا، محدثه میری، بهروز کشته گر صفحات 63-80
    در این مقاله، اثر قطر نانو ذرات در انتقال حرارت جابجایی اجباری جریان مغشوش سیال نانوی آب/ اکسید آلومینیوم درون یک لوله دایره ای شکل تحت شار حرارتی یکنواخت در دیواره با استفاده از مدل مخلوط دوفازی بصورت عددی بررسی و تحلیل آماری شده است. کسر حجمی نانوذرات برابر 3 درصد، عدد رینولدز برابر 104×5 و تغییرات قطر نانوذرات در محدوده 20 تا 110 نانومتر فرض شده است. در تحلیل آماری از توابع توزیع احتمال پیوسته نظیر؛ گاما، نرمال، لوگ نرمال، گامبل، وایبول و فسچر استفاده گردیده است. پس از بررسی نتایج مشخص شد که با افزایش قطر ذرات نانو عدد ناسلت کاهش و این پارامتر با توجه به تغییرات قطر نانوذرات از تابع توزیع احتمال فسچر پیروی نموده است.
    کلیدواژگان: نانو سیال، انتقال حرارت جابه‬جایی، قطر ذرات نانو، عدد ناسلت، تابع توزیع احتمال، خواص آماری
  • محمد مهدی کسایی، جواد شهبازی کرمی، بهنام عباس زاده، سید جلال هاشمی، حسن مسلمی نایینی صفحات 81-96
    در این مقاله روش آب‏بندی جدیدی برای فرآیند هیدروفرمینگ لوله بکار گرفته شده است که هدف از آن حذف نیروی اصطکاک در سطح تماس لوله و قالب است. این روش آب‏بندی در بالج آزاد لوله های آلومینیومی از جنس AA6063 به صورت تجربی مورد آزمایش قرار گرفت و کرنش‏های‏ حد گلویی شدن، توزیع ضخامت و ارتفاع بالج نمونه ها اندازه‏گیری شد. نتایج نشان داد با استفاده از روش آب‏بندی جدید در مقایسه با روش آب‏بندی متداول، جریان مواد به ناحیه تغییرشکل تسهیل می‏گردد و در نتیجه ارتفاع بالج لوله های آلومینیومی افزایش می‏یابد. فرآیند بالج آزاد لوله تحت شرایط فرآیندی مختلف در نرم‏افزار آباکوس شبیه‏سازی شد. در این شبیه‏سازی ها برای پیش بینی گلویی شدن، از منحنی حد شکل‏دهی بدست آمده از آزمایش‏های تجربی استفاده شد. نتایج نشان داد با افزایش ضریب اصطکاک، تغذیه محوری و طول لوله، ارتفاع بالج لوله های آلومینیومی در روش آب‏بندی جدید در مقایسه با روش آب‏بندی متداول افزایش می‏یابد.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ لوله، آب بندی، اصطکاک، ارتفاع بالج، ضخامت
  • حسین مهدیزاده صفحات 97-110
    در این مقاله معادلات جریان غیر ماندگار در لوله ها کشسان در حالت دو بعدی ، توسط یک روش بخش موج گودونف مدل سازی می گردند. مدل عددی ارائه شده در اینجا قادر است ترم های اصطکاک را در داخل تفاوت دو سلول مجاور روش حجم محدود قرار داده و شارموجهای مرتبط با آن را محاسبه نماید. برا ی لحاظ کردن عبارات اصطکاک در اینجا از مدل آشفته بالدوین-لوماکس استفاده می گردد. در ابتدا الگوی عددی برای حل معادلات ضربه قوچ برای یک لوله متصل به مخزن استفاده شده و نتایج عددی حاصل با حل دقیق در دو حالت بدون اصطکاک و همچنین با نظر گرفتن ترم های اصطکاک پایدار مقایسه می گردد.
    کلیدواژگان: ضربه‬ قوچ، الگوریتم پخش موج، روش شار موج، الگوی بالدوین لوماکس
  • یادداشت پژوهشی
  • محسن نظری، هادی گریوانی، صادق تفکر صفحات 111-121
    در این مقاله به بررسی انتقال حرارت جابجایی آزاد مزدوج در داخل یک محفظه بسته حاوی بلوک متخلخل با چیدمان دلخواه موانع مربعی با ضریب هدایت حرارتی مشخص پرداخته می شود. انتقال حرارت جابجایی آزاد در محفظه با تغییرات عدد رایلی، تعداد موانع مربعی، تغییر چیدمان موانع و همچنین نسبت تخلخل بلوک متخلخل مورد مطالعه قرار گرفته و پارامترهای موثر بر انتقال حرارت بررسی می شوند. عدد ناسلت به عنوان معیار انتقال حرارت نیز روی دیواره های محفظه بدست آمده و اعتبارسنجی مناسب ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که تغییر تعداد موانع داخل بلوک متخلخل، نسبت تخلخل و همچنین چیدمان آنها در داخل بلوک متخلخل اثر کمتری در مقایسه با تغییرات عدد رایلی در محفظه متخلخل دارند. با این وجود، با افزایش تعداد موانع هادی در داخل محفظه بسته، عدد ناسلت کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: نسبت تخلخل، انتقال حرارت مزدوج، محفظه متخلخل
  • مسعود حاجیان، اسماعیل لکزیان، علی فرهمند صفحات 123-132
    در این مقاله اجکتوری جدید، جهت استفاده در صنعت نساجی و بافت فرش به روش عددی طراحی و بهینه سازی شده است. یکی از روش های معمول بافت فرش، فرآیند کاشت نخ (Tufting) است در این روش، نخ توسط هوا و با استفاده از سوزن هایی به سمت فرش منتقل می شوند. در این تحقیق برای اولین بار استفاده از اجکتور جهت مکش نخ به داخل سوزنها پیشنهاد شده است. معادلات ناویر استوکس به صورت دو بعدی، پایا، تراکم پذیر و با بکارگیری مدل توربولانسیRealizable k-ε حل شده اند. نتایج با داده های تجربی چاپ شده برای اجکتوری مشابه، مقایسه شده که انطباق مناسبی حاصل شده است. پارامتر های هندسی از جمله طول و زاویه همگرایی در محفظه اختلاط و قطر خروجی دیفیوزر و فشار ورودی اولیه در اجکتور پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفتند. بر اساس نتایج عددی، مقادیر بهینه برای زاویه همگرایی محفظه اختلاط، طول محفظه اختلاط و قطر خارجی دیفیوزر تعیین گردید.
    کلیدواژگان: کاشت نخ، پمپ اجکتوری، زاویه همگرایی، طول محفظه اختلاط، قطر خروجی دیفیوزر، نسبت دبی
|
  • Majid Rezaei, Kourosh Hasanpour Pages 1-16
    Poly methyl methacrylate (PMMA) is one of the transparent polymers prevalently formed through thermoforming process. One of the important factors in this production is its optical quality. Using finite element simulation is very important to this aim. In this paper, PMMA thermoforming process is simulated using elastic-plastic model and accuracy of the results is verified by comparison with that of experimental data optained from tests. Then, thickness distribution and final shear strain are controlled by forming with rubber and a product with appropriate properties and quality is obtained. By choosing rubber with properties similar to the sheet, the rubber effects on sheet can be prevented..
    Keywords: Poly Methyl Meth Acrylate, Thermoforming, Simulation, Optical properties, Rubber
  • Ali Hajimohammadi, Mehran Rajabi Zargarabadi Pages 17-30
    In this study, the numerical analysis of turbulent flow and heat transfer of oscillating impinging circular jet on concave cylindrical surface has been investigated. In this way, the averaged Navier-Stocks equations for turbulent incompressible flow in an unsteady state with RNG k-ε turbulent model and in 3D computational space were solved. The effects of oscillation frequency, amplitude of oscillation and Reynolds number on Time-averaged Nusselt number Distribution in concave surface were studied. The obtained results show that applying the pulsating jet in the range of 50 to 200 Hz can increasing heat transfer from concave surface in comparison with the steady jet. Furthermore, increasing Re number from 10000 to 40000 and amplitude of oscillation from 0.4 to 1, leads to the increase of time-averaged Nusselt number..
    Keywords: Turbulent flow, Sinusoidal Waveform, Impinging Pulsated Jet, Nusselt number, Concave Surface
  • Mohammad Karimi Khoozani, Mehrdad Poursina, Ali Pourkamali Anaraki Pages 31-48
    In this research a linear time- invariant lumped mass model, LTI, in three-dimensional space for a double- helical gear pair is developed and effects of gyroscopic moment on the dynamics and vibrations are studied. In this model, each member has six degrees of freedom and both of the mesh stiffness and bearing stiffness are undertaken. The dynamic response due to transmission errors excitations is calculated by using the modal summation technique. The results of this research show that, by taking the gyroscopic effects in double- helical gear pair, most of the natural frequencies are reduced. In addition, the gyroscopic moment have an important role on the dynamic response of a high- speed double- helical gear pair. In order to verify the equations and solution methodology, the obtained dynamic response from a pair of double- helical gear pair is compared with the empirical results of other researches.
    Keywords: Double- helical gear, Gyroscopic moment, High- speed, Dynamic model, Vibration
  • Saman Parvizi, Mahmood Farzaneh Gord, Ali Jabari Moghadam, Majid Hashemian, Mehrab Aghili Bahrami Pages 49-62
    Accurate natural gas measurement is an important issue especially in domestic usage levelCapillary tube thermal mass flow meter is one of the most common types of mass flow meters which are mostly used for low mass flow rates. In this work, a capillary tube flow meter was simulated numerically. A three-dimensional steady state heat transfer in its sensor tube was numerically analyzed and the sensitivity of this type of flow meter was investigated. In order to validate the simulation approach and conditions taken in this study, the simulation was also accomplished for Nitrogen, for which experimental data was available in the literature, leading to satisfactory results. Considering all the possible effective parameters, the uncertainty of the flow meter was also calculated. Numerical results show that the maximum amount of uncertainty in measurement for this type of flow meter is less than 1.24% that is acceptable for residential customers.
    Keywords: Flow metering, Thermal massflowmeter, Three-Dimensional heat transfer, Capillary tube mass flow meter, Residential Natural Gas Meter
  • Farhad Vahidinia, Mohadeseh Miri, Behrooz Keshtegar Pages 63-80
    In this paper, effect of the nanoparticles diameter on the forced convection heat transfer of turbulent flow of Al2O3-water nanofluids in a circular tube under constant heat flux on the wall using of two phase mixture model numerically investigated and was statistical analysis. The Volume fraction of nanoparticles is %3, the Reynolds number is 5×104 and the variation of diameter of nanoparticles is assumed in the range of 20- 110nm. In the statistical analysis, from the continuous probability distribution functions such as Gamma, Normal, Lognormal, Gumbel, Weibull and Frechet were used. After reviewing the results, it was found that by increasing the diameter of nanoparticles, the Nusselt number is reduced and this parameter due to changes in the nanoparticles of diameter has followed of the Frechet probability distribution function.
    Keywords: Nanofluid, Convection heat transfer, nanoparticles diameter, Nusselt number, Probability density function, Statistical properties
  • Mohammad Mehdi Kasaei, Javad Shahbazi Karami, Behnam Abbaszadeh, Seyed Jalal Hashemi, Hassan Moslemi Naeini Pages 81-96
    In this paper, a new sealing method has been applied to eliminate the friction force between the tube and the die. The new sealing method was experimentally examined in the free bulge test of AA6063 aluminum tubes and necking limit strains, thickness and bulge height of specimens were measured. Results showed that the new sealing method compared to the conventional sealing method improves the material flow to the deformation zone and, therefore, increases the bulge height of aluminum tubes. Finite element simulations of the free bulge test were performed in ABAQUS software under the different process parameters. In these simulations, forming limit curve obtained from the experimental tests was utilized to predict of the necking. Results showed that an increase of friction coefficient, axial feed and initial length tub increases the bulge height of aluminum tubs in the new sealing method compared to the conventional sealing method.
    Keywords: Tube Hydroforming, Sealing, Friction, Bulge height, Thickness
  • Hossein Mahdizadeh Pages 97-110
    In this paper the two-dimensional unsteady flow within the elastic pipes is modelled based on a Godunov-type wave propagation algorithm. The numerical solver applied herein treats the friction source term within the flux-differencing of the finite volume neighboring cells to calculate the relevant flux-waves. In order to include the unsteady friction term the Baldwin-Lomax turbulence model is utilized. First, the method is examined to model the water hammer problem for a pipe connected to reservoir and the obtained numerical results are compared with the exact solution with both frictionless and steady friction terms. Then, the proposed scheme is employed to simulate the flow within two pipes with different Reynolds number (Re=15800, Re=5800) and the numerical simulations are validated with the available experimental data.
    Keywords: Water hammer problem, Wave propagation algorithm, Flux wave approach, Baldwin-Lomax method
  • Mohsen Nazari, H. Gerivani, S. Tafakkor Pages 111-121
    In this paper, free convection heat transfer is completely analyzed in a closed cavity containing internal conducting blocks with arbitrary arrangement. Free convection heat transfer in the cavity is studied according to the variations of Rayleigh number, number of conducting blocks, arrangements of blocks and the porosity. The overall Nusselt number as a criterion of heat transfer is reported on the walls of the cavity. The obtained results show that the thermal effects of porosity and the arrangements of blocks in the cavity are less than the effects of Rayleigh number. However, increasing the number of blocks inside the cavity leads to a decrease in the overall Nusselt number.
    Keywords: Porosity, Conjugate heat transfer, Porous cavity
  • Masoud Hajian, Esmail Lakzian, Ali Farahmand Pages 123-132
    In this paper a new ejector pump for using in textile and carpet knitting industries has been designed and optimized by numerical method. One of the customary methods in carpet knitting is tufting through which strings are deployed by fluid (air) and particular needles. In this study, a new method for sucking strings into the needles by employing air ejector has been proposed. Navier-Stokes equations for two-dimensional domain for a compressible turbulent steady flow have been solved. Furthermore, the Realizable k-ε method has been employed for the turbulent flow. The numerical method is verified by prior experimental data for similar ejector pump and good agreements are achieved. In this study, geometric parameters as length and divergence angle in mixing chamber, diffuser outlet diameter and initial inlet pressure are investigated. Numerical results suggest optimum values for divergence angle and length of the mixing chamber.
    Keywords: Tufting, Ejector pump, Inclination angle, Length of mixing chamber, Exit diameter of diffuser, Entrainment ratio