فهرست مطالب

مهندسی مکانیک شریف - سال سی و نهم شماره 2 (پاییز و زمستان 1402)

مجله مهندسی مکانیک شریف
سال سی و نهم شماره 2 (پاییز و زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/30
  • تعداد عناوین: 10
|
  • ذبیح الله ذبیحی، مرتضی دردل*، علیرضا فتحی صفحات 3-11

    در کار حاضر، اثر آلیاژهای هوشمند حافظ شکل بر کمانش و پس کمانش حرارتی پانل کامپوزیتی مونوکلینیک و تک جهته مورد بررسی قرار می گیرد. فشار آیرودینامیکی وارد شده بر سیستم با استفاده از روش تیوری پیستون مدلسازی و همچنین اثر گرمایش حرارتی برای جریان های مافوق صوت از روش دمای مرجع تخمین زده می شود. رفتار پانل به صورت غیرخطی، با تغییر شکل های بزرگ و بر اساس تیوری فون کارمن مدل سازی می گردد. نتایج بدست آمده نشان می دهد آلیاژ حافظ شکل می تواند دمای بحرانی کمانش حرارتی را افزایش دهد. در این مقاله، تاثیر چینش لایه های کامپوزیتی در بالا بردن دمای کمانش حرارتی نیز مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج بدست آمده نشان می دهد به واسطه ی استفاده از آلیاژ حافظ شکل، مقدار خیز پس کمانش حرارتی تا حدود زیادی کاسته می شود و در اختلاف دماهای بالاتر، میزان کاهش خیز پانل، افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: کمانش حرارتی، پس کمانش، تئوری لایه یی کامل، تئوری گرمایش حرارتی، آلیاژ حافظ شکل، کامپوزیت
  • مصطفی اسود، مفید گرجی بندپی*، آرش مهدوی صفحات 13-24

    انرژی خورشیدی را می توان با استفاده از ماژول های خورشیدی به الکتریسیته تبدیل کرد. استفاده از بازتابنده سبب افزایش تابش انرژی خورشیدی بر روی سطح ماژول می شود. در این مقاله، تاثیر انواع بازتابنده های صفحه تخت، سهموی و ترکیبی بر دما و بازده ماژول به صورت دو بعدی شبیه سازی شد. نتایج حاصل نشان می دهد دمای ماژول خورشیدی ادغام شده با بازتابنده صفحه تختی با شیب 85 درجه نسبت به افق به 82/360 درجه کلوین و دمای ماژول ادغام شده با بازتابنده سهموی به 11/371 درجه کلوین می رسد. در مقابل، دمای ماژول با بازتابنده یی با شیب 50 درجه برای هر دو حالت سهموی و صفحه تخت به 94/345 و 346 درجهکلوین می رسد. با افزایش زاویه در بازتابنده های صفحه تخت و سهموی، دمای ماژول افزایش یافت و بازتابنده های سهموی در زاویه های شیب بالاتر، دمای بالاتر و توان تولیدی بالاتری نسبت به بازتابنده های صفحه تخت دارند. همچنین، دمای ماژول با استفاده از 6 نوع بازتابنده ترکیبی نیز ارزیابی و نتایج آن ها با یکدیگر مقایسه شد.

    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، ماژول خورشیدی، بازتابنده، دمای ماژول، بازده
  • بهادر ابولپور*، رامتین حکمت خواه، امیر بابک انصاری صفحات 25-35

    تحلیل انتقال حرارت جابه جایی در یک کانال برای بسیاری از انواع مبدل های حرارتی، اساس طراحی، ساخت و بهینه سازی این تجهیزات می باشد. استفاده از سطوح گسترش یافته در کانال، یک روش کاربردی برای افزایش ضریب انتقال حرارت می باشد. در پژوهش حاضر، طراحی هوشمند یک مبدل حرارتی نانو سیال دو بعدی، به منظور دستیابی به شرایط عملکرد مطلوب از نظر نرخ انتقال حرارت، میزان رسوب ذرات نانو در ساختار مبدل و همچنین افت فشار سیال در طول عبور از آن، به روش عددی، مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از این تحلیل نشان می دهد که با بهینه سازی ساختار هندسی از طریق ترکیب الگوریتم ژنتیک و دینامیک سیالات محاسباتی (C F D) برای این کانال، می توان به افزایش 14/1 درصدی در آنتالپی نانوسیال عبوری، کاهش 121/11 درصدی در افت فشار نانوسیال در طول عبور و همچنین کاهش 44/8 درصدی در میزان رسوب نانوذرات درون کانال دست یافت. در مجموع، این بهبودها منجر به افزایش 82/24 درصدی در تابع برازش تعریف شده در پژوهش شده است.

    کلیدواژگان: مبدل حرارتی، نانو سیال، سطوح گسترش یافته، دینامیک سیالات محاسباتی، الگوریتم ژنتیک، پردازش تصویر
  • صادق فرجی*، یاسر رستمیان، علی اصغر شمسی سربند صفحات 37-44

    گسترش روش های نمونه سازی سریع در سال های اخیر بسیار چشمگیر بوده است. یکی از این روش ها، فرایند شکل دهی تدریجی است. در این پژوهش، فرایند شکل دهی تدریجی چند نقطه یی، توسط سه ماتریس استوانه یی با تک، دو و سه پله مورد بررسی قرار گرفته است. در همین راستا، نرخ پیشروی و گام نفوذ ابزار برای شکل دهی نمونه های آلومینیومی در سه سطح بررسی شدند. در ادامه، تاثیر پارامترهای ورودی بر ارتفاع حدی نمونه های شکل گرفته، توزیع ضخامت، زبری سطحی و دقت هندسی نمونه های برش خورده طولی مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج حاصل، با بهره گیری از ماتریس های چند نقطه یی، علی رغم افزایش دقت هندسی نهایی، اصطکاک نسبت به ماتریس مخروطی یکپارچه تقلیل یافت. با به کارگیری ماتریس دو پله، با افزایش شکل پذیری ورق، قطعات عمیق تری شکل گرفت، به طوری که ارتفاع حدی میانگین را به میزان 12\٪ بهبود بخشید. از جنبه دقت هندسی نیز طرح ماتریس با سه پله، بالاترین دقت هندسی و کمترین انحراف را نسبت به مسیر برنامه ریزی شده ایجاد کرد.

    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی، ماتریس پشتیبان، انحراف هندسه، توزیع ضخامت، زبری سطحی
  • مهدی احمدی، سعید کریمیان علی آبادی* صفحات 45-56
    سیستم های جاذب انرژی باد هوایی، روش نوآورانه یی برای بهره برداری بهینه از انرژی باد هستند. یکی از انواع این سیستم ها، پرنده ی مقید با کابل دارای روتور است که به صورت عملیاتی نیز ساخته شده است. در تحقیقات گذشته، شبیه سازهای مختلف برای مطالعه دینامیک روتور از ضرایب نیرو و گشتاور ثابتی استفاده می کردند. در این پژوهش، یک شبیه ساز پرواز با دینامیک لاگرانژ و الگوریتم بهبود یافته ارایه شده است تا مدل ایرودینامیکی روتورها را بهبود ببخشد. این مدل پیشنهادی، امکان تخمین دقیق تر توان استخراجی و طراحی بهینه پره روتورها را فراهم می کند. در پایان، با استفاده از شبیه ساز و مدل ایرودینامیکی جدید، روتور با پره های بهینه برای سیستم طراحی شده است و متوسط انرژی استخراج شده در نقطه عملکردی در فاز استخراج انرژی برای یک سیستم پرنده با طول بال 3 متر، 42 درصد بهبود یافته و به 2 کیلووات افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: پرنده جاذب انرژی باد، شبیه ساز پرواز لاگرانژی، پرنده مقید با کابل، مدلسازی ایرودینامیکی روتور
  • پوریا صادقی بروجنی، حسین نجات پیشکناری*، حامد مرادی، غلامرضا وثوقی صفحات 57-63

    امروزه، استفاده از ربات های مغناطیسی کوچک برای درمان امراض مختلف بسیار رایج است. آندوسکوپی کپسولی یک روش غیر تهاجمی برای بازرسی سیستم گوارش است. تعیین موقعیت و جهت گیری کپسول و همچنین کنترل حرکت آن به پزشک معالج می تواند بسیار کمک کننده باشد و نقش مهمی در تشخیص بیماری ها ایفا کند. این پژوهش، یک روش برای تخمین موقعیت و جهت گیری یک کپسول مغناطیسی و همچنین کنترل آن در محیط سیال ارایه می دهد. در رویکرد پیشنهادی، فرض می شود که کپسول قرار گرفته در معده از یک حرکت با سرعت پایین برخوردار است. بنابراین، معادلات حرکت به صورت استوکس در نظر گرفته می شوند. در نتیجه، معادلات حرکت یک کپسول، استخراج و مکان کپسول با استفاده از فیلتر کالمن غیرخطی و با کمک اندازه گیری حسگرهای مغناطیسی خارجی، تعیین می شود. همچنین، روشی برای کنترل و موقعیت یابی همزمان این کپسول ارایه شده است. عملکرد روش های پیشنهادی با استفاده از شبیه سازی ها مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: موقعیت یابی، میدان مغناطیسی، فیلتر کالمن، آندوسکوپی کپسولی، کنترل
  • مهناز پورمومنی فیروزآبادی، علی طیبی*، یونس شکاری صفحات 65-74

    شبیه سازی و بررسی برداشت انرژی از یک صفحه ی پیزوالکتریک که بر روی یک تیر الاستیک تعبیه شده و در پشت سیلندر قرار گرفته از طریق ارتعاشات ناشی از جریان، موضوع مورد بررسی در این مقاله می باشد. در ابتدا نتایج جریان اطراف یک سیلندر ساکن در رینولدز 200 با مراجع موجود در پیشینه ی پژوهش، مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است. سپس، با قرار دادن یک تیر الاستیک و پیزوالکتریک در پشت سیلندر، جریان اطراف سیلندر و اندرکنش بین سازه ها و سیال بررسی شده است. در همین راستا، فرایند یافتن بهینه ترین حالت برداشت انرژی برای مکان قرارگیری تیر الاستیک، طول تیر و نقطه ی گیردار تیر الاستیک در هندسه های مختلف انجام می شود. نتیجه بررسی های انجام شده، حالت بهینه یی با طول تیر الاستیک 2D فاصله ی قرارگیری تیر از پشت سیلندر 2/5D و حالتی که تیر از سمت راست ثابت شده باشد است که در آنها D قطر سیلندر می باشد. در این مسیله، تاثیر حضور تیر بر روی کاهش ضرایب لیفت و درگ و تاثیر آن بر مقدار ولتاژ برداشت شده از لایه ی پیزوالکتریک مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: برداشت انرژی، پیزوالکتریک، ارتعاش ناشی از جریان، صفحه انعطاف پذیر
  • محسن کامران ماسوله، احمد عاصم پور* صفحات 75-82

    در این پژوهش، با طراحی بهینه پارامترهای هندسی کانال ذوزنقه یی، نیروی فرایند فشار در کانال زاویه دار لوله یی (T C A P) کاهش یافته و برای اولین بار لوله های منیزیمی با ضخامت 1 میلی متر با استفاده از این فرایند فرآوری شده اند. در ابتدای پژوهش، با استفاده از مدل المان محدود، فرایند در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شده و تاثیر پارامترهای هندسی بر روی نیروی فرایند مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی عملکرد فرایند با پارامترهای هندسی بهینه، لوله های منیزیمی با قطر خارجی 5 میلی متر و ضخامت 1 میلی متر در دمای 200 درجه سلسیوس طی سه پاس، فرآوری شده اند. نتایج حاصل از آزمون های متالوگرافی، میکروسختی و کشش نشان می دهد که فرایند T C A P با هندسه ذوزنقه یی و پارامترهای هندسی بهینه، فرایند مناسبی برای اصلاح ریزساختار و بهبود خواص مکانیکی لوله های منیزیمی با ضخامت یک میلی متر است. مقادیر استحکام تسلیم و استحکام نهایی در پاس دوم به ترتیب 1/6 و 1/26 برابر نمونه اولیه شده و به مقدار 60 و 92 مگاپاسکال رسیده اند.

    کلیدواژگان: تغییرشکل پلاستیک شدید، فرایند فشار در کانال زاویه دار لوله یی، لوله های فوق ریزدانه نازک، منیزیم
  • میثم جوکار، حسن سالاریه*، حسین نجات پیشکناری صفحات 83-91

    در این مقاله، مسیله طراحی کنترلر ردیابی مسیر با در نظر گرفتن تلاطم سیال کم عمق برای اجسام صلب مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، دینامیک سیال با معادلات هذلولوی سنت ونانت مدل شده و این معادلات در کنار معادله ی دیفرانسیل معمولی جسم صلب، یک سیستم معادلات کوپل و غیرخطی پاره یی معمولی را تشکیل می دهند. هدف اصلی این پژوهش، طراحی یک کنترلر فیدبک مرزی نوآورانه برای غلبه بر خطای ردیابی مسیر است. با اعمال نیروی کنترلی منحصرا به جسم صلب، روش ارایه شده به طور موثری قادر است تمام حالات سیستم (بعد محدود و بی نهایت درجه آزادی) را پایدار کند. پیچیدگی اصلی این کنترلر این است که هیچ حسگری نباید در محدوده ی مایع نصب شود. در واقع، قانون کنترلی توسعه یافته برای محاسبه ی سیگنال لحظه یی فقط به (الف) خطای ردیابی جسم صلب و سرعت آن و (ب) فشار مایع در مرز سیال نیازمند است. پایداری مجانبی سیستم مدار بسته با استفاده از نظریه ی لیاپانوف و قضیه ی ناوردای لاسال و بدون هیچگونه گسسته سازی، ساده سازی و خطی سازی تحلیل خواهد شد. از دیگر مزیت های کنترلر فیدبک مرزی می توان به رفتار گذرای بهتر آن در مقایسه با کنترلر تناسبی مشتقی مرتبط و مقاومت آن نسبت به تاخیر زمانی و عدم قطعیت اشاره کرد که با استفاده از شبیه سازی نشان داده می شوند.

    کلیدواژگان: جسم صلب، تلاطم کم عمق، مدل سنت ونانت، سیستم معادلات کوپل پاره یی معمولی، کنترل بازخورد مرزی
  • سید امیرحسین زمزمیان*، سهیل رضازاده مفردنیا، محمدرضا پازوکی، محمد پازوکی صفحات 93-106

    در این مقاله، با بررسی های جامع کتابخانه یی، اطلاعات قابل قبولی در راستای ایجاد نانو روغن بهینه در محدوده عملیاتی به دست آمده است. هدف از این مطالعه، شبیه سازی همزمان پدیده های انتقال، شرایط سیالات در حضور نانوذرات و اصول القای الکترومغناطیسی و عایقی الکتریکی در داخل ترانسفورماتورهای توزیع یا قدرت انجام شده است. نتایج نظری مستخرج از مراحل شبیه سازی بر روی نمونه های طراحی شده و اطلاعات جامع برای نانوذرات هیبریدی و تاثیرپذیری آنها در فرایند آزمایشگاهی و در پایان، ارایه راهکارهای بهبود خواص کاهش یافته در ترانسفورماتورهای روغنی از نوآوری های اساسی در مطالعه می باشد. به این ترتیب، برای تعیین روش پژوهش، با توجه به بررسی های انجام شده، نانوذرات $\r m {C u O}$، $\r m {T i O_{2}}$، $\r m {A l_{2}O_{3}}$، $\r m {S i O_{2}}$ و M W C N T به صورت نانو ساختارهای هیبریدی معلق در روغن ترانس در نظر گرفته شده است که در واقع بیشترین کاربرد را در تحقیقات به خود اختصاص داده اند. علاوه بر تعیین نوع نانوذرات منتخب، از دیگر دستاوردهای مهم این پژوهش می توان به یافتن بهترین ترکیب برای افزایش هدایت حرارتی و اصول هدایت الکتریکی و شاخص های استاندارد صنایع تولید ترانسفورماتورها اشاره کرد. برای آغاز مراحل آزمایشگاهی، بهترین و بهینه ترین دستورالعمل استفاده از شبیه سازی رایانه یی عملکرد ترانسفورماتور در زمان استفاده از نانوروغن های مختلف می باشد که در گام بعدی، این شبیه سازی در نرم افزار صورت گرفته است تا بتوان نانو ذرات مختلف را به صورت دقیق اولویت بندی کرد.

    کلیدواژگان: روغن ترانسفورماتور، نانوسیال بر پایه روغن، نانوذرات هیبریدی، انتقال حرارت، خنک کاری
|
  • Z. Zabihi, M. Dardel *, A.R. Fathi Pages 3-11

    In the present work, the effect of smart shape-memory alloys on thermal buckling and post-buckling of monoclinic and unidirectional composite panels has been investigated. The aerodynamic pressure applied to the system was modeled using the piston theory method. The effect of thermal heating for ultrasonic flows was also estimated from the reference temperature method. The panel is modeled nonlinearly with large deformations based on Van Karmen's theory. The obtained results show that the shape-memory alloy was able to increase the critical temperature of thermal buckling. The effect of the arrangement of composite layers on increasing the thermal buckling temperature was also studied. The results show that the amount of thermal deflection is greatly reduced due to the use of this alloy. Also, in the higher temperature differences, the rate of reduction of the panel increases. In this work, the effects of thermal stress on buckling and thermal buckling in a rectangular composite panel with hinge-hinge boundary conditions were investigated. Also, the effect of shape retention alloy in controlling these two phenomena has been studied. The shape memory alloy wire was placed in martensitic mode to apply a compressive force to the panel to control the heating and aerodynamic forces after changing the phase to austenite. The governing equations of the system were extracted through the layer theory method to show the effects of in-plane displacements better. Investigations on the effect of different layers (symmetry effects and arrangement angle of composite sheets) were performed to investigate thermal buckling. According to the obtained results, the layer arrangement of plates (0.90 / 0.90), (-45.45), (30/60), and (0.90 / 90.0), respectively, had the greatest effect on raising the critical temperature of thermal buckling in dimensional ratios equal to or greater than one. This shows that the symmetry of the arrangements has a greater effect than the angle of the arrangements. Examining the buckling diagrams for the effect of a shape memory alloy, it can be concluded that by placing this alloy in the composite panel, in addition to raising the buckling temperature, this alloy has a greater effect on displacement control by increasing the temperature after the critical buckling temperature.

    Keywords: Shape memory alloys, Composite, supersonic flow, Thermal buckling, thermal Post-Buckling
  • M. Asvad, M. Gorji *, A. Mahdavi Pages 13-24

    Solar energy is the most abundant source of energy among renewable energies, which can be directly converted into electricity by solar modules. To tackle the low energy output of solar modules in places where there are not enough spaces to install many solar modules, the use of reflectors is recommended. The use of reflectors increases the solar radiation on the surface of the module, hence will boost its power output. In this study, two-dimensional simulations were performed using ANSYS Fluent 2021 R2 package software in which the effects of a flat plate, parabolic, and hybrid reflectors on the temperature and efficiency of the module were investigated. The numerical simulation of the current study was validated against an experimental case study. Although there were so many simplifications and assumptions for the validation, the maximum deviation between the present numerical result and the experimental was less than 3.86%, which certifies the results of this paper. Based on the output, the surface temperature of the solar module with ˚85 flat plate reflector and ˚85 parabolic reflector reached 360.82 (K) and 371.11 (K), respectively, while the temperature with ˚50 reflector for both parabolic and flat plate modes reached 345.94 (K) and 346 (K), which are approximately equal. It was also observed that with increasing the angle of flat and parabolic reflectors, the module temperature increased, and parabolic reflectors had higher temperatures at higher angles. The module temperature using a type 6 reflector increased by 7.14% and 0.92% compared to the ˚80 flat plate reflector and ˚80 parabolic reflector, respectively. In terms of efficiency, since reflectors will intensify the solar radiation on a solar module surface, it will enhance the operating temperature of the module so that in all cases with reflectors, the efficiency will drop from an initial maximum value to a certain minimum value. This drop is more significant in the parabolic reflectors compared to the flat plate reflectors.

    Keywords: solar energy, Solar module, Reflector, Module temperature, Efficiency
  • B. Abolpour *, R. Hekmatkhah, A.B. Ansari Pages 25-35

    The analysis of heat transfer in the channel in many types of heat exchangers, such as electric cooling equipment, solar collectors, heat exchanger systems, high-performance boilers, gas turbine blade coolers, etc., is the basis of the design, construction, and optimization. Controlling heat transfer to increase the rate of heat transfer in such systems by improving the cooling method is an effective energy engineering from the point of saving energy. Increasing the heat transfer performance in the scales of macro and microchannels is crucial. The use of expanded surfaces in the channel is a practical method to increase the heat transfer coefficient. In the upcoming article, the smart design of a two-dimensional nanofluid heat exchanger has been studied numerically in order to achieve optimal performance conditions in terms of heat transfer rate, the amount of deposition of nanoparticles in the structure of the exchanger, as well as the fluid pressure drop while passing through it. It can be seen that the geometric structure optimized by the combination of genetic algorithm and computational fluid dynamics of this channel causes an increase of 1.14% in the enthalpy of the passing nanofluid, a decrease of 11.21% in the pressure drop of the passing nanofluid, and a reduction of 8.44% percentage in the deposition of nanoparticles inside the channel and a total increase of 24.82% in the fitting function defined in terms of these three variables, compared to the channel designed in previous studies. Therefore, this optimal channel has a higher heat transfer rate with a pressure drop and a lower amount of nanoparticle deposition compared to the previous channel, which proves the ability of the genetic algorithm with computational fluid dynamics in the optimal design of all types of heat exchangers.

    Keywords: Nanofluid heat exchanger design, expanded surfaces, Computational Fluid dynamics, Genetic Algorithm, Image processing
  • S. Faraj *, Y. Rostamiyan, A.A. Shamsi Sarband Pages 37-44

    The development of rapid prototyping methods has been very drastic in recent years. One of these methods, with a nature similar to sheet-forming processes, is the incremental forming method. In the last two decades, this technique has attracted much attention in industrial applications. The incremental forming process has been able to play a major role in advancing industrial projects in the production of low-volume prototypes. This process is a suitable alternative to conventional forming processes in the single production of conical geometries because of the low cost of machinery, equipment, and tools. In this paper, the two-point incremental forming of conical parts by three multi-point matrix designs, including single, double, and three-step cylinders, were investigated. For this purpose, the feed rate (400-1000 mm/min) and the penetration step of the tool (0.5-1.1 mm) were investigated in three levels to form the aluminum sheets with a thickness of 0.5 mm. In the following, the effect of the input parameters on the limiting height of the formed specimens, thickness distribution, surface roughness, and geometric accuracy of longitudinal cut specimens was assessed. According to the results, using the multi-point matrixes, despite increasing the final geometric accuracy, friction was reduced compared to the conical matrix. Using a two-step matrix, deeper pieces were formed by increasing the formability of the sheet, in which the average height was improved by an average of 12%. However, no significant change was observed in the roughness of the samples formed by all three types of matrixes. Therefore, the design of the proposed matrix had almost no tangible effect on the final surface roughness output. From the view of geometric accuracy, the matrix design with three steps created the highest geometric accuracy, as well as the least deviation relative to the planned path.

    Keywords: Incremental forming, Supporting die, Geometry deviation, Thickness distribution, surface roughness
  • M. Ahmadi, S. Karimian Aliabadi * Pages 45-56
    Airborne wind energy system (AWES) is a novel approach in wind energy harvesting. It has several advantages against conventional horizontal axis wind turbine (HAWT), like using less material and thus lower manufacturing cost, higher efficiency, stable electricity output and higher capacity for energy harvesting. It is obviously embedding a complex control system which makes the appropriate flight trajectory for the vehicle. These systems need to be carefully designed so using virtual flight simulators in design process is crucial. The main components of a typical AWES are: tether, flyer, and rotors. The flyer is designed to have a tether-constrained flight across the wind in a circular path. Consequently, the mounted rotors on the flyer’s wings will capture energy and this mechanical/electrical energy would be sent back to the ground via the same tether. It is notable that the flight path and the special design of the flyer, would make it capable to have a sustained motion in the circular loop with no energy consumption. A tethered drone equipped with several rotors is an example of such devices, already has been built and tested. In previous literature, the flight simulators usually contain some simple aerodynamic models for predicting the forces and moments generated by the rotors. It is derived by constant aerodynamic coefficients. In the current study, it has been developed a flight simulator for a typical AWES having onboard rotors. To make this flight simulator more accurate and to improve its fidelity in different environmental conditions, proper estimation of the external forces, particularly the aerodynamic forces and moments, seems to be necessary. Therefore, toward developing a high-fidelity simulator, Lagrangian dynamics and a new algorithm for estimation of the rotor aerodynamics, has been utilized. This new method is shown to have more accurate approximations of the system performance and also better description of the vehicle trajectory. By this framework, one could design optimized blades of the rotors and also the rotors arrangement. Implementing the new simulator, a single drone, as the flyer in AWES, having 3m wing span, would experience 40 percent improvement in the average power extracted which is near 2 KW.
    Keywords: Airborne wind energy system (AWES), Lagrangian flight simulator, Tethered flight, aerodynamic coefficients, rotor section
  • P. Sadeghi Boroujeni, H. Nejat Pishkenari *, H. Moradi, Gh. Vossoughi Pages 57-63

    The problem of tracking control is addressed for rigid bodies with interior shallow-water sloshing. The liquid motion is modeled by the Saint-Venant equations, coupled with the ODE of the rigid body, leading to a global system with an ODE-hyperbolic PDE cascade structure. The paper aims to design an innovative boundary feedback framework for a pre-specified position to deal with rigid body tracking errors. Using only one control force applied to the rigid body, the formulated strategy efficiently stabilizes both the finite- and infinite-dimensional states. The main complexity lies in the fact that no sensor can be implemented in the liquid domain. Indeed, the proposed stabilizing feedback law simply requires measurements of (i) the rigid body position error and velocity and (ii) the liquid pressure at the cavity walls (liquid boundary). The asymptotic stability of the closed-loop system is analyzed using the Lyapunov direct method and LaSalle’s invariance principle without any discretization, reduction, and linearization. Additional controller features are highlighted by simulation results, including its benefits in contrast to the corresponding PD controller and its robustness to time delay and system uncertainty.

    Keywords: Rigid body, Shallow-water Sloshing, Saint-Venant model, Hyperbolic PDE-ODE cascade, Boundary feedback control
  • Mahnaz Poormomeni Firoozabadi, A. Tayebi *, Y. Shekari Pages 65-74

    Energy harvesting is the process of converting different kinds of energy, such as solar, thermal, kinetic energy of fluid, etc., to a usable form of energy. Different kinds of transduction mechanisms are used for energy harvesting. The piezoelectric mechanism has received considerable interest because of its advantages, such as ease of application and working over a wide range of frequencies. Simulation and investigation of energy harvesting from a piezoelectric plate, which is mounted on an elastic beam and located behind a cylinder through flow-induced vibrations, is the subject of the present research. First, the results of the lift and drag coefficients in the fluid flow around a stationary cylinder at Reynolds 200 are compared and validated with the previous studies. After that, by placing an elastic beam and a piezoelectric behind the cylinder, flow around the cylinder, and the fluid-solids interactions are investigated. Due to the vortex shedding phenomenon, which happens in the fluid flow past the cylinder, the elastic piezoelectric beam deforms periodically, and thus, the mechanical energy of the flow is converted into electrical energy. In this problem, the beam effect on both the drag/lift reduction and the amount of voltage extracted from the piezoelectric layer were investigated, and the optimal mode obtained was selected based on the extraction of more energy. In this regard, the process of finding the most optimal energy harvesting mode for the location of the elastic beam, the length of the beam, and the fixed point of the elastic beam in different geometries are carried out. The results of the optimal investigations are as the length of the elastic beam of 2D, the distance of the beam from the back of the cylinder 2.5D, and the state in which the beam is fixed from the right side, where D is the diameter of the cylinder.

    Keywords: energy harvesting, Piezoelectric, flow-induced vibrations, flexible plate
  • M. Kamran Masouleh, A. Asempour * Pages 75-82

    Due to the compatibility of Magnesium with the body, it is a suitable material for making biodegradable stents, although its mechanical properties are not desirable for stent application. Accordingly, lately, microstructure and mechanical properties of magnesium have been improved using various methods, including Severe Plastic Deformation (SPD). Many SPD methods have been introduced for the fabrication of ultrafine grain tubes until now, and the process of Tubular Channel Angular Pressing (TCAP) is the most effective one. In this research, by optimally designing the geometrical parameters of the trapezoidal channel, the process force in TCAP has been reduced, and for the first time, magnesium tubes with a thickness of 1 mm have been processed using this process. At the beginning of the research, using the finite element model, the process was simulated in Abaqus software, and the effect of the geometric parameters on the process force was investigated. To investigate the performance of the process with optimal geometric parameters, magnesium tubes with an outer diameter of 5 mm and a thickness of 1 mm were processed at a temperature of 200°C in three passes. The results of metallographic, microhardness, and tensile tests show that the TCAP process with trapezoidal geometry and optimal geometrical parameters is a suitable process for modifying the microstructure and improving the mechanical properties of magnesium tubes with a thickness of one millimeter. The values of yield strength and ultimate strength in the second pass are 1.6 and 1.26 times the initial sample, respectively, and have reached 60 and 92 MPa. The average grain size and hardness have reached from 200 µm and 30 HV in the initial sample to 3 µm and 40 HV after the third pass, respectively. The ductility and strength of processed samples have improved compared to the initial sample.

    Keywords: severe plastic deformation, Tubular channel angular pressing (TCAP) process, Ultrafine-grained thin tubes, Magnesium
  • M. Jokar, H. Salarieh *, H. Nejat Pishkenari Pages 83-91

    The problem of tracking control is addressed for rigid bodies with interior shallow-water sloshing. The liquid motion is modeled by the Saint-Venant equations, coupled with the ODE of the rigid body, leading to a global system with an ODE-hyperbolic PDE cascade structure. The paper aims to design an innovative boundary feedback framework for a pre-specified position to deal with rigid body tracking errors. Using only one control force applied to the rigid body, the formulated strategy efficiently stabilizes both the finite- and infinite-dimensional states. The main complexity lies in the fact that no sensor can be implemented in the liquid domain. Indeed, the proposed stabilizing feedback law simply requires measurements of (i) the rigid body position error and velocity and (ii) the liquid pressure at the cavity walls (liquid boundary). The asymptotic stability of the closed-loop system is analyzed using the Lyapunov direct method and LaSalle’s invariance principle without any discretization, reduction, and linearization. Additional controller features are highlighted by simulation results, including its benefits in contrast to the corresponding PD controller and its robustness to time delay and system uncertainty.

    Keywords: Rigid body, Shallow-water Sloshing, Saint-Venant model, Hyperbolic PDE-ODE cascade, Boundary feedback control
  • S. A. H. Zamzamian *, S. Rezazadeh Mofradnia, M. R. Pazouki, M. Pazouki Pages 93-106

    Transformers are one of the most important and expensive equipments in industries whose optimal performance has been influenced by various parameters such as weather conditions (temperature, humidity, etc.) and consumption patterns of the region. Transformer oils are one of the most vital materials used in this equipment. The oil of the transformer coils has been controlled by two factors: First, it acts as an electrical insulator between the coils and the body. Second, the heat created in the parts and the core of the transformer is transferred to the outside. In the electrical industry, many problems may be caused by transformers. Most of these cases have been affected by the performance of oils. In case of improper operation of the oil, it will cause disruption in electricity distribution and even damage and destruction. The oil should perform both tasks of cooling the transformer and insulating the body with electricity at the ideal level. However, due to the low thermal conductivity of such mineral oils, transformers cannot provide optimal performance.In this research by the simulation study, sufficient and acceptable information has been obtained to create the most optimal nano-oil in the operational range with comprehensive library reviews. On the other hand, according to the theoretical analysis, it has been presented that metal oxide nanoparticles, such as CuO, TiO2, Al2O3, SiO2, and MWCNT as hybrid NMs, have been used so far. The most important result of this study, in addition to the type of hybrid nanoparticles, is to find the best combination to increase thermal conductivity and the principles of electrical conductivity and standard indicators of transformer industries. To start the experimental design, the best and most optimal instruction is simulating the function of the transformer using different nano-oils by a computer. Then, in the next step, this simulation has been done by COMSOL software. So, first of all, precise prioritization for using different nanoparticles can be obtained.

    Keywords: Transformer oil, Nanofluid based on oil, Hybrid nanoparticles, Heat Transfer, Cooling