به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
فهرست مطالب نویسنده:

ebrahim shirani

  • محمدرضا سلیم پور*، امیر فلاحی، ابراهیم شیرانی
    سرمازدگی یکی از شدیدترین شکل های آسیب های سرمایی است که اثرات جدی بر اعضای بدن به خصوص عضوهایی چون انگشتان دست و پا، گوش ها، گونه و بینی که از قلب دور هستند، می گذارد. لذا در این مقاله سعی شده است تا با رویکردی واقع گرا مطابق با بیولوژی و آناتومی اعضای بدن، توزیع دما در انگشت دست به عنوان عضوی حساس در مقابل سرما، شبیه سازی شده و زمان سرمازدگی موضعی انگشتان دست، تحت شرایط مختلف جوی پیش بینی گردد. در این تحقیق از عکس های ام آرآی به عنوان مرجعی مناسب جهت شناسایی بافت های نرم، استخوان و رگ های خونی انگشتان دست استفاده شده است. روش استخراج مدل سه بعدی قابل تحلیل از عکس های ام آرآی یکی از نوآوری های این پژوهش محسوب می شود. یک مدل حرارتی-سیالاتی کوپل برای شبیه سازی انتقال حرارت در یک انگشت انسان که تحت شرایط سرمایی قرار دارد به خدمت گرفته شده است. اثرات هدایت گرمایی، تولید حرارت متابولیسمی، انتقال حرارت از طریق پرفیوژن خون و انتقال حرارت مابین بافت و رگ های بزرگ در معادلات موازنه انرژی لحاظ شده است. شرایط محیطی ازجمله دمای محیط و سرعت وزش باد و همچنین میزان مقاومت حرارتی دستکش به عنوان پارامترهای تاثیرگذار بر رفتار حرارتی انگشت دست و پدیده سرمازدگی بررسی و با یکدیگر مقایسه شده است.
    کلید واژگان: سرمازدگی, انگشت دست, توزیع دما, تصویر ام آرآی
    Mohammad Reza Salimpour *, Amir Fallahi, Ebrahim Shirani
    Frostbite is severest form of cold injury that can have serious consequences on limbs such as digits, ears, cheek and nose which are far from the heart. Therefore, in this article, it has been tried to simulate the temperature distribution and find the starting time of frostbite in a human finger as a member that is sensitive to cold stress with a realistic approach. In this research, anatomical data has been extracted from MR images which approximate bone, soft tissues and vessels volume independently. The approach that is presented for converting the MR images to a 3-D finite element model is one of the novelties of this research. A coupled thermo-fluid model is applied to simulate a finger exposed to cold weather. The effect of heat conduction, metabolic heat generation, heat transport by blood perfusion, heat exchange between tissues and large vessels are considered in energy balance equations. Environmental situations such as ambient temperature and wind speed and also glove thermal resistance have been investigated and compared to each other.
    Keywords: Frostbite, Finger, temperature distribution, MR Image
  • Somaye Yaghoubi *, Ebrahim Shirani, Ahmad Reza Pishevar
    In this paper, flow past a single Dissipative Particle Dynamics (DPD) particle with low Reynolds number is investigated and it is inquired that whether a single DPD particle immersed in a fluid, has an intrinsic size. Then a minimum length scale is determined such that the hydrodynamic behavior based on standard DPD formulation is modeled correctly. Almost all of the previous studies assume the DPD particles as point centers of repulsion with no intrinsic size. Hence to prescribe the size of a simulating sphere, a structure of frozen DPD particles is created. In this paper two effective radii, Stokes-Einstein radius and a radius based on the Stokes law, for DPD particles are introduced. For small Reynolds numbers; it is proved that the two radii approach each other. Finally in spite of the typical simulations which assume DPD particles as point centers of repulsion, it is concluded that each of the individual DPD particles interact with other particles as a sphere with non-zero radius. It results the reduction of the required number of particles and eventuates more economical simulations. Moreover contemplating the radius of the particles is necessary for the new Low-Dimensional model which is derived based on the DPD method.
    Keywords: Dissipative Particle Dynamics, Low-Dimensional model, Low Reynolds number, Stokes-Einstein equation
  • ابراهیم شیرانی*، حسن ظهور، محمود یعقوبی، سعید امیرزاده، شبنم تشکری

    گسترش حساب شده و با برنامه ریزی مناسب در آموزش عالی یکی از معیارها و عوامل توسعه و رشد اقتصادی و فرهنگی هر کشور به شمار می رود. هر چه آحاد جامعه به ویژه جوانان کشور تحصیلات عالی داشته باشند، فرهنگ عمومی جامعه و پتانسیل انجام دادن امور با کیفیت بهتر بالاتر می رود. از طرفی، گسترش نامتوازن، بی رویه، حساب نشده و فله ای آموزش عالی بدون فراهم کردن الزامات  می تواند به کاهش کیفیت آموزش، افزایش نرخ بیکاری و بروز مشکلات اجتماعی و فرهنگی منجر شود. در طی فاصله زمانی ده ساله 94-1384 برنامه های پنج ساله توسعه اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی جمهوری اسلامی ایران تغییرات گسترده ای از نظر کمی در آموزش عالی کشور رخ داده است. افزایش چشمگیر تعداد دانشجو، افزایش زیاد تعداد دانشگاه ها و موسسات آموزش عالی و گسترش تحصیلات تکمیلی از جمله شاخصه های این دوران است. در این مقاله ضمن ارائه آمار و اطلاعات مربوط به عواملی از جمله تعداد دانشجویان، تعداد دانشگاه ها و نسبت دانشجو به استاد با تاکید بر رشته های مهندسی در طول برنامه های توسعه چهارم و پنجم، وضعیت آموزش عالی بررسی و تحلیل شده است. مشکلات و مسائل ناشی از چنین تغییرات وسیعی در آموزش عالی مطرح و بررسی، و در نهایت، راهکارهایی برای برون رفت از آنها ارائه شده است.

    کلید واژگان: آموزش مهندسی, برنامه های چهارم و پنجم توسعه, توسعه آموزش عالی, آینده نگری, تحلیل آموزش عالی
    Ebrahim Shirani *, Hassn Zohoor, Mahmood Yaghoubi, Saeed Amirzade, Shabnam Taashakori

    Expanding and appropriate planning in higher education is one of the criteria for economic and cultural development of the country. The higher the education of the society, especially the youth of the country, the higher would be the public culture and potential for better quality work. On the other hand, the heterogeneous, disproportionate, uncounted and ongoing expansion of higher education without providing the requirements will lead to reduction in the quality of education, increase in the unemployment, and the emergence of social and cultural problems. During the ten-year interval, 1384-94 of the two five-year of economic, social, and cultural development programs of the Islamic Republic of Iran, there have been widespread changes in higher education in the country. Specifically, a significant increase in the number of students, in the number of universities and institutes, and in the number of graduate students are among the characteristics of this era. In this paper, analyze is made on the statistics and information related to factors such as the number of students, the number of universities, the ratio of students to faculty members, with emphasis on engineering discipline during the fourth and fifth development plans.  The problems and issues arising from such a large change in higher education are discussed and examined. Ultimately, approaches to overcome such difficulties are presented.

    Keywords: engineering education, fourth, fifth development programs, Higher education, Futurism in Higher Education, Analysis of Higher Education
  • Ramin Nasehi *, Ebrahim Shirani
    Analytical relation for slow motion thin liquid films bounded by a fixed wall and free surface for Newtonian and non-Newtonian fluids are obtained in this work. Assuming long-wave approximation, the momentum and continuity equations for thin liquid films of power-law fluids are simplified and solved analytically to derive the evolution equation of thin liquid films. The evolution equation is derived for two- and three-dimensional cases. A relation for evolution of thin films is obtained for a simple case in which the liquid film is supported from below by a solid surface and subjected to gravity and constant surface tension forces. This evolution equation of thin film has been solved numerically in order to compare the behavior of Newtonian and non-Newtonian liquids for different Bond numbers. It is shown that the power-law model at low and high strain rates is invalid and it affects the results. The Rayleigh-Taylor instability is another subject that is studied in this work. This interesting phenomena is investigated by solving the evolution equation numerically for different Bond numbers. The results show that the evolution of the free surface thin film for pseudo plastic fluids is different from that of Newtonian and dilatant fluids
    Keywords: Analytical relation, Newtonian fluid, Non-Newtonian fluid, power-law model, Rayleigh-Taylor instability, thin liquid film
  • الناز زهروی، ابراهیم شیرانی *، احمدرضا پیشه ور
    در مقاله حاضر به بررسی تغییرات شعاع ذرات در روش دینامیک ذره استهلاکی با تغییر نوع و اندازه نیروی بقایی پرداخته می شود. در اکثریت مطالعات گذشته ذرات در روش دینامیک ذره استهلاکی به عنوان نقاط دافعی (بدون شعاع) در نظر گرفته شده اند در صورتی که فقط در حالت نیروی بقایی صفر یا حالت گاز ایده آل نقطه ای بودن ذرات معنی دار است و با افزایش نیروی بقایی اندازه ذاتی ذرات در روش دینامیک ذره استهلاکی که توسط یک ناحیه کروی قابل نفوذ احاطه شده اطرافشان بیان می شود بزرگتر خواهد شد. در ابتدا نیاز به تعریف روش مناسب محاسبه شعاع داریم. روش های مختلف محاسبه شعاع از جمله روابط استوکس-اینشیتین، استوکس و تابع توزیع شعاعی بررسی می شوند و به این نتیجه می رسیم که با توجه به محدودیت های روابط استوکس و استوکس-اینشتین استفاد از تابع توزیع شعاعی روش مناسب محاسبه شعاع می باشد. در ادامه به روند تغییرات شعاع ذرات و پخش آن ها در سیستم با تغییر ضرایب نیروی بقایی خطی استاندارد و نیروی بقایی نمایی پرداخته می شود. در نهایت نشان داده می شود که با استفاده از نیروی بقایی هیریدی نمایی-خطی و انتخاب ضرایب مناسب می توان بدون هزینه محاسباتی اضافه تر، به شبیه سازی ذرات بزرگتر در محلول-های کلوییدی با توزیع مناسب وهمگن پرداخت.
    کلید واژگان: دینامیک ذره استهلاکی, شعاع ذره, تابع توزیع شعاعی, نیروی بقایی
    Elnaz Zohravi, Ebrahim Shirani *, Ahmad Reza Pishevar
    The radios of particles in Dissipative Particle Dynamics (DPD) method is investigated numerically taking into account size and type of conservative force. In the most of previous studies, the DPD particles have been considered as a point center of repulsion with zero radios and hence sphere size is prescribed by the creation of a structure of frozen DPD particles. Although only in ideal gas state or zero conservative force the DPD point particle is meaningful and with conservative force the DPD particles have an intrinsic size which is assigned by the spherical impenetrable domain occupied by each particle when immersed in a sea of other particles. At first the appropriate method should be define to calculate the size of DPD particle. Different methods including Stokes-Einstein relation, Stokes law and radial distribution function (RDF) are studied and it is concluded that according to limitation of Stokes-Einstein and Stokes relations the RDF is the best method for evaluation of DPD particle size. In the following, the trend of DPD particle size changing and their distribution in the system with linear and exponential conservative force examined. At the end we demonstrate that the employing of exponential conservative forces for the colloid-colloid and colloid-solvent interactions but keep the conventional linear force for the solvent-solvent interactions achieve a well-dispersed suspension with different particle sizes without extra computation
    Keywords: Dissipative Particle Dynamics, Particle radios, Radial distribution function, Conservative force
  • Matin Golozar, Mohammad Sayed Razavi, Ebrahim Shirani *
    In this study, the optimal distribution of Wall Shear Stress (WSS) in a bifurcation and its effect on the morphology of blood vessels were investigated. The optimal WSS was obtained through minimization of energy loss due to friction and metabolic consumption. It was shown that the optimal WSS is a function of metabolic rate, fluid properties, diameter, and flow regime. For fully developed laminar and turbulent flows different patterns of WSS were observed. For laminar flows WSS is constant but for turbulent flows WSS is a function of diameter such that the exponent of diameter varies by tube relative roughness. Based on the optimal WSS and conservation of mass, the optimal relationship between diameters of mother and daughters’ vessels was obtained for different flow regimes. Also, it was theoretically shown that the optimal distribution of WSS in a bifurcation minimizes flow resistance as well as energy loss. In addition, it was demonstrated that the specific relationship between the length and diameters of a blood vessel and optimal relationship between diameters lead to optimal WSS distribution. Finally, the numerical simulation was used to investigate the effect of Reynolds number on the optimal WSS and flow resistance, and to verify the theoretical formula predictions, obtained in this work.
    Keywords: wall shear stress, Murray's law, turbulent flow, flow resistance, blood regulation
  • رضا ربانی، قاسم حیدری نژاد *، ابراهیم شیرانی
    به منظور شبیه سازی عددی فرآیند انتقال گرما از ساختار دیوار به سیال در نانوکانال ها، بازه ی وسیعی از ثابت فنر بسته به جنس دیوار مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله تاثیر تغییر ثابت فنر دیوار بر انتقال گرما و توزیع خواص ماکروسکوپیک مختلف سیال بررسی شده است. به این منظور، انتقال حرارت در گاز آرگون با عدد نودسن 10 بین دو دیوار ساکن از یک نانوکانال با عرض 5.4 نانومتر با استفاده از روش دینامیک مولکولی شبیه سازی شده است. مقایسه ی نتایج نشان می دهد که با کاهش ثابت فنر دیوار، دامنه نوسانات اتم های دیوار افزایش یافته و این امر امکان نزدیک تر شدن اتم های گاز به سطح دیوار را افزایش می دهد که در نتیجه شار حرارتی عبوری از گاز و متناظر با آن ضریب هدایت حرارتی افزایش می یابد. بررسی نتایج افزایش ضریب هدایت حرارتی گاز در عرض نانوکانال از 0.11 mW⁄(m-K) به0.27 mW⁄(m-K) را برای کاهش مقدار ثابت فنر از k_s=1100εσ^(-2) به k_s=100εσ^(-2) را نشان می دهد. به علاوه نزدیک تر شدن اتم های گاز به سطح، پرش دمایی بر روی مرز را کاهش داده که این امر موجب افزایش هر چه بیشتر چگالی گاز در مجاورت دیوار سرد و کاهش آن در مجاورت دیوار گرم می گردد. مقایسه ی پروفیل توزیع دما، چگالی و فشار در عرض نانوکانال نشان می دهد که مستقل از تغییرات ثابت فنر، مقدار بیشینه ی کمیت های مذکور در فاصله σ⁄2 از دیواره اتفاق می افتد.
    کلید واژگان: انتقال گرما, گاز رقیق, ثابت فنر دیوار
    Reza Rabani, Ghassem Heidarinejad *, Ebrahim Shirani
    In order to simulate the heat transfer process from wall to fluid in nanochannel numerically, extensive range of spring constants with regard to wall material is used. In this paper, the effect of variation in wall spring constant on the heat transfer and distribution of the macroscopic properties of fluid has investigated. In this regard, heat transfer in argon gas between two stationary walls of a 5.4 nm nanochannel with Knudsen number 10 has simulated using the molecular dynamic method. Comparison between the results shows that by reducing the wall spring constant, the amplitude of wall atoms vibration increased so it makes the gas atoms to become closer to the wall surface that results in an increase in the heat flux and thermal conductivity coefficient of the gas. Evaluating the result reveals that while the spring constant reduces from k_s=1100εσ^(-2) to k_s=100εσ^(-2), the thermal conductivity coefficient of the gas changes from 0.11 mW⁄(m-K) to 0.27 mW⁄(m-K). Furthermore, the reduced distance between the gas atoms and wall surface results in a decrease in the temperature jump on the wall so it increases the gas density near the cold wall while it decreases near warm wall. Comparison between temperature, density and pressure profiles in the nanochannel height shows that regardless to the amount of spring constant variation, the maximum of these properties has occurred at σ⁄2 from the walls.
    Keywords: Heat Transfer, rarefied gas, wall spring constant
  • قاسم حیدری نژاد، رضا ربانی، ابراهیم شیرانی
    در این مقاله انتقال گرما در گاز آرگون بین دو دیوار ساکن از کانال با ابعاد نانو، با استفاده از روش دینامیک مولکولی بررسی شده است. مقایسه بین دقت حل دو بعدی و سه بعدی نشان می دهد که برای مدل کردن اثر نیروی دیواره بر انتقال گرما، دقت حل دینامیک مولکولی دوبعدی کافی نیست. حل دوبعدی مقدار چگالی و دما در نزدیکی دیوارها را کمتر از مقادیر مربوط به حل سه بعدی پیش بینی می کند. در نظر گرفتن اثر ابعاد میدان بر دقت نتایج حل گرمایی نشان داد که ابعاد کانال در راستاهای تناوبی را باید حداقل به اندازه ی فاصله پویش آزاد مولکولی گاز در نظر گرفت تا نتایج مستقل از ابعاد میدان گردد. توزیع خواص سیال در عرض کانال نشان می دهد که مستقل از اختلاف دمای اعمال شده، وجود نیروی دیواره پروفیل دما و چگالی در گاز را تا فاصله ای حدود یک نانومتر از سطح دیوار به شدت تغییر می دهد. علاوه بر تغییرات چگالی ناشی از وجود نیروی دیوار در این ناحیه، اختلاف دما بین دیوارها نیز باعث تغییر در توزیع چگالی در مجاورت دیوار می شود. افزایش اختلاف دمای دو دیوار به بیشتر از 20 درجه کلوین، تغییر چگالی قابل توجهی به مقدار بیشتر از 5 درصد را نسبت به توزیع چگالی گاز در حالت دیوار همدما بوجود می آورد. تغییرات چگالی به وجود آمده در اثر اختلاف دما در مجاورت دیوار، منجر به عدم تطابق پروفیل توزیع دمای بی بعد و ضریب انتقال حرارت هدایتی محاسبه شده در گاز برای اختلاف دماهای مختلف می شود.
    کلید واژگان: اثرات سطح, گاز رقیق, پروفیل دما
    Ghassem Heidarinejad, Reza Rabani, Ebrahim Shirani
    In this paper heat transfer through argon gas between two stationary walls of a nano sized channel, is investigated by the use of molecular dynamic method. Comparison between two and three-dimensional solutions shows that for accurate modeling of wall force filed on heat transfer, the accuracy of two-dimensional molecular dynamic solution is inadequate. Two-dimensional solution predicts the value for density and temperature less than the value of three-dimensional solution near each wall. Considering the effect of domain size on accuracy of thermal solution shows that domain size should be extended at least for one mean free path in periodic direction to have domain independent results. Distribution of fluid properties in the width of the channel shows that independent of implemented temperature difference, presence of the wall force field changes the temperature and density profile in one nanometer from each wall drastically. In addition to variation in density due to the wall force filed, temperature difference between the walls cause additional variation in density profile near walls. Increasing the temperature difference between the walls to value more than 20 degree, make a notable density variation to more than 5 percent in comparison with gas density distribution in isothermal walls case. Variation in density near walls due to temperature differences leads to mismatch between the non-dimensional temperature profiles and calculated thermal conductivity coefficient of the gas for various temperature differences.
    Keywords: Surface effect, rarefied gas, temperature profile
  • محمود چرمیان، احمدرضا عظیمیان *، ابراهیم شیرانی، فتحی علوی
    در این مقاله، نتایج حاصل از اندازه گیری آزمایشگاهی کمیت های متوسط و نوسانی جریان برخورد جت آشفته مستطیلی به یک دیواره ثابت توسط روش سرعت سنجی لیزری داپلر گزارش شده است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی و مقایسه جریان در اعداد رینولدز مختلف و همچنین تعیین تاثیر دو خطای تاثیرگذار آزمایشگاهی یعنی تعداد داده های جمع آوری شده و زمان اقامت ذرات درون حجم اندازه گیری بر سرعت متوسط محاسبه شده است. فاصله نازل تا دیواره، 10 برابر عرض نازل در نظر گرفته شده و آزمایش ها برای سه عدد رینولدز 3000، 6000 و 9000 تکرار شده است. نتایج نشان می دهد که تنها رابطه بیان شده برای پیش بینی تعداد داده های مورد نیاز برای اطمینان از استقلال متغیرهای متوسط جریان از تعداد داده های جمع آوری شده کامل نیست و بسته به شدت آشفتگی جریان می تواند کاملا ناکارآمد باشد. همچنین از زمان اقامت وزنی برای محاسبه سرعت های متوسط استفاده شده و با نتایج حاصل از روش سرعت سنجی تصویری ذرات مقایسه شده است. نتایج حاکی از تطابق خوب نتایج روش سرعت سنجی لیزری داپلر و سرعت سنجی تصویری ذرات با لحاظ کردن اثر زمان اقامت در معادلات برای جریان برخورد جت آشفته به دیواره است. در نهایت، سرعت های متوسط و تنش های رینولدز برای مقاطع مختلف جریان و در اعداد رینولدز متفاوت گزارش شده است. نتایج نشان می دهد که رفتار و مقدار سرعت های بی بعد متوسط برای اعداد رینولدز مختلف در اکثر مقاطع مشابه است حال آن که تنش های اغتشاشی بی بعد دارای مقادیر متفاوت در اعداد رینولدز مختلف است.
    کلید واژگان: سرعت سنجی لیزری داپلر, سرعت سنجی توسط تصویربرداری از حرکت ذرات, برخورد جت آشفته به دیواره, زمان اقامت, جمع آوری داده
    Mahmood Charmiyan, Ahmad Reza Azimian*, Ebrahim Shirani, Fathi Aloui
    In this paper, the results obtained from experimental measurements of average and turbulence quantities of a turbulent rectangular impinging jet hitting a fixed wall is reported using the laser doppler anemometry (LDA) method. The nozzle to plate distance is 10 times the nozzle width, and the tests are repeated for three different Reynolds numbers, namely Re=3000, 6000 and 9000. The aim of the current research was to investigate and comparise of flow in different Re and also to determine the two effective experimental errors on average velocities, namely data sampling and residence time in measurement volume. The results reveal that the previous stated correlation for prediction of the number of data required for ensuring independence of the average flow variables on the number of the sampled data is not sufficient by itself, and depending on the turbulence intensity of the flow, this correlation could become ineffective. Further, in the present study, the residence time is used for calculation of average velocities, and the results are compared with those obtained by particle image velocimetry (PIV) method. The comparison shows good agreement between the results from LDA and PIV when considering effect of residence time within the avaraging equations in the former method. The results show that the behavior and quantity of the dimensionless average velocities for various Reynolds numbers are identical at most cross sections of the flow domain while the dimensionless turbulent stresses have different quantities at different values of the Reynolds number.
    Keywords: Laser Doppler anemometry (LDA), Particle Image Velocimetry (PIV), Turbulent Impinging Jet, Residence Time, Data Sampling
  • مینا علاف زاده، ابراهیم شیرانی *، عفت یاحقی، ناصر فتورایی
    تغییرات تنش برشی در میکرورگ ها، با توجه به آسیب رساندن به لایه اندوتلیال، تغییر در نفوذ و رسوب جرم در داخل میکرو رگ ها می تواند به عنوان عامل تشکیل پلاک های چربی و فاکتور مهم در ایجاد بیماری های قلبی محسوب شود. با توجه به اهمیت موضوع، هدف از این مقاله، بررسی پارامترهای موثر بر تنش برشی وارد بر دیواره میکرورگ می باشد. در مقاله حاضر، از روش ترکیبی روش شبکه بولتزمن-مرز غوطه ور، جهت شبیه سازی حرکت گلبول قرمز در داخل جریان پلاسما استفاده شده است. لازم به ذکر است که گلبول قرمز تاثیر بسزایی بر تغییرات تنش برشی دارد و در این راستا نتایج حاصل، حاکی از تاثیر شگرف رفتار رئولوژیک خون بر تغییرات تنش برشی است. همچنین نتایج به دست آمده نشان دهنده تاثیر درصد گرفتگی و محل قرار گیری گلبول قرمز در نواحی مختلف گرفتگی بر تنش برشی و در نتیجه احتمال بروز بیماری های قلبی، عروقی می باشد. لازم به ذکر است که نتایج حاصل با نتایج عددی موجود برای میکرو رگ ها، ارزیابی شده و نتایج، حاکی از توانایی روش شبکه بولتزمن در شبیه سازی مسائل پیچیده به خصوص مدلسازی جسم جامد انعطاف پذیرمعلق در سیال است.
    کلید واژگان: تنش برشی, روش شبکه بولتزمن, مرز غوطه ور, مدول الاستیسیته, مقاومت خمشی
    Mina Alafzadeh, Ebrahim Shirani*, Effat Yahaghi, Nasser Fatouraee
    The variation of wall shear stress (WSS) in the microvessels may damage the endothelial layers. It also changes the mass diffusion and sediment and may be considered as an important factor in the formation of the fatty plaques and causing heart disease. According to the importance of the issue, the aim of this paper is to study the effective parameters on the wall shear stress in microvessels. In this paper, the hybrid method, combined lattice Boltzmann and immersed boundary methods is used to simulate the red blood cell (RBC) motion in the plasma flow. It should be mentioned that red blood cell has significant effect on WSS, in this regard; the present results show that the blood rheological behavior has the important effect on WSS. The results also demonstrate the effect of stenosis severity and RBC location in different regions on wall shear stress and consequently causing heart, coronary disease. It should be noted that the presented results have been evaluated by previous numerical results for microvessels and the results show the ability of lattice Boltzmann method to simulate complex problems especially for modeling the deformable solid objects suspended in the fluid.
    Keywords: Shear stress, lattice Boltzmann method, immersed boundary, elastic module, bending resistance
  • Mostafa Monfared, Ebrahim Shirani, Fethi Aloui, Mohammad Reza Salimpour
    In the present study, the hydrodynamic behaviours of the Couette Taylor flow in different flow regimes were investigated, experimentally and numerically.In this research, the effects of Taylor number on wavelength of the flow, which are two important hydrodynamic charactristics of the Couette Taylor flow, are investigated both experimentally and numerically in order to study the stability of the flow and formation of vortices. In addition, the velocity and pressure variation of the the flow between two cylinders were considered and compared for different Taylor numbers to understand the behaviuor of the flow.
    Keywords: Couette, Taylor flow, wavelength, Taylor number, stability
  • Mahmud Charmiyan, Ahmadreza Azimian, Laurent Keirsbulck, Ebrahim Shirani, Fethi Aloui
    A 3D numerical simulation using large eddy simulation (LES) method is performed for a submerged turbulent water slot jet impinging normally on a flat plate with a nozzle-to-plate distance of 10 jet width and a Reynolds number of 16000 and the results are compared with the existing experimental data. The numerical platform is an open source CFD code based on the field operation and manipulation C class library for continuum mechanics (OpenFOAM) and is used to simulate the flow and represent the mean and instantaneous flow field characteristics. Also, simulations are performed with two different subgrid-scale (SGS) models, one-equation based subgrid-scale model and localized dynamic smagorinsky model. Evaluating the different subgrid-scale (SGS) models, a priori and a posteriori test is done. Comparison between results obtained using the SGS models and experimental data shows that the simulation results using localized dynamic Smagorinsky model are more compatible with the experimental data compared with those that obtained from the kinetic energy one-equation model especially in regions close to the impingement wall and in free jet region.
    Keywords: Impinging jet, Large eddy simulation, Turbulence modeling, Hybrid LES, RANS, Turbulent plane jet
  • اعظم ترابی، مینا علاف زاده، ابراهیم شیرانی، مهدی نیلی احمد آبادی
    هدف از این مقاله بررسی انتقال جرم لیپوپروتئین های کم چگال پلاسما در دیواره رگ با استفاده از روش شبکه بولتزمن می باشد. بزرگ بودن عدد اشمیت ذرات چربی، منجر به واگرایی حل در روش شبکه بولتزمن می شود. به منظور رفع این مشکل، شبکه بولتزمن با روش حجم محدود ترکیب شده است. در این روش ترکیبی، میدان سرعت جریان خون توسط روش شبکه بولتزمن با مدل زمان آرامش منفرد و معادله غلظت لیپیدها با استفاده از حل عددی معادله دیفرانسیلی انتقال جرم بهروش حجم محدود حل می شود. در روش شبکه بولتزمن برای حل مسئله انتقال جرم با عدد اشمیت در محدوده 3000-10، باید زمان آرامش چندگانه به کارگرفته شود که این خود زمان محاسبات را افزایش می دهد. برای اعداد اشمیت بزرگ تر از 3000 مدل زمان آرامش چندگانه نیز دیگر پاسخگو نیست و همگرایی حاصل نمی شود. ااین مقاله نشان می دهد روش ترکیبی اشاره شده توانایی حل مسئله انتقال جرم تا عدد اشمیت107 را دارد. تطبیق مناسب بین شبیه سازی انجام شده به روش ترکیبی با نتایج محققان قبلی و کاهش قابل توجه زمان حل مسئله نسبت به روش شبکه بولتزمن بیانگر عملکرد خوب روش ترکیبی در حل مسائل جریان و انتقال جرم با عدد اشمیت بالا می باشد. بالاخره روش ترکیبی ارائه شده برای شبیه سازی انتقال جرم ذرات الدی ال به کار گرفته می شود و پارامترهای موثربرافزایش غلظت سطحی،از جمله اندازه ذرات،سرعت مکشی روی جداره،تنش برشی دیواره،نوع سیال ازنظر رفتارنیوتنی و غیرنیوتنی و تغییرضخامت لایه مرزی غلظت باتغییر عدد اشمیت بررسی می شود.
    کلید واژگان: روش شبکه بولتزمن, روش ترکیبی, ال دی ال, عدد اشمیت
    Azam Torabi, Mina Alafzadeh, Ebrahim Shirani, Mahdi Nili Ahmadabadi
    The purpose of this paper is to investigate theLow-Density Lipoproteins (LDL) mass transfer in vessel walls using the Lattice Boltzmann Method (LBM). High Schmidt number of LDL leads to numerical instability of LBM.In order to solve this problem, LBM and finite volume method (FVM) are combined.In this hybrid method, the blood velocity field is solved by LBM using the single relaxation time, SRT, model and FVM has been used for LDL concentration equation. LBM is able to simulate flow and mass transfer for the Schmidt number, Sc, up to 3000 only if the time consuming multi relaxation time is used. However, the purposed hybrid method suggested in this article can be used to solve the problem for Sc as high as 107. Good agreement between our results obtained from the hybrid simulation and the available results in the literature and noticeable decrease in CPU time compared with when the LBM is used for both flow and mass transfer, indicates the ability of the hybrid method.Finally, the hybrid methodis used to simulate the mass transfer of LDL particles and investigate the effective factors for increasing the surface concentration, such as the size of LDL particles, wall suction velocity, wall shear stress, Newtonian and non-Newtonian fluids behavior and change of concentration boundary layer with various Schmidt number.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Hybrid Method, LDL, Schmidt number
  • Arman Hamedi, Mehdi Shamshiri, Mahmud Charmiyan, . Ebrahim Shirani
    Electroosmosis is the predominant mechanism for flow generation in lab-on-chip devices. Since most biofluids encountered in these devices reveal non-Newtonian behavior, a special understanding of the fundamental physics of the relevant transport phenomena seems vital for an accurate design of such miniaturized devices. In this study, a numerical analysis is presented to explore transport characteristics of typical non-Newtonian biofluids through annular microchannels under combined action of pressure and electrokinetic forces. The flow is considered steady and hydrodynamically fully developed. A finite difference method is used to solve the Poisson-Boltzmann and Cauchy momentum equations, while the classical boundary condition of no velocity-slip for the flow field is applied. The Poisson-Boltzmann equation is solved in the exact form without using the Debye-Hückel approximation. After numerically solving the governing equations, role of the key parameters in hydrodynamic behavior of the flow is analyzed and discussed.
    Keywords: Annular microchannel, Non, Newtonian Biofluid flow, Electrokinetic, rheological behaviors, Numerical investigation
  • محمد شومال، مهدی نیلی احمد آبادی، ابراهیم شیرانی
    کار حاضر روش طراحی معکوس گلوله-اسپاین بر روی مجرای خم 90 درجه بین دیفیوزر شعاعی و دیفیوزر محوری یک کمپرسور گریز از مرکز، در شرایطی که جریان ورودی به مجرای خم دارای چرخش می باشد، توسعه یافته است. فرآیند اصلاح هندسه با ترکیب الگوریتم طراحی معکوس و تحلیل عددی شبه سه بعدی به عنوان حلگر جریان انجام شده است. بدین منظور از نرم افزار انسیس سی اف ایکس به عنوان حلگر شبه سه بعدی استفاده و الگوریتم طراحی معکوس توسط برنامه نویسی در این نرم افزار اعمال شده است. جهت مشاهده اثر لزجت جریان بر نرخ همگرایی فرایند اصلاح شکل، تحلیل جریان به دو صورت لزج و غیرلزج انجام شده و در هر حالت تحلیل جریان، طراحی معکوس مجرای خم 90 درجه صورت گرفته است.همچنین اثر سرعت چرخشی بر فرآیند اصلاح هندسه با در نظر گرفتن فشار افزایش یافته به عنوان پارامتر هدف بررسی شده است. قابلیت روش گلوله-اسپاین با انتخاب هندسه های متفاوت به عنوان حدس اولیه بررسی گردیدهاست. در پایان به منظور کاهش تلفات در مجرای خم 90 درجه، طراحی آیرودینامیکی مجرای خم با روش گلوله-اسپاین انجام شدهاست. اصلاح هندسه با بهبود توزیع فشار دیواره های هندسه موجود و اعمال آن به الگوریتم طراحی معکوس صورت پذیرفتهاست. نتایج بدست آمده بیانگر سرعت همگرایی بالا و پایداری مطلوب روش گلوله-اسپاین در طراحی مجاری با وجود جریان چرخشی لزج می باشد. بگونه ای که ضریب بازیابی فشار مجرای خم 90 درجه 4 درصد افزایش یافته است.
    کلید واژگان: طراحی معکوس, خم 90 درجه, کمپرسور گریز از مرکز, الگوریتم گلوله, اسپاین, جریان لزج چرخشی
    Mohammad Shumal, Mahdi Nili Ahmadabadi, Ebrahim Shirani
    In this research an inverse design algorithm, called ball-spine algorithm (BSA) is developed on a 90-degree bend duct between the radial and axial diffuser of a centrifugal compressor with viscous swirling inflow to bend duct. The shape modification process integrates inverse design algorithm and a quasi-3D analysis code. For this purpose, Ansys CFX software, is used as flow solver and inverse design algorithm is written as a code inside it. Shape modification is accomplished for viscous and inviscid flow to check the effect of viscosity on convergence rate. Also, the effect of swirl velocity in shape modification process is investigated, by considering increased pressure as the target parameter. The algorithm reliability for swirling flow is verified by choosing different initial geometries. Finally, aerodynamic design of the bend duct with BSA is accomplished to reduce losses in 90-degree bend. Shape modification process is carried out by improving the current wall pressure distribution and applying it to the inverse design algorithm. Results show that convergence rate and stability of BSA are favorable for designing ducts with swirling viscous flow. So that, the pressure recovery coefficient of the 90-degree bend duct is 4%increased.
    Keywords: Inverse design, 90, degree bend, Centrifugal compressor, Ball, Spine algorithm, Swirling viscous flow
  • مینا علاف زاده، ابراهیم شیرانی*، عفت یاحقی، مهدی رحمانی، ناصر فتورایی
    بروز بیماری های مغز و اعصاب مانند سرطان، باعث آسیب به سد خونی مغز و در نتیجه نفوذپذیری بیشتر بافت می شود. به صورت کلی، در صورت وجود آسیب در بافت مغز، ماده کنتراست مورد استفاده در تصویربرداری تشدید مغناطیسی به فضای خارج مویرگی نفوذ کرده و روشنایی تصویر در تصویربرداری تشدید مغناطیسی تغییر می کند. هدف از این مقاله، بررسی پارامترهای موثر بر نفوذ ماده کنتراست در مویرگ مغز است. در مطالعه حاضر، از روش شبکه بولتزمن با زمان آسودگی چندگانه، جهت شبیه سازی جریان در داخل و محیط متخلخل اطراف مویرگ استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که میزان تخلخل محیط اطراف مویرگ (که نشان دهنده میزان آسیب پذیری بافت است)، نوع ماده کنتراست و انحنای مویرگ تاثیر زیادی بر نفوذ ماده کنتراست در بافت دارند. همچنین نتایج حاصل نشان دهنده تاثیر انحنای مویرگ بر تنش برشی و در نتیجه انتقال جرم در مویرگ است. لازم به ذکر است که نتایج حاصل با نتایج آماری و تحلیلی موجود برای جریان داخل مویرگ آسیب دیده مغز با نفوذپذیری متفاوت ارزیابی شده است. با این قیاس، کارایی روش شبکه بولتزمن در شبیه سازی مسائل پیچیده به خصوص در محیط متخلخل مشخص شده است.
    کلید واژگان: نفوذپذیری, ماده کنتراست, سد خونی مغز, تنش برشی
    Mina Alafzadeh, Ebrahim Shirani*, Effat Yahaghi, Mehdi Rahmani, Nasser Fatouraee
    Neurological diseases such as cancer damage blood brain barrier and consequently cause more permeability in tissues. Generally, if there is damage to the brain tissues the contrast agent used in MRI diffuses outside the capillaries and the MRI picture brightness changes. The purpose of this paper is to show the effects of different parameters on the contrast agent diffusion in the brain capillary. In this study, the lattice Boltzmann method with multi-relaxation time (MRT) is used to simulate the flow in the capillary and porous media around it. The results show that the porosity in extravascular tissues (it shows the tissue damage), the kind of contrast agent and capillaries curvature have an impact on the contrast agent diffusion in the tissues. The presented results show the effects of curvature on shear stress and thus on mass transfer in the capillary. It should be noted that the presented results have been evaluated by previous statistical and analytical results for flow in the damaged brain capillary with different permeability. It has been shown that the lattice Boltzmann method is able to simulate the complex problems, especially in porous media.
    Keywords: Permeability, contrast agent, blood brain barrier, shear stress
  • Mohsen Saghafian, Ramezan Rajabi, Idin Saberian, Ebrahim Shirani
    In this study, slip-flow heat transfer in a laminar, steady state, two-dimensional incompressible flow between parallel plates micro-channel is investigated numerically. A new method based on perturbation expansion for modeling of slip micro-flows is presented. Navier-stokes equations are developed by using perturbation expansions of velocity, pressure and temperature fields. Different orders of equations depending on the magnitude of Knudsen number are obtained and each set of the equations are solved. The computations are performed for micro-channels with Constant Wall Heat Flux (CWHF) and Constant Wall Temperature (CWT) boundary conditions to obtain heat transfer characteristics of gaseous flow in slip regime. The effects of compressibility and viscous dissipation are neglected in this study. The numerical methodology is based on Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations (SIMPLE) method. The effects of Knudsen number and thermal creep flow on Nusselt number are numerically investigated.This study confirms that the perturbation method with different orders of Knudsen number can predict the velocity and temperature fields with good accuracy. The obtained solutions are compared with both available numerical and analytical results and good agreement is obtained.
  • Ebrahim M. Kolahdouz, Kazem Mohammadzadeh, Ebrahim Shirani, Saeed Zeiaei, Rad
    The effects of driving voltage waveform and frequencies on the performance of piezoelectrically actuated micropump are investigated in details. A full three-dimensional piezoelectric micropump was modeled numerically and tri electro-mechanical-fluidic coupling effects have been taken into account on its interface boundaries. Standard excitation waveforms including sinusoidal, triangle, sawtooth and square shapes were implemented and the results were compared with each other. The real time pump flow behavior was studied in each case for different membrane positions. The analysis predicts that the more sharp jump in the wave form, the more pump flow can be attained at the outlet. Square shape excitation with the sharpest instantaneous slope has the most notable overall flow rate compared to the other types in the examined range of frequencies. The behavior can be explained by considering the generated vortices in the flow. Due to sudden jump in membrane position, the flow forms strong vortices which magnify the diodicty of valves.
    Keywords: micropump, nozzle, diffuser, waveform, vorticity, frequency Abbreviations
  • Ahmad Reza Rahmati, M. Ashrafizaadeh, Ebrahim Shirani
    In the present work, for the first time, the application of a Multi-Relaxation-Time Lattice Boltzmann (MRT-LB) model for large-eddy simulation (LES) of turbulent thermally driven flows on non-uniform grids is considered. A Taylor series expansion and Least square based Lattice Boltzamnn method (TLLBM) has been implemented in order to use a nonuniform mesh. It permits to reduce the required mesh size and consequently the computational cost to simulate the turbulent buoyant flow fields. The implementation is discussed in the context of a MRT-LB model in conjunction with both Smagorinsky and mixed scale viscosity sub-grid models. At first, to validate the code, a multi-relaxation–time lattice Boltmann method on non-uniform grid is utilized to simulate a lid-driven cavity flow. Then large eddy simulation of this model is applied to simulate a turbulent Rayleigh-Bénard convection at different Rayleigh numbers in ranging 104 to 1015 for Prantdl number of 0.71. The simulation results show that lattice Boltzmann method is capable to simulate turbulent convection flow problems at high Rayleigh numbers.
  • کاظم محمدزاده، محمد ابراهیم کلاهدوز، ابراهیم شیرانی، محمدبهشاد شفیعی
    در این مطالعه، اثر تعداد طبقات بر روی عملکرد میکروشیر تسلا بررسی شده است. بدین منظور، چیدمان های مختلف شامل میکروشیرهای یک تا چهار طبقه به صورت عددی بررسی شدند. از یکسوکنندگی به عنوان معیار اصلی جهت ارزیابی عملکرد شیرها استفاده شد. از محاسبات دوبعدی و حالت پایای جریان سیال استفاده شد که وابستگی شدید یکسوکنندگی به عدد رینولدز و افت فشار را آشکار ساخت. نتایج نشان داد که در شرایط جریان یکسان میانگین یکسوکنندگی میکروشیر دوطبقه تقریبا 32/1 برابر حالت تک طبقه است. طبقات بیشتر پیچیدگی را افزایش می دهند و یکسوکنندگی را به میزان قابل ملاحظه ای تغییر نمی دهند. اینگونه نتیجه گرفته شد که حالت دوطبقه از شیر تسلا در بین چیدمان های مورد بررسی بهترین گزینه است. چیدمان دو طبقه از این شیر در میکروپمپ بدون دریچه ضمن فشردگی، قابلیت سازگاری در کاربردهای مختلف را دارد. همچنین، عملکرد میکروشیر دوطبقه در سه اندازه متفاوت با یک نمونه میکروشیر نازل-دیفیوزری مقایسه شد. مقایسه ها که براساس محاسبه مقدار یکسوکنندگی در گستره قابل کاربردی ای از عدد رینولدز انجام شد، نشان داد که یکسوکنندگی بر حسب عدد رینولدز مستقل از اندازه شیر است. هم چنین برتری شیر تسلا در اعداد رینولدز بالاتر و ضعف این نوع شیر در اعداد رینولدز پایین تر نشان داده شد.
    کلید واژگان: میکروپمپ, میکروشیر فاقد اجزای متحرک, یکسوکنندگی
    Kazem Mohammadzadeh, Ebrahim M. Kolahdouz, Ebrahim Shirani
    In this study، the effect of number of stages on Tesla microvalve performance has been studied. To do this، different layouts including one to four-stage microvalves are investigated numerically. The main criterion is used for evaluation of valves performance is diodicity. Two-dimensional and steady state computations of the fluid flow have been utilized that reveal a strong dependence of diodicity on Reynolds number and the pressure drop. The results showed that for the same flow condition، the diodicity average of the two-stage microvalve is approximately 1. 32 times of that of one-stage. Additional stages increase the complexity and they do not change the diodicity considerably. It is concluded that two-stage layout of Tesla type valve is the best option between the studied layouts. A two-stage layout of this valve in valveless micropump besides being compact، has the adaptability of the various functions. Also، the two-stage valve performance in three different sizes is compared with nozzle - diffuser type valve. Comparisons which are performed based on calculation of diodicity for applicable range of Reynolds numbers show that the diodicity is function of Reynolds number and is independent of the valve size. Also، the superiority of the Tesla type valve for higher Reynolds number and its weakness at lower Reynolds number are shown.
    Keywords: Micropump, No moving part microvalve, Diodicity
  • ابراهیم شیرانی
    چکیده: سیر تحول فناورانه و صنعتی و توسعه علوم و ظهور فناوری های جدید تغییرات اساسی و ژرفی را در صنعت و زندگی روزمره بشری موجب می شود. پاسخگویی به نیاز های روز و آتی صنعت توسط مهندسان مکانیک به ابزار و دانش متفاوتی از آنچه در دانشکده های مهندسی مکانیک ارائه می شود، نیاز دارد و باید همگام با تغییرات و تحولات صنعتی آموزش مهندسی مکانیک نیز متحول شود.
    در این مقاله ابتدا به تاریخچه آموزش مهندسی به طور اعم و آموزش مهندسی مکانیک پرداخته و روند تغییر و تحولات در این خصوص ارائه شده است. همچنین، لزوم تاکید بر مسائل کاربردی و «آموزش مهندسی» به جای «آموزش علوم مهندسی»، بدون اینکه بخواهیم از اهمیت آموزش های نظری و مطالب پایه ای بکاهیم، در برنامه های درسی مهندسی مکانیک اشاره شده است. توجه به «تحقیقات» در آموزش مهندسی مکانیک در ایران از جمله مواردی است که در این مقاله بر آن تاکید شده است.
    تغییرات لازم در آموزش مهندسی مکانیک در چهار زمینه «محیط آموزشی»، «فرایند مکانیکی آموزش»، «همکاری دانشگاه با صنعت» و «محتوای آموزش با توجه به ظهور فناوری های نو و نقش مهندسی مکانیک در آنها ارائه شده است؛ این فناوری ها شامل فناوری نانو، میکرو فناوری، بیومکانیک، فناوری اطلاعات و انرژی و محیط زیست است. در پایان راهکارهای برای ایجاد تحول در آموزش مهندسی مکانیک ارائه شده است.
    کلید واژگان: مهندسی مکانیک, فناوری های نوین, تاریخچه, تحقیقات
    Ebrahim Shirani
    The trend of evolution and takeover of new industries, as well as emerging new sciences and technologies, will bring deep and radical changes in industries and daily life of mankind. Responding to the today's and tomorrow's need of industries by Mechanical Engineers requires different tools and knowledge that are typically used today and parallel to the above mentioned changes, Mechanical Engineering Education needs to be changed. In this paper, a brief history of engineering education in general and mechanical engineering education in particular, will be discussed first and the trend of changes in this regard will be reviewed. The necessity of putting the emphasis on the applied problems and "engineering education" rather than "engineering sciences" is mentioned without undermining the importance of theoretical and basic subject-materials typically offered in the mechanical engineering curriculum. Paying more attention on research in mechanical engineering education in Iran is another matter which is recommended in this paper. Here, the necessary changes in the mechanical engineering curriculum are categorized in the four cases: 1) issues related to the learning environment, 2) issues related to the mechanics of the learning process, 3) issues related to the partnership with industry and other institutions and 4) issues related to the content of mechanical engineering education (especially the latter), due to the emerging novel technologies and the role of the mechanical engineers in these matters are given. Such new technologies are: micro/nano technology, biotechnology, information technology, and ecology/energy. Finally, a list of actions necessary to take in mechanical engineering education is listed.
    Keywords: mechanical engineering, new technologies, history, research, novel methods
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال