فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - پیاپی 145 (مهر و آبان 1401)

مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 145 (مهر و آبان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/08/28
  • تعداد عناوین: 6
|
  • میرهاتف سیدولیلو، روح الله محمدتقی پور، علی عارضی صفحات 3-10

    توجه به مخاطرات زیست محیطی انرژی های سنتی به ویژه پدیده گرمایش زمین ناشی از انتشار و متمرکز شدن گازهای گلخانه‏ ای از اصلی ترین دلایل توجه به انرژی‏ های نو است و دولت ‏ها را بر آن داشته تا بهره‏ مندی از منابع جدید انرژی را با جدیت در دستور کار قرار داده و برای آن برنامه ‏ریزی کنند. از طرفی با توجه به جایگزینی سوخت های فسیلی توسط انرژی‏ های تجدید پذیر و روش های نوین تولید برق، شایسته است که پتانسیل های موجود همانند اتلاف انرژی ناشی از تقلیل فشار گاز در ایستگاه های تقلیل گاز شهری مورد نظر و بررسی قرار گیرد. از این رو در مقاله حاضر سعی شده است تا با استفاده از یک توربو اکسپندر در یک ایستگاه تقلیل فشار گاز شهری، به تولید انرژی الکتریسیته پرداخته شود. گاز ورودی به این توربو اکسپندر نیز توسط انرژی زمین گرمایی پیش گرم می شود تا توان تولید کار در آن افزایش یابد. نتایج حاکی از آن است که ایده ‏آل ‏ترین راندمان آیزنتروپیک (برابر با 90 %)، در دمای ورودی توربواکسپندر برابر با 80 درجه سانتی گراد و میزان پیش ‏گرمایش برابر با kJ/kg 5/186 اتفاق می‏افتد. همچنین افزایش میزان پیش گرمایش گاز طبیعی سبب افزایش دمای توربین انبساطی شده و در نتیجه توان تولیدی افزایش می ‏یابد.

    کلیدواژگان: توربواکسپندر، تقلیل فشار گاز، تحلیل ترمودینامیکی، تحلیل پارامتریک، انرژی زمین گرمایی
  • علی فرجی، محمدرضا روفیگر اصفهانی صفحات 11-21

    صندلی چرخ‌ دار تعاملی و ارگونومیک مجهز به‌ سامانه خدمات بهداشتی طراحی‌ شده است. هدف آن علاوه بر رفع نیاز اساسی توان ‌خواه جسمی‌-حرکتی، که جابجایی است، ارایه نوآورانه هم ‌زمان سامانه خدمات بهداشتی قضای حاجت در یک فضای بهداشتی نیز هست. این پژوهش از نگاه هدف کاربردی و از دیدگاه ماهیت، کیفی-توصیفی است. به ‌صورت میدانی، به دو شیوه کلامی‌- تصویری (پرسش ‌نامه و مصاحبه) و غیرکلامی‌ (مشاهده)، به روش پیمایشی برای جمع ‌آوری داده‌ ها اقدام نموده و از واکاوی از متخصصین مربوطه (گروه دلفی) بهره برده است. روش طراحی محصول مبتنی بر طراحی ‌نامه بوده که بر پایه طراحی تعامل و کاربر محوری است. صندلی چرخ ‌دار مجهز به ‌سامانه خدمات بهداشتی با ویژگی‌ های تعاملی و ارگونومیک بودن تحت برند صابیتا دستاورد این پژوهش است. کاربر اصلی این محصول که توان ‌خواه جسمی‌-حرکتی است از یک‌ سو از یک وسیله جابجایی کارآمد، کارا و ایمن بهره می ‌برد و از سویی دیگر هم ‌زمان از سامانه خدمات بهداشتی قضای حاجت در محیطی بهداشتی به همراه شست‌ و‌ شو و تطهیر به ‌عنوان یافته ‌های پژوهش برخوردار می‌‌گردد. علاوه بر آن‌ ها، رضایت‌ مندی و خوشنودی کاربر را نیز به دنبال دارد. صندلی چرخ ‌دار صابیتا به‌ منظور ایجاد تعاملی سازنده، نه ‌تنها برای کاربر نقش بسزایی بازی می‌‌کند، بلکه باعث سهولت در کار همیاران توان‌خواه جسمی‌-حرکتی می‌‌شود. از یک ‌سو عناصر شش‌ گانه کاربردپذیری همچون کارآمدی، کارایی، ایمنی/راحتی، مطلوبیت، قابلیت یادگیری و یادآوری آسان را به ارمغان می‌‌آورد و از سویی دیگر اهداف طراحی تعامل همچون قابلیت رویت، بازخورد، محدودیت ‌ها، سازگاری و فراخوانی را محقق می‌‌سازد. در نهایت یک تجربه مطلوب کاربری را به نمایش می گذارد.

    کلیدواژگان: صندلی چرخ دار، سامانه خدمات بهداشتی، طراحی تعامل، ارگونومیک، طراحی صنعتی
  • معین طاهری، پیمان کریمی، مجید مستعلی، مصطفی ناظمی زاده صفحات 22-31

    سرطان سر و گردن اغلب دهان، گلو و بینی را درگیر می‌کند. این نوع سرطان با روش ‌های درمانی همچون جراحی، رادیوتراپی و شیمی درمانی سبب آسیب رساندن به سایر سلول‌ ها و عوارضی همچون آسیب ‌های شنوایی و چشایی می‌شود. به‌ منظور رفع این محدودیت در درمان بیماری، مطالعاتی در حوزه‌ی نانو صورت گرفته است. برخی از این مطالعات در خصوص استفاده از نانوذرات به‌ عنوان حامل ‌های دارویی، شناخت ساختار سلول سرطانی و بررسی خواص مکانیکی صورت گرفته است. در این مطالعه به ‌منظور بهبود درمان و تشخیص زودهنگام این نوع سرطان، به تخمین مدول یانگ سلول سرطانی سر و گردن با استفاده از فرایند نانومنیپولیشن پرداخته شده است. تصاویر توپوگرافی و نمودارهای تجربی مورد استفاده از طریق کاوش سلول سرطانی سر و گردن توسط میکروسکوپ نیروی اتمی استخراج شده است. نوآوری اصلی این پژوهش در استفاده از مدل ‌های تماسی جی‌ کا آر، ام دی و تاتارا بوده است. هدف اصلی پژوهش، رسم نمودارهای عمق نفوذ برحسب نیروی اعمالی، جهت تخمین مدول یانگ بافت سر و گردن است. با مقایسه‌ نتایج تیوری و تجربی، مقدار 12 کیلو پاسکال با در نظرگرفتن مدل تماسی جی کا آر و مقدار 11 کیلو پاسکال با مدل تماسی تاتارا به ‌عنوان مقادیر مدول یانگ سلول سرطانی سر و گردن تخمین زده شده‌ اند.

    کلیدواژگان: سرطان سر و گردن، مدل تماسی، مدول یانگ، میکروسکوپ نیروی اتمی، نانومنیپولیشن
  • وحید تیکنی، حامد شهبازی*، پیمان نوروزی صفحات 32-42

    در این مقاله یک کنترل ‎کننده گام به عقب انتگرالی برای کنترل موقعیت سیستم کوادروتور ارایه شده که با استفاده از الگوریتم هوشمند بهینه سازی ازدحام افزایشی ذرات، جهت بهینه سازی پارامترهای کنترلر طراحی شده مورد بررسی قرار گرفته است که در نهایت پارامترهای طراحی به ‌منظور حصول پاسخ مطلوب بهینه بر روی کنترل ‎کننده منظور شده ‌اند. در ادامه به طراحی مسیر بهینه برای پرنده کوادروتور به کمک روش الگوریتمی تکاملی ازدحام ذرات و با در نظر گرفتن موانع از پیش تعیین ‌شده در محیط سه ‌بعدی پرداخته‌شده است، که امنیت پرواز کوادروتور را در محیط های سه‌بعدی از پیش شناخته ‌شده تامین می‌کند، همچنین با در نظر گرفتن موانع محیطی، کوتاه ترین مسیر بین مبدا و مقصد به‌ عنوان مسیر مطلوب کوادروتور مشخص می‌شود. در این مقاله علاوه بر بهینه سازی ضرایب کنترلر گام به عقب انتگرالی در جهت کاهش تلاش کنترلی ربات، به بهینه سازی مسیر حرکت کوادروتور پرداخته شده که هدف از این بهینه سازی، کاهش مصرف انرژی در حرکت ربات از مبدا به مقصد می باشد که در نهایت مسیر تولید شده توسط الگوریتم به‌عنوان مسیر مطلوب پرنده به کنترل‎ کننده گام به عقب انتگرالی بهینه شده داده ‌شده و نتایج در محیط متلب شبیه سازی شده است.

    کلیدواژگان: کوادروتور، کنترل گام به عقب انتگرالی بهینه، تولید مسیر بهینه، الگوریتم ازدحام ذرات
  • یاسر جعفری، محمد طیبی رهنی، محمدرضا سلیمی*، رینهارد میلر صفحات 43-60

    در این مقاله مواد فعال سطحی (سورفکتانت ها) و تاثیر آن بر جریان سیالات چند فازی مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا نحوه عملکرد سورفکتانت ها بیان شده است. بدین منظور، تعاریف تنش سطحی و نحوه تغییر آن در حضور سورفکتانت ها بررسی شده است. همچنین، فیزیک توزیع سورفکتانت ها در جریان چندفازی و جذب و دفع آن در سطح مشترک گزارش شده است. تغییرات فیزیکی سطح مشترک دوفاز به دلیل حضور سورفکتانت ها از طریق تعادل نیروها و تغییر در تنش سطحی و تعریف اثر مارانگونی بررسی شده است. انواع سورفکتانت ها و خواص آن ها بیان شده است. در نهایت کاربردهای مهم سورفکتانت ها در صنعت و زندگی روزمره با جزییات ذکر شده است. این بررسی نشان می دهد که سورفکتانت ها به عنوان یکی از عوامل موثر بر جریان چندفازی نیاز به مطالعه روز افزون دارد. شناخت بهتر این مواد می تواند در دستکاری و بهینه سازی کاربردهای دارای جریان سیال چندفازی بسیار مفید باشد.

    کلیدواژگان: مواد فعال سطحی، سورفکتانت ها، جریان سیالات چندفازی، تنش سطحی، اثرات مارانگونی، انواع، کاربردها
  • محمدباقر محمدصادقی آزاد *، فرزاد چوبداررحیم صفحات 61-79

    در این مقاله به بررسی انتقال حرارت در میله سوخت داغ استوانه‌ ای شکل قلب راکتور هسته ‌ای تحت فشار مانند راکتور بوشهر پرداخته شده است. به طور کلی در آنالیز حرارتی یک میله سوخت، توجه ویژه به توزیع درجه حرارت در اجزاء تشکیل دهنده میله سوخت و همچنین تاثیر جریان سیال اطراف آن بر میزان برداشت حرارت معطوف می گردد. لذا در این مطالعه با استفاده از معادلات انتقال حرارت در سوخت و سیال مجاور آن، میزان شدت انتقال حرارت و تاثیر پارامترهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. برای این شبیه‌ سازی از دو نرم‌ افزار انسیس فلوینت (CFD) و کد هسته ‌ای COBRA-EN استفاده شده است، در این مدل‌ سازی از مدلEPRI کد COBRA-EN به دلیل محافظه ‌کارانه بودن آن برای محاسبه شار حرارتی بحرانی و حداکثر و متوسط دمای سوخت، آنتالپی، دمای خنک کننده، دبی جرمی خنک کننده استفاده شده است و نتایج آن با نتایج CFD و نتایج مرجع مقایسه گردیده است. همچنین پارامترهای ترموهیدرولیکی گاز هلیوم تحت فشار محبوس در بین سوخت و غلاف میله سوخت نیز بررسی گردیده است.

    کلیدواژگان: راکتورهای قدرت هسته ای، میله سوخت داغ، ترموهیدرولیک، انتقال حرارت، تک کانال، CFD و COBRA-EN
|
  • Mir hatef, Ruhollah Mohammad, Ali Arezi Pages 3-10

    Paying attention to the environmental hazards of traditional energies, especially the phenomenon of global warming caused by the release and concentration of greenhouse gases, is one of the main reasons for paying attention to new energies and it has prompted the governments to seriously put the benefit of new sources of energy on the agenda and plan for it. On the other hand, it is appropriate that existing potentials such as energy loss due to gas pressure reduction in urban gas reduction stations should be considered and investigated. Therefore, in this article, it has been tried to produce electricity by using a turbo expander in a municipal gas pressure reduction station. The gas input to this turbo expander is also preheated by geothermal energy to increase the work production capacity. The results indicate that the most ideal isentropic efficiency (equal to 90%) occurs at the turbo expander inlet temperature equal to 80 degrees Celsius and the amount of preheating equal to 186.5 kJ/kg. Also, increasing the amount of natural gas preheating increases the temperature of the expansion turbine and as a result, the production power increases.

    Keywords: Turbo expander, Gas pressure reduction, Thermodynamic analysis, Parametric analysis, Geothermal energy
  • Ali Faraji, Mohammad Reza Roofigar Esfehani Pages 11-21

    An interactive and ergonomic wheelchair equipped with a health service system has been designed. Its primary goal is to meet the mobility of the different persons with disabilities. At the same time, its secondary goal is to provide novelty health services such as urination and defecation by observing the tips and health space. This research is applied in terms of purpose and qualitative-descriptive in terms of nature. As a practical matter, it has used two methods of verbal-visual (questionnaire, interview) and non-verbal (observation) by survey method to collect data and benefit from analysis by relevant expert (Delphi) groups. Its design method was the so-called Design up (Tarrahi Nameh in Persian) which was based on the interaction design and user-centered approach and has employed Analytical Hierarchy Process (AHP) to prioritize users. The result is the interactive and ergonomic wheelchair equipped with a health service system under the Sabita brand, which has an effective, efficient and safe means of transportation. It enjoys the sanitary system of defecation in a hygienic environment along with washing and purification, which is the main need of its users and finally seeks their satisfaction and pleasure. The Sabita wheelchair, also, facilitates the work of physically able-bodied assistants. Six elements of usability such as effectiveness, efficiency, safety/comfort, utility, learnability and memorability, on the one hand would be brought. The goals of interaction design as visibility, feedback, constraints, consistency, affordance and engagement user experience, on the other hand, would be illustrated.

    Keywords: Wheelchair, Health service system, Ergonomics, Interaction design, Industrial design
  • Moein Taheri, Peyman Karimi, Mostafa Nazemizadeh Pages 22-31

    Head and neck cancer is a disease that often affects the mouth, throat and nose. This type of cancer causes damage to other cells and complications such as hearing and taste damage through treatment methods such as surgery and chemotherapy. Studies have been done on the use of nanoparticles as drug carriers, understanding the structure of cancer cells and investigating their mechanical properties. In this study, in order to improve the treatment and early diagnosis of this type of cancer, the Young's modulus of head and neck cancer cells was estimated using the nanomanipulation process. The topographic images and experimental graphs used were extracted by exploring the head and neck cancer cells under AFM. The main innovation of this research has been in the use of JKR, MD and Tatara contact models. The main aim of the research is to draw indentation depth graphs according to applied force to estimate Young's modulus of Head and Neck tissue. By comparing the theoretical and experimental results of the 12 KPa Young modulus with the JKR model and the value of 11 KPa with the Tatara contact model, the values of the Young modulus of the head and neck cancer cell are estimated. 

    Keywords: Head, neck cancer, contact model, Young modulus, atomic force microscopy, Nanomanipulation
  • Vahid Tikani, Hamed Shahbazi, Peyman Norouzi Pages 32-42

    In this paper, an intelligent integral Back-step controller is used to control the position of the quadrotor. Using a new strong particle swarm optimization algorithm, the optimal system response is Achieved by changing constant design values in the controller. Then, the optimal path for the quadrotor is designed using the algorithmic method of particle swarm and considering the predetermined obstacles in the three-dimensional environment, which ensures safety flight. Also, the shortest path between the origin and destination as the optimal path is determined. Finally, the path generated by the algorithm as the optimal path of planning. Thus, in addition to optimizing the control parameters in the controller, the quadrotor path is also optimized using the algorithm to minimize energy consumption from source to destination. Finally, by simulating the system in MATLAB environment, the system response to the desired input in a limited time was plotted and investigated.

    Keywords: Quadrotor, Integral back-step controller, Path-planing, Particle swarm optimization algorithm
  • Yaser Jafari, Mohammad Taeibi Rahni, Mohammad Reza Salimi*, Reinhard Miller Pages 43-60

    In this article, Surface Active Agents (Surfactants) and its effect on the Multiphase Flow have been studied. First, the functioning of surfactants has been explained. For this purpose, the definitions of surface tension and how it changes in the presence of surfactants have been investigated. Also, the physics of surfactant distribution in multiphase flow and its absorption and repulsion at the interface have been reported. The physical changes of the two-phase interface due to the presence of surfactants have been investigated through the balance of forces and the change in surface tension and the definition of the Marangoni effect. Types of surfactants and their properties are stated. Finally, the important applications of surfactants in industry and daily life are mentioned in detail. This review shows that surfactants as one of the effective factors on multiphase flow need to be studied more and more. A better understanding of these materials can be very useful in manipulating and optimizing multiphase flow applications. 

    Keywords: Surface active agents, Surfactants, Multiphase flow, Surface tension, Marangoni effects, Types, Applications
  • FarzadChoobdar Rahim, Mohammad Bagher Mohammad sadeghi Azad Pages 61-79

    In this paper,the heat transfer in the hot fuel rod of a pressurized nuclear reactor such as the Bushehr reactor has been investigated. Generally,in the thermal analysis of a nuclear fuel rod,special attention is paid to the temperature distribution in the constituent parts of the fuel rod,as well as the effect of the coolant flow around it on the amount of heat removal. Therefore,in this study,using the equations of heat transfer in the fuel rod,its adjacent coolant,the intensity of heat transfer,the effect of different parameters have been investigated. For this simulation,Ansys-Fluent (CFD) software,the nuclear code COBRA-EN have been used,in this modeling the EPRI model of the COBRA-EN code is used because of its conservativeness to calculate the critical heat flux,the maximum,average fuel temperature,enthalpy,temperature Coolant,mass flow rate of coolant has been used,its results have been compared with CFD results,reference results. Also,the thermo-hydraulic parameters of helium gas under pressure trapped between the fuel,clad have also been investigated.

    Keywords: Nuclear power reactors, Hot fuel rod, Thermo hydraulic, Heat transfer, Single channel, CFD, COBRA-EN