response surface method
در نشریات گروه فنی و مهندسی-
کامپوزیت های زمینه ی پلیمری دسته ای پرکاربرد از کامپوزیت ها هستند که خصوصیات زمینه ی آن ها ویسکوالاستیک است و وابستگی زیادی به دما دارد. یکی از مهمترین مراحل ساخت کامپوزیت های زمینه پلیمری، فرایند سفت شدن است که سبب ایجاد شبکه پیوندهای عرضی می گردد. این فرایند می تواند منجر به افزایش دمای انتقال شیشه ای و بهبود خصوصیات مکانیکی گردد. زمینه از جنس اپوکسی، دارای خصوصیات مطلوبی مانند مقاومت حرارتی خوب، استحکام کششی بالا و مقاومت شیمیایی بسیار خوب است؛ اما از طرفی دیگر دارای معایبی است که مهمترین آن ها ، ترد و شکننده بودن پس از پخت و مقاومت نامناسب در برابر ضربه است. به منظور رفع این مشکل، از پلی اورتان که یک پلیمر الاستیک است به عنوان اصلاح کننده برای بهبود خواص مکانیکی به ویژه سخت شدن اپوکسی استفاده می شود. کامپوزیت های اپوکسی/پلی اورتان، در مقایسه با ماتریس اپوکسی خالص، دارای خواص مکانیکی و عملکرد ترمودینامیکی بهتری هستند. بهینه سازی فرایند ساخت، برای کارآمد نمودن و بهبود خصوصیات کامپوزیت های با ماتریس اپوکسی با درصد کم اصلاح کننده و خواص مناسب، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله، به بهینه سازی چندهدفه پارامترهای ساخت در رزین های اپوکسی مورد استفاده در زمینه ماتریس ها پرداخته شده است. طراحی آزمایش و بهینه سازی به روش RSM/ccd انجام گرفته است. اثر سه پارامتر دما، زمان و درصد وزنی پلی اورتان بر روی استحکام تسلیم و مدول یانگ کامپوزیت اپوکسی/پلی اورتان بررسی شده است و با توجه به این روش بهینه ترین حالت برای بیشینه نمودن پاسخ ها انتخاب گردید.کلید واژگان: کامپوزیت اپوکسی، پلی اورتان، عوامل فرایند ساخت، روش سطح پاسخ، بهینه سازی، طراحی آزمایشPolymer matrix composites are a widely used category of composites whose properties are viscoelastic and highly dependent on temperature. One of the most important steps in the construction of polymer matrix composites is the curing process, which causes the creation of a network of transverse bonds. This process can increase the glass transition temperature and improve the mechanical properties. Epoxy, as a matrix, has desirable properties such as good thermal resistance, high tensile strength, and very good chemical resistance. However, epoxy has disadvantages, the most important of which are its brittleness after curing and inadequate impact resistance. In order to solve this problem, polyurethane, which is an elastic polymer, is used as a modifier to improve the mechanical properties, especially the hardening of epoxy. Compared to pure epoxy matrix, epoxy/polyurethane composites have better mechanical properties and thermodynamic performance. To achieve the best result for composites with epoxy matrix with low percentage of modifier and suitable natural properties, optimization of the manufacturing process is the essential factor that should be considered. In this article, the multi-objective optimization of manufacturing parameters in epoxy resins used in the manufacturing has been carried out. Experiments and optimization have been done by RSM/CCD method. The effect of three parameters of temperature, time and weight percentage of polyurethane on the yield strength and Young's modulus of epoxy/polyurethane composite has been investigated and according to this method, the most optimal values were selected for the maximizing of responses.Keywords: Epoxy, Polyurethane Composite, Manufacturing Process Factors, Response Surface Method, Optimization, Design Of Experiment
-
Friction stir welding (FSW) is a solid-state welding technique that exhibits a lower residual stress compared to fusion welding. This study focuses on FE modeling of the process for homogeneous aluminum alloy 6061, presenting uncoupled thermal and mechanical analyses. The thermal analysis utilized a DFLUX subroutine, providing a reasonable temperature distribution that was validated experimentally through temperature measurement by mean of thermocouples. The computed temperature field was then incorporated into the mechanical analysis. To evaluate the impact of welding parameters including advancing speed and rotational speed on maximum welding temperature and residual stresses, an experimental design using the response surface method via Minitab Statistical Software 22 was employed. Results indicate that at a constant rotational speed, temperature and residual stress decrease at a constant advancing speed temperature by increasing the advancing speed while residual stress increases by increasing rotational speed.Keywords: Friction Stir Welding, Residual Stress, Numerical Modeling, Response Surface Method, Similar Joint
-
The goal of this research is to redesign the three-dimensional geometry of a micro horizontal-axis wind turbine blade using response surface methodology. The variation of the two influential design parameters, chord length and twist angle, along the blade is geometrically modelled using a fourth- and second- degree polynomial, respectively. Therefore, the optimization process is performed basing on eight input parameters that describe the initial blade design. The performance of the initial and the new optimized wind turbine are compared using CFD and BEM approaches. To well study fluid flow through the wind turbine and assess its performance, the CFD analysis step is carried out using the RANS equations with the k-ω SST turbulence model. Concerning the optimization step, The MOGA (Multi-Objective-Genetic Algorithm) method is employed in an automated manner based on a metamodel with non-parametric regression NPR to identify the best candidate with high efficiency. The performance of turbine rotor types is analyzed using the open source Qblade software and compared with CFD methodology for different TSR (Tip Speed Ratio) values. An increase of 14.65% and 17.17% in power coefficient is marked for CFD and Qblade, respectively, at the design TSR of 3. Compared to the initial blade, the optimal one produces more lift, has a lower separation area, and performs significantly better performance at all TSR values. The detailed representation of 3D flow via pressure distribution and limiting streamlines on both blade surfaces confirm the optimization target which leads to reduce separation zones and improve rotor torque. Additionally, a 37% improvement in starting operability at the lowest wind speed is achieved compared to the initial rotor.Keywords: CFD, MOGA, RANS, Response Surface Method, Qblade, Optimization
-
High concentrations of nitrates in water can have several effects on human and aquatic health, therefore, control levels of nitrates are essential. In this work, the adsorption of nitrate on beads of chitosan and zeolite composites was investigated. According to Transmission Electron Microscopy results, the employed zeolite has clinoptilolite and calcite with 50-870 nm particle size. The association between chitosan and zeolite was also verified by chemical and morphological characterizations. Results showed chitosan/acid-modified natural zeolite composite beads (Ch/AMZ) exhibited higher nitrate adsorption than other ones. The nitrate adsorption on Ch/AMZ as a function of pH, contact time, and bead concentration was optimized by a response surface method using batch experiments. According to the results, at the computed optimum operating conditions the maximum nitrate removal efficiency, 98.2% with Ch/AMZ, and adsorption capacity, 22.48 mg g−1 were obtained. The presented nitrate removal technique with the proposed eco-friendly adsorbent can be considered a critical approach for removing nitrate from drinking water and possibly using it on an industrial scale as a green and economical method for water and wastewater treatment.Keywords: Adsorption, Chitosan, Nitrate, Response Surface Method, Sabzevar Zeolite
-
هدف
سیستم دو فازی آبی به عنوان یک روش استخراج مایع-مایع به دلیل پتانسیل زیادی برای بازیابی و خالص سازی بسیاری از مواد بیولوژیکی مانند پروتئین ها، آنزیم ها و اسیدهای نوکلئیک مورد توجه قرار گرفته است. مایعات یونی، گروهی از نمک های آلی هستند که کاملا از یون تشکیل شده اند و می توانند به عنوان یک حلال مناسب برای یک هدف خاص به ویژه فرآیندهای جداسازی پیشنهاد شوند. در بین مایعات یونی مختلف، مشتقات آلکیل سولفات دارای مزایای بسیار خوبی مانند سنتز آسان به روش بدون هالید با ویسکوزیته نسبتا کم و با هزینه مناسب هستند که به عنوان یک مایع یونی مطمئن در سیستم های دو فاز آبی در نظر گرفته می شوند. در این مطالعه، جداسازی آنزیم پروتئاز با استفاده از سامانه دو فازی آبی مایع یونی 1-اتیل،3-متیل ایمیدازولیوم اتیل سولفات و نمک سدیم کربنات مورد ارزیابی قرار گرفت. اثر پارامترهایی چون غلظت اولیه آنزیم، غلظت اولیه مایع یونی و غلظت اولیه نمک بر میزان خالص سازی پروتئاز بررسی شد.
مواد و روشطراحی آزمایش باکس-بنکن به عنوان یکی از روش های سطح-پاسخ بمنظور به حداقل رساندن تعداد آزمایشات و بهینه سازی فرآیند مورد استفاده قرار گرفت.
نتایجشرایط بهینه برای نسبت آنزیم به مایع یونی برابر 210/0 و نسبت آنزیم به نمک برابر 381/0 بدست آمد که در این شرایط، غلظت آنزیم در فاز بالا (فاز غنی از مایع یونی) و راندمان جداسازی به ترتیب 4 میلی گرم بر لیتر و 94 درصد بدست آمدند.
نتیجه گیرینتایج نشان داد که پروتئین تمایل به استخراج در فاز بالا دارد، و غلظت پروتئین در فاز پایین (فاز غنی از نمک) قابل چشم پوشی بوده است. بعلاوه نتایج آزمایشگاهی تطابق مطلوبی با معادله حالت پیشنهادی NRTL-NRF به عنوان یک معادله با دامنه همبستگی کوتاه داشتند.
کلید واژگان: آنزیم پروتئاز، روش سطح-پاسخ، سامانه دو فازی آبی، مایع یونی، مدل سازی ترمودینامیکیObjectiveThe aqueous two-phase system (ATPS) as a liquid-liquid fractionation technique has gained an interest because of great potential for recovery and purification of many biological materials such as proteins, enzymes, and nucleic acids. Ionic liquids (ILs), are a group of organic salts comprising entirely of ions and can be suggested as a suitable solvent for a specific purpose, especially separation processes. Among the various ILs, the alkyl-sulfate derivatives have the great advantages such as synthesizing easily in a halide-free way at a reasonable cost with relatively low viscosity and considering as a promising IL in ATPSs. In the present study, the partitioning of protease using the ATPS [1-Ethyl-3-Methyl-Imidazolium][EthylSulfate]([emim][eSO4])/Na2CO3 was evaluated. The effect of parameters, such as the initial concentration of enzyme (protease), concentration of ionic liquid (IL) ([emim][eSO4]) and concentration of salt (sodium carbonate) on the purification of protease was investigated.
Materials and MethodsThe design experiment of BOX-Behnken as a method of the response surface methodology (RSM) was applied to minimize the number of runs and the process optimization.
ResultsThe optimum conditions were enzyme/IL of 0.210 and enzyme/salt of 0.381 and concentration of enzyme in the top phase (IL rich phase) and separation yield were obtained, 4 ppm and 94%, respectively.
ConclusionsThe results showed that the protein tends to be extracted in a top phase, hence the protein concentration in the bottom phase (salt rich phase) was negligible. Furthermore, the experimental results are correlated successfully using non-random two liquid non-random factor (NRTL-NRF) equation as a short-range contribution.
Keywords: Aqueous Two Phase System, Ionic Liquid, Response Surface Method, Thermodynamic Modeling, Protease -
تخمین آسیب کاویتاسیون بر روی سرریزهای نیلوفری به دلیل عدم قطعیت های موثر بر ایجاد خلازایی مانند سرعت بالا و فشار منفی جریان دارای اهمیت زیادی می باشد. در این تحقیق ارزیابی قابلیت اطمینان آسیب کاویتاسیون بر روی نقاط مختلف سرریز نیلوفری سد هراز در کشور ایران با در نظر گرفتن عدم قطعیت های مدل بررسی شد. با توجه به عدم وجود تابع حالت حدی صریح در تعیین قابلیت اطمینان کاویتاسیون، ابتدا با استفاده از روش لاتین هایپر کیوب ، 35 شبیه سازی با کمک آزمون شاپیرو-ویلک بر مبنای مشخصات آماری و توزیع احتمالاتی عدم قطعیت ها با در نظرگرفتن همبستگی بین آن ها، تولید می شود و با انجام آنالیزهای مدل عددی ANSYS Fluent-3D پاسخ کاویتاسیون برای نمونه های تولیدی بدست می آید و تابع حالت حدی ضمنی برای 4 نقطه بحرانی بر روی سرریز نیلوفری ایجاد می شود. برای تولید تابع حالت حدی صریح از روش سطح پاسخ استفاده شد و سپس با به کارگیری روش های مرتبه اول، مرتبه دوم قابلیت اطمینان و روش مونت کارلو، قابلیت اطمینان آسیب کاویتاسیون تخمین زده می شود. نتایج نشان می دهند که با استفاده از روش سطح پاسخ می توان احتمال خرابی کاویتاسیون بر روی سرریز نیلوفری را با خطای ناچیز و دقت قابل قبول تخمین زد.کلید واژگان: سرریز نیلوفری، قابلیت اطمینان کاویتاسیون، مدل سازی عددی، تابع شرایط حدی ضمنی و صریح، روش سطح پاسخEstimating the cavitation damage to morning-glory spillways is quite important due to the uncertainties that affect cavitation (e.g., high velocity, negative flow pressure, etc.). This paper aims to develop the model uncertainties to address the reliability assessment of the cavitation damage to different points of the Haraz Dam morning-glory spillway in Iran. As an explicit limit state function was lacking to determine the cavitation reliability, 35 samples were produced based on the statistical features, probability distribution and inter-correlation of the uncertainties. Using the Latin Hypercube Simulation (LHS) method and Shapiro-Wilk Test, the cavitation response was found for them through the ANSYS Fluent-3D numerical model analyses, and the implicit LSF was created for 4 critical points on the morning-glory spillway. To do so, the Response Surface Method (RSM) was utilized to generate the explicit LSF and the reliability of the cavitation damage was estimated using the Monte Carlo and first and second order reliability methods. The obtained results show that P4, with pf > 80%, is the most critical overflow point whereas the lowest RMSE is between SORM and MCS method.Keywords: Morning-Glory Spillway, Cavitation Reliability, Numerical Modeling, Implicit, Explicit Limit State Function, Response Surface Method
-
The two-phase fluid flow in the Heavy-duty diesel (HDD) engine water jacket coolant can greatly reduce the thermal load of the cylinder head. In this experimental work, the characteristic of two-phase fluid flow in a transparent Plexiglas channel using C2H6O2- H2O (50%–50%) is investigated. Gray cast iron surfaces were selected as the heated surfaces to simulate the material of the HDD-cylinder head. Operating conditions of the HDD- engine (i.e. Vinlet from 0.46 to 2.0 m/s, Psystem from 1 to 2 bar and Tinlet from 70 to 110°C) are optimized using Response Surface Method (RSM) within the framework of the Central Composite Design (CCD) model. The outputs indicate: the onset of nucleate boiling (ONB) temperature increases by about ≈ 11.92% when the pressure changes from 1 to 2bar. By reducing the inlet temperature (from 70 to 110℃), the effect of superheating disappears around the bubble, so to reach the non-linear (i.e. two-phase region) area, the heat flux must be increased between 10 to 15 kW/m2 to observe the ONB point. The cooling system pressure at low velocities (i.e. < 1m/s) should be considered in such a way that the saturation temperature of the fluid is about 35 to 50℃ lower than the HDD-engine wall temperature. Instead, at high velocities (i.e 1m/s) this temperature difference between the fluid saturation temperature and the wall temperature is about 55 to 85℃.Keywords: Heavy-Duty Diesel Engine, Gray Cast Iron Block, Nucleate Boiling, Response Surface Method, Central Composite Design
-
The objective of this study was to investigate the impact of various operational parameters, including aeration rate, feed flow rate, collector and frother dosage, on the efficiency of coal flotation. A pilot-scale column flotation process was utilized. CCD method and ANOVA were used to develop the process model from the input-output data set of a pilot scale column flotation process and to test the weight recovery models and concentrate ash percentage. By optimizing the parameters, such as using a fuel oil collector dosage of 900 g/t, MIBC frother dosage of 340 g/t, and an aeration rate of 10594.6 ml/min, a column flotation operation achieved a recovery of 50.06% and an ash concentrate of 11.6%. The results showed that the aeration rate had the most significant influence on the ash content of concentrate and recovery, compared to the collector and frother dosages.Keywords: Modelling, Column Flotation, Coal, Response Surface Method
-
در این مطالعه برای نخستین بار به بررسی تجربی و آماری رفتار حرارتی نانو سیال هیبریدیTiO2(85%)/MWCNT(15%)-(CH2OH)2(50%)/H2O(50%) پرداخته شد. هدایت حرارتی نانو سیال توسط دستگاه KD2 PRO در کسر حجمی های و دماهای اندازه گیری شد. تایید نانو مقیاس و ساختار نانو ذرات با استفاده از ابزارهای عکس برداری میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و روبشی (SEM) و آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) صورت گرفت. نتایج تجربی تحلیل های آزمایشگاهی ثابت کرده که با افزایش دما و کسر حجمی، هدایت حرارتی نسبی افزایشی است و میزان این افزایش برای کسر حجمی نسبت به دما شدیدتر است. نتایج آماری تحلیل تجربی نشان داده که کمینه و بیشینه افزایش هدایت حرارتی نانو سیال نسبت به سیال پایه به ترتیب برابر با %6/1 و %9/17 ثبت شده است. مدلسازی سطح پاسخ برای هدایت حرارتی نسبی نانو سیال نشان می دهد که مقادیر R2 و Adj R2 به ترتیب برابر با 9882/0 و 9860/0 و مقدار MOD بین 1- و 1+ است.کلید واژگان: نانوسیال هیبریدی، هدایت حرارتی، حرکت براونی، روش سطح پاسخ، روش آزمایشگاهی، رابطه همبستگیIn this study, for the first time, the thermal behavior of TiO2 (85%) / MWCNT (15%) - (CH2OH) 2 (50%) / H2O (50%) hybrid nanofluid thermal behavior is investigated. The thermal conductivity of the nanofluid is determined by KD2 PRO at fractional volumes of φ =0.03% -0.6% and temperatures of T = 28 ° C-50 ° C. Nanoscale and nanoparticle structure validation are performed using transmission electron microscopy (TEM) and scanning (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis tools. Experimental results of laboratory analyzes have shown that with increasing temperature and volume fraction, relative thermal conductivity (RTC) is increasing and the amount of this increase is more severe for volume fraction than temperature. The statistical results of experimental analysis showed that the minimum and maximum increase in thermal conductivity of nanofluid compared to the base fluid are 1.6% and 17.9%, respectively. The modeling of the response surface for the relative thermal conductivity of nanofluid showed that the values of R2 and Adj R2 were equal to 0.9882 and 0.9860, respectively, and the MOD value was between -1 and +1.Keywords: Hybrid Nanofluid, Thermal Conductivity, Brownie Motion, Response Surface Method, Laboratory Method, Correlation
-
این مطالعه تجربی یک کاوش تجربی از خواص حرارتی و ضریب هدایت حرارتی یک نانوسیال هیبریدی حاوی 89 درصد حجمی دی اکسید سیلیکون (SiO2) و 11 درصد حجمی نانولوله های کربنی چند دیواره (MWCNT) پراکنده شده در ترکیبی از 45 درصد حجمی اتیلن گلیکول و 55 درصد حجمی آب ارائه می کند. نانوسیال هیبریدی به دقت با استفاده از روش دومرحله ای تهیه شد و هدایت حرارتی آن به طور سیستماتیک در کسرهای حجمی (%1/0 تا %45/1) و دماهای (°C7/26 تا °C50) اندازه گیری شد. با استفاده از دستگاه KD2 Pro، هدایت حرارتی نسبی به صورت تجربی تعیین شد که بیشترین درصد افزایش را در کسر حجمی %45/1 و دمای °C50 به میزان %1/25 نشان داد. سپس داده های تجربی با استفاده از روش سطح پاسخ در نرم افزار Design Expert مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفت. همبستگی جدید توسط یک معادله چندجمله ای درجه 5 ایجاد شد که تعامل پیچیده دما و کسر حجمی را برای نانوسیال هیبریدی در بر می گیرد. همبستگی تجربی ایجاد شده دارای دقت قابل توجهی با ضریب تعیین (9996/0=R2) می باشد. همچنین حاشیه انحراف برای روش سطح پاسخ %238/0> MOD> 355%/0- بود که نشانه دقت بالای مدل است.کلید واژگان: نانوسیال هیبریدی، انتقال حرارت هدایتی، نانولوله کربنی چند دیواره، ضریب هدایت حرارتی، روش سطح پاسخThis experimental study investigates the thermal properties and conductivity of a hybrid nanofluid composed of 89% SiO2 and 11% MWCNT in a mixture of 45% ethylene glycol and 55% water. The nanofluid was prepared using a two-step method, and its thermal conductivity was measured across various volume fractions (ranging from 0.1% to 1.45%) and temperatures (from 26.7°C to 50°C) using a KD2 Pro device. The results indicated a 25.1% increase at a volume fraction of 1.45% and a temperature of 50°C. By employing the response surface method, a 5th-degree polynomial equation accurately describes the complex interaction between temperature and volume fraction (R2=0.9996). The model's high accuracy is demonstrated by a Response surface method margin of deviation ranging from 0.238% to 0.355%.Keywords: Hybrid Nanofluid, Conductive Heat Transfer, Multi-Walled Carbon Nanotube, Thermal Conductivity Coefficient, Response Surface Method
-
تماس و اصطکاک در سیستم های دارای حرکت سبب تولید گرما شده و این عامل بر خواص و عملکرد قطعات تاثیرگذار است. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر پارامترهای سرعت، فشار و ضریب اصطکاک بر گرمای تولید شده در یک سیستم لغزشی خطی بوده و در این راستا از مدل سازی المان محدود مجموعه پیستون یک کمپرسور رفت و برگشتی خطی استفاده شده و نتایج با استفاده از داده های تجربی اعتبارسنجی گردید. همچنین در طراحی آزمایش ها و تحلیل نتایج از روش پاسخ سطح و آنالیز ANOVA بهره گرفته شد. مطالعه نتایج نشان داد پارامترهای سرعت، ضریب اصطکاک و فشار با دما رابطه مستقیم داشته و سرعت بیشترین اثر و فشار کمترین تاثیر را بر گرمای تولید شده دارند. افزایش سرعت موجب افزایش تولید گرما شده اما تاثیر افزایش فشار، برآیندی از اثر افزایش گرمای ناشی از افزایش نیروی اصطکاک و کاهش حرارت ناشی از افزایش سطح تماس موثر و انتقال گرما بهتر می باشد.
کلید واژگان: حرکت لغزشی خطی، دما، مدلسازی عددی، روش پاسخ سطح، آنالیز ANOVA، کمپرسور پیستونی خطیContact and friction in moving systems cause heat generation and this factor affects the properties and performance of parts. The purpose of this research is to investigate the effect of speed, pressure, and friction coefficient parameters on the heat produced in a linear sliding system. In this regard, a finite element model of a linear reciprocating compressor piston assembly was used and the results were validated using experimental data. Also, the response surface method and ANOVA analysis were utilized in the design of experiments and analysis of the results. Investigation of the results showed the parameters of speed, friction coefficient, and pressure have a direct relationship with temperature, speed has the greatest effect and pressure has the least effect on the produced temperature. Increasing the speed causes to increase the heat production, but the effect of increasing the pressure is the result of increasing the heat caused by increasing the friction force and reducing the heat caused by increasing the effective contact surface and better heat transfer.
Keywords: Linear Sliding Motion, Temperature, Numerical Modeling, Response Surface Method, ANOVA Analysis, Reciprocatingcompressor -
در این پژوهش به مدل سازی یک سیستم تجدید پذیر خورشیدی به همراه استفاده از روش هوشمند بهینه سازی جهت افزایش عملکرد سیستم و کاهش هزینه چرخه عمر پرداخته شد و یک سیستم با ترکیبی هدفمند از پنج واحد پنل فتوولتائیک حرارتی، پمپ حرارتی، الکترولایزر غشای تبادل پروتون، منبع ذخیره آب گرم و پیل سوختی برای تامین انرژی مصرفی مورد نیاز یک مجتمع مسکونی 80 واحدی در کشور ایران شامل آب گرم، سرمایش، گرمایش و برق طراحی شد. با استفاده از اطلاعات آب و هوایی شهر ساحلی بندرلنگه در استان هرمزگان عملکرد سیستم پیشنهادی تحلیل شد. مدل سازی سیستم با استفاده از رویکردی جدید توسط نرم افزار ترنسیس انجام شد و بهینه سازی این سیستم جهت افزایش عملکرد سیستم و کاهش هزینه چرخه عمر توسط نرم افزار دیزاین اکسپرت و با استفاده روش سطح پاسخ انجام شد. سه تابع هدف مورد بررسی شامل تولید برق، ضریب آسایش حرارتی و هزینه چرخه عمر سیستم بود و چهار متغیر تصمیم گیری شامل تعداد پنل خورشیدی، ظرفیت پیل سوختی، ظرفیت پمپ حرارتی و ظرفیت الکترولایزر انتخاب شد. نتایج بهینه سازی نشان داد که در بهینه ترین حالت با تعداد 1425 پنل خورشیدی، ظرفیت 65.99 کیلووات برای پیل سوختی، ظرفیت 40.01 کیلوواتی برای پمپ حرارتی و ظرفیت 52.5 کیلوواتی برای الکترولایزر می توان به مقدار تولید 725955.25 کیلووات ساعت در سال با ضریب آسایش حرارتی 0.43 و هزینه چرخه عمر 344014.63 دلار رسید.
کلید واژگان: پنل فتوولتائیک حرارتی، بهینه سازی، روش سطح پاسخ، پیل سوختی، الکترولایزر، پمپ حرارتیIn this research, the modeling of a solar renewable system along with the use of intelligent optimization method was discussed in order to increase the system performance and reduce the life cycle cost. A system with a combination of five units of PVT panel, heat pump, PEM electrolyzer, hot water storage source and fuel cell was designed to provide the required energy consumption of an 80-unit residential complex in Iran, including hot water, cooling, heating and electricity. The performance of the proposed system was analyzed by using the weather information of the coastal city of Bandar Lengeh in Hormozgan province. System modeling was done using a new approach by TRNSYS software. Optimization of this system to increase system performance and reduce life cycle cost was done by Design Expert software and using RSM. The three objective functions investigated included electricity production, PMV and LCC, and four decision variables including the number of solar panels, fuel cell capacity, heat pump capacity and electrolyzer capacity were selected. The optimization results showed that in the most optimal state with the number of 1425 solar panels, the capacity of 65.99 kW for the fuel cell, the capacity of 40.01 kW for the heat pump and the capacity of 52.5 kW for the electrolyzer are in the optimal state. The system can reach the production value of 725955.25 kWh per year in the optimal condition with a PMV of 0.43 and a LCC of 344014.63 $.
Keywords: Photovoltaic Thermal Panel, Optimization, Response Surface Method, Fuel Cell, Electrolyzer, Heat Pump -
پل های قوسی بنایی با استفاده از مصالح بنایی مانند آجر یا سنگ همراه با ملات یا بدون ملات ساخته شده اند. مشخصات مکانیکی آنها با توجه به تنوع جنس مصالح بکار رفته، کیفیت ساخت و تاثیر گذشت زمان می توانند ثابت نبوده و دچار عدم قطعیت های قابل توجهی باشند.بنابراین برای اطمینان از توانایی و عملکرد سازه در مقابل بارهای وارده به ویژه زلزله، اتخاذ روش های دقیق تر مدل سازی و هم چنین لحاظ کردن این عدم قطعیت ها، یک موضوع اساسی مهندسی سازه است. برای یک پل قوسی سنگی شبکه ریلی ایران، مشخصات مکانیکی مصالح شامل ضریب سختی نرمال و برشی درزهای بلوک های سنگی و هم چنین زاویه اصطکاک داخلی درزها به عنوان کمیت های دارای عدم قطعیت و به صورت متغیر تصادفی در نظر گرفته شد. با توجه به محیط گسسته پل، تحلیل دینامیکی افزاینده تحت تاثیر یازده رکورد زلزله منتخب با روش المان مجزا انجام شده است. پس از تحلیل بیش از 2600 نمونه پل با مشخصات مصالح مختلف، براساس روش سطوح پاسخ ، توابع حالت حدی گسیختگی پل بر حسب سه متغیر تصادفی، برای کلیه رکوردها تعیین شده است. با استفاده از روش های قابلیت اعتماد FORM و MSC ، شاخص قابلیت اعتماد و احتمال شکست پل محاسبه گردید. نتایج نشان دادند برای رکوردهای منتخب زلزله، شتاب طیفی آستانه فرو ریزش پل با درنظر گرفتن عدم قطعیت ها در حدود 30% الی 50% نسبت به حالتی که عدم قطعیت در مصالح لحاظ نشده باشد کاهش پیدا می کنند.
کلید واژگان: پل قوسی سنگی، قابلیت اعتماد، عدم قطعیت، روش سطوح پاسخ، روش المان مجزاMasonry arch bridges are built using masonry materials such as brick or stone with or without mortar. Their mechanical properties due to the variety of materials used, the quality of construction, and the effect of the passage of time can be inconstant and have significant uncertainties. Therefore, to ensure the ability and performance of the structure against the loads, especially earthquakes, adopting more accurate modeling methods and considering these uncertainties is fundamental issue of structural engineering. For a stone arch bridge of Iran's railway network, the mechanical properties of the materials including the normal and shear stiffness coefficient of the stone block joint as well as the internal friction angle of the joints were considered as quantities with uncertainty and as random variables. According to the discrete environment of the bridge, incremental dynamic analysis has been performed under the influence of eleven selected earthquake records using the discrete element method. After analyzing more than 2,600 bridge samples with different material properties, based on the response surface method, the limit state functions of the bridge failure in terms of three random variables have been determined for all records. Using FORM and MSC reliability methods, the reliability index and probability of bridge failure were calculated. The results showed that for the selected earthquake records, the spectral acceleration of the bridge collapse threshold were reduced by 30% to 50% considering the uncertainties compared to the case where the uncertainty in the materials is not considered.
Keywords: Stone Arch Bridge, Reliability, Uncertainty, Response Surface Method, Discrete Element Method -
The performance and life of centrifugal pumps can be severely impacted by cavitation. In this study, a vortex generator was placed on the blades of the first-stage impeller of a BB4 multistage centrifugal pump to investigate its effect on the local flow field. The response surface method was employed to design various solutions based on the vortex generator's arrangement position, height, and rotation angle and the optimum parameters were φ = 20°, θ = 10°, and h = 1.2114 mm. The results showed that a pressure rise occurred at the corresponding position of the vortex generator, and the pressure variation ranges from 1.99%-8.91%, which is closely related to the height parameter of the vortex generator. In the flow field near the vortex generator, the velocity increased and then decreased along the vertical direction of the blade wall, reaching a maximum height of 1.5 mm. Additionally, the low-velocity zone formed at the end of the vortex generator gradually became larger with the downward movement of the arrangement position, and its velocity varies in the range of about 1.5 m/s-15.7 m/s, and the pressure varies in the range of about 14,000 Pa-125,000 Pa. This research is crucial for understanding the cavitation control principle of vortex generators in centrifugal pumps.Keywords: Cavitation, Centrifugal Pump, Vortex Generator, Response Surface Method, Cavitation Control
-
استفاده از سیستم های ذخیره گرمای نهان با استفاده از مواد تغییر فازدهنده (PCM) راه موثری برای ذخیره انرژی حرارتی است که اخیرا بسیار مورد توجه بوده است. استفاده از فین ها یکی از ساده ترین و ارزان ترین راهکارهای افزایش انتقال حرارت در PCM و افزایش عملکرد سیستم ذخیره سازی است. با توجه به اینکه نحوه چیدمان فین ها در مدت زمان شارژ PCM و در نتیجه راندمان انتقال حرارت تاثیر بسزایی دارد، هدف اصلی از این مطالعه، بهینه سازی چیدمان فین ها در محفظه PCM در یک مبدل حرارتی دولوله ای، جهت کاهش زمان شارژ و در نتیجه افزایش راندمان سیستم ذخیره سازی انرژی است. برای این منظور معادلات حاکم شامل بقای جرم، بقای ممنتوم و بقای انرژی در یک مبدل حرارتی دولوله ای فین دار، با استفاده از نرم افزار انسیس-فلوئنت حل شده اند و رفتار دینامیکی PCM و عملکرد سیستم ذخیره سازی مورد بررسی قرار گرفته است. عملکرد حرارتی-سیالاتی PCM در چیدمان های مختلف فین ها با رسم کانتورهای کسرمایع، بردارهای سرعت و خطوط جریان بطور کامل تحلیل شده اند. همچنین برای یافتن بهترین چیدمان فین ها جهت بهینه سازی عملکرد ذخیره سازی، از روش سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی استفاده شده است. نتایج بدست آمده از سطح پاسخ با منحنی مرتبه سوم رتبه کاسته که از 25 شبیه سازی حاصل شده است، نشان می دهد در مقایسه با حالت بدون فین، چیدمان یکنواخت فین ها حدود 19% و چیدمان بهینه فین ها حدود 56% زمان شارژ را کاهش می دهد که عدد قابل توجهی است.
کلید واژگان: افزایش عملکرد ذخیره سازی، مواد تغیر فاز دهنده، مبدل حرارتی دولوله ای، چیدمان بهینه فین ها، روش سطح پاسخUsing latent heat storage systems with phase change materials (PCM) is an effective way to store thermal energy, which has been of great interest recently. Using fins is one of the simplest and cheapest ways to increase heat transfer in PCMs and increase the performance of the storage system. Since the fin arrangement has a significant impact on the charging time of the PCM, the main goal of this study is to optimize the fin arrangement in the PCM chamber in a double-pipe heat exchanger in order to decrease the charging time, and thus increase the efficiency of the storage system. For this purpose, the governing equations including conservation of mass, momentum, and energy in a finned double-pipe heat exchanger have been solved using ANSYS-Fluent software to investigate the dynamic behavior of PCM. The thermal-hydraulic performance of PCM at different configurations has been fully analyzed by drawing liquid fraction contours, velocity vectors and streamlines. Also, to find the optimal fin arrangement and maximize the storage performance, the response surface method based on the central composite design have been implemented. The results obtained from the response surface with the reduced cubic equaltion show that compared to the case without fins, the charging time reduces by about 19% using the uniform fin configuration, while reduces about 56% using the optimal fins arrangement, which is a significant amount.
Keywords: Increasing Storage Performance, Phase Change Material, Double-Pipe Heat Exchanger, Optimal Fin Arrangement, Response Surface Method -
در سال های اخیر ساخت افزایشی اهمیت چشم گیری در زمینه تولید بدست آورده است. بیشتر تکنولوژی های ساخت افزایشی فلزات، شامل فرآیندهای ذوب و انجماد هستند که سبب ایجاد چالش های متالورژیکی می شوند. ساخت افزایشی اصطکاکی اغتشاشی یک روش ساخت افزایشی حالت جامد جدید می باشد که با چالش های متالورژیکی رایج در روش های ذوبی معمول مواجه نیست. از این فرآیند می توان برای ساخت نانوکامپوزیت های آلومینیوم سیلیکون کاربید که در صنایع مختلف از جمله نظامی، هوافضا، خودروسازی و... کاربردهای فراوانی دارند استفاده نمود. هدف اصلی این تحقیق، تحلیل تجربی اثر متغیرهای سرعت چرخشی ابزار، سرعت پیشروی ابزار و تعداد پاس ها در فرآیند ساخت افزایشی اصطکاکی اغتشاشی بر ریزسختی و میزان سایش نانوکامپوزیت آلومینیوم سیلیکون کاربید تولید شده با این روش می باشد. بدین منظور، از روش سطح پاسخ و نرم افزار مینی تب برای طراحی آزمایش ها، تجزیه و تحلیل آماری و نیز بهینه سازی متغیرها استفاده شد. تنظیمات بهینه سازی چند منظوره با هدف افزایش ریزسختی و کاهش میزان سایش انتخاب شدند. ترکیب مقادیر بهینه متغیرها جهت دستیابی به اهداف بهینه سازی تعیین و نتایج بدست آمده صحت سنجی شد. نتیجه بهینه سازی با مطلوبیت 0/87 در سرعت چرخش ابزار 1000 دور بر دقیقه، سرعت پیشروی ابزار 50 میلی متر بر دقیقه و تعداد پاس یک حاصل شد. پاسخ های بهینه پیش بینی شده 104 ویکرز برای ریزسختی و 0/013 گرم برای سایش در مقایسه با نتایج تجربی از در صد خطای کمی برخوردار بودند..
کلید واژگان: ساخت افزایشی، نانوکامپوزیت، روش سطح پاسخ، بهینه سازیIn recent years, additive manufacturing has gained significant importance in the field of production. Most of the additive manufacturing technologies for metals involve melting and solidification processes, leading to metallurgical challenges. The friction stir additive manufacturing process is a novel solid-state method that does not face the common metallurgical challenges associated with the traditional melting methods. This process can be used for the production of aluminum-silicon carbide nanocomposites that find many applications in industries such as military, aerospace, automotive, etc. The primary objective of this research is to experimentally analyze the effect of tool rotational speed, tool traverse speed, and number of passes in friction stir additive manufacturing on the microhardness and wear amount of aluminum-silicon carbide nanocomposite manufactured by this method. To this end, the response surface method and Minitab software were used for experimental design, statistical analysis, and optimization of the parameters. Multi-objective optimization settings were selected to increase microhardness and reduce wear. The combinations of optimal values of the parameters were determined to achieve the optimization goals, and the results were validated. The optimization result with 0.87 desirability is obtained with a tool rotational speed of 1000 rpm, a tool traverse speed of 50 mm/min, and one pass. The predicted optimal responses of 104 Vickers for microhardness and 0.013 gr for wear had a small percentage of error compared to the experimental results.
Keywords: Additive Manufacturing, Nanocomposite, Response Surface Method, Optimization -
هیدروفرمینگ لوله یکی از فرایندهای شکل دهی می باشد که در آن از فشار هیدرولیکی برای تغییرشکل در ماده استفاده می شود. در این تحقیق شکل پذیری لوله دو لایه مس-آلومینیوم در فرایند هیدروفرمینگ به روش تجربی و شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا لوله ی دو لایه با لایه بیرونی آلومینیوم و لایه ی داخلی مس تحت آزمایش هیدروفرمینگ قرار گرفته است که به دلیل شکل پذیری کم لوله آلومینیوم، دچار پارگی شده است. سپس لوله دو لایه با لایه بیرونی مس و لایه داخلی آلومینیوم بررسی شده است که لوله ی آلومینیوم داخلی دچار چروکیدگی گردیده است و نهایتا منجر به خرابی دو لایه شده است. برای جلوگیری از چروکیدگی لایه ی آلومینیوم داخلی، از یک قید مکانیکی داخلی از جنس مس استفاده شده است که آزمایش تجربی در این حالت منجر به شکل دهی بدون ترکیدگی و چروکیدگی لوله دولایه شده است. برای مطالعه ی تاثیر پارامترها بر فرایند از طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ استفاده گردیده است. پارامترهای مورد بررسی شامل جابجایی سنبه محوری، فشار اول، فشار نهایی، ضخامت لوله آلومینیوم و وجود یا عدم وجود سنبه مخالف بوده است. توابع هدف نیز نازک شدگی لایه ی مس، نازک شدگی لایه ی آلومینیوم و ارتفاع برآمدگی لوله دو لایه بوده است. نتایج تحقیق نشان داد که جابه جایی محوری بیشترین تاثیر را بر ارتفاع برآمدگی دو لایه و ضخامت لایه ی داخلی آلومینیوم بیشترین تاثیر را بر نازک شدگی لایه ها داشته است. به منظور دست یابی به بیشترین ارتفاع برآمدگی دولایه و کمترین میزان نازک شدگی برای لایه های مس و آلومینیوم، پارامترهای بهینه در دو حالت وجود و عدم وجود سنبه ی مخالف استخراج شده اند و نتایج آن با خروجی مدل های شبیه سازی اجزای محدود مقایسه شده اند.کلید واژگان: هیدروفرمینگ T شکل، لوله دو لایه، شبیه سازی اجزای محدود، روش سطح پاسخTube hydroforming is a forming process in which the hydraulic pressure is used to change the shape of material. In this research, the formability of copper-aluminum double-layered tube in the hydroforming process has been investigated by experimental and simulation methods. First, the double-layered tube with the outer layer of aluminum has been examined, which was burst due to the low plasticity of the aluminum tube. Then, a two-layered tube with the outer layer of copper has been examined, and the inner aluminum tube was wrinkled. To prevent the inner aluminum layer from wrinkling, an internal mechanical restraint made of copper has been used, and the experiment in this case has led to the formation of the double-layered tube without bursting and wrinkling. Response surface method has been used to study the effect of parameters. These parameters included axial punch displacement, first pressure, final pressure, aluminum tube thickness and the counterpunch. The objective functions were the thinning of copper layer, the thinning of aluminum layer and the height of the protrusion. The results showed that the axial displacement has the greatest effect on the height of the protrusion and the thickness of the inner aluminum layer has the greatest effect on the thinning of the layers. In order to achieve the maximum height of the protrusion and the minimum thinning for both layers, the optimal parameters have been extracted in the two cases of the presence and absence of the counterpunch, and the results were compared with the finite element simulation.Keywords: T-shape hydroforming, Double-layered tube, Finite element simulation, response surface method
-
در این مقاله اثر عملگر پلاسما تخلیه سد دی الکتریک روی کنترل جدایش جریان اطراف مقطعی از پره توربین باد محور افقی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، شبیه سازی های عددی دو بعدی با وجود عملگر پلاسما با استفاده از مدل الکترواستاتیک ارتقاء یافته در شرایط عملکردی و زوایای حمله مختلف انجام گرفته و سپس با استفاده از روش سطح پاسخ یک مدل ریاضی صریح که تاثیر پارامترهای موثر بر ضرایب آیرودینامیکی را در بر گیرد استخراج شده است. کوچک شدن ناحیه جدایش، در اثر تزریق مومنتم حاصل از فعال سازی عملگر پلاسما مشاهده شد. مدل ریاضی بدست آمده دارای اعتبار بسیار مناسبی بوده و نشان می دهد که اندرکنش معناداری میان پارامترهای عملگر و زاویه حمله وجود دارد. در انتها کدی به زبان متلب جهت پیاده سازی روش مومنتوم المان پره توسعه یافته و تغییر توان خروجی مکانیکی توربین باد تلوس 100 کیلووات در اثر فعال سازی عملگر پلاسما مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاکی از عدم تاثیر عملگر بر توان خروجی، در سرعت راه اندازی تا سرعت 10 متر بر ثانیه و افزایش تا حدود 11 درصدی توان در سرعت 11 تا 16 متر بر ثانیه است.
کلید واژگان: توربین باد، عملگر پلاسما، روش سطح پاسخ، روش مومنتوم المان پره، توان مکانیکی خروجی، ضرایب آیرودینامیکیIn this paper dielectric barrier discharge plasma actuator effect on flow separation of a horizontal axis wind turbine blade section were studied. Firstly, two dimensional flow simulations of plasma actuator with improved electrostatic model were performed in various operational conditions and angle of attacks. Then, an explicit response surface mathematical model was derived for the effect of variables on aerodynamic coefficients. Separation zone shrinkage was observed as a consequence of momentum injection from plasma actuation. The mathematical model has an acceptable validity and shows the significant interaction between parameters. Finally, a MATLAB code was developed to implement blade element momentum method and evaluate the mechanical output power of Tellus 100 kW wind turbine with actuator operation. The results indicate no significant effect on output power for cut-in to 10 m/s wind speeds and an increase of about 11 percent for 11 to 16 m/s speeds.
Keywords: Wind Turbine, Plasma Actuator, Response Surface Method, Blade ElementMomentum Theory, Mechanical Output Power, Aerodynamic Coefficients -
Journal of Modern Processes in Manufacturing and Production, Volume:12 Issue: 4, Autumn 2023, PP 5 -26
Attempts at research across various industries to achieve high-quality surfaces have led to the development of new finishing processes. Magnetic Abrasive Finishing is a novel technique where a magnetic field is employed to control an abrasive tool. Gas turbine compressor blades are among the industrial components requiring high surface quality due to their exposed surfaces. The reduction in surface roughness on these components has a significant impact on the efficiency of motor turbines. This paper focuses on studying the Magnetic Abrasive Finishing process parameters for the free surfaces of Titanium blades. Using a mass Magnetic Abrasive Finishing machine, the influence of powder weight, type of abrasive particles, and gap on the variation of surface roughness is investigated through statistical methods such as the response surface. The fabrication of the machine and determination of magnet polarity are carried out using Maxwell simulation software. The Factorial method is employed for experiment configuration. Mechanically alloyed powders produced by ball mills are used in this study. Results demonstrate that employing the magnetic abrasive method can reduce the surface roughness of the blade by up to 33%. The empirical model derived from regression analysis is utilized to predict the variation in surface roughness. Variance analysis of the experimental results indicates the significance of all studied parameters. Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) are employed for a qualitative evaluation of the results.
Keywords: Response Surface Method, Magnetic abrasive finishing, Free Form Surfaces, Compressor Blade, Magnetic Flux Density -
در پژوهش حاضر از کربن فعال تهیه شده از ضایعات کارخانه چای سازی به عنوان جاذب آلاینده های رواناب های سطحی در بتن متخلخل استفاده شده است. این کربن فعال طی دو مرحله ی کربونیزاسیون (پیرولیز) و فعال سازی در دمای بالا تولید شده است. جهت دسترسی به نتایج مطلوب و بهینه از روش سطح پاسخRSM و نرم افزار Design Expert استفاده شده است. همچنین در کنار ارزیابی قابلیت حذف آلاینده ها از رواناب توسط بتن متخلخل ، بهبود مشخصات مکانیکی این نوع از بتن با اضافه کردن کربن فعال، میکروسیلیس، تغییرات در نسبت آب به سیمان و مقدار ریز دانه مورد تحلیل قرار گرفته است. با توجه به نتایج آزمایش ها، مدلهای ارائه شده برای تخمین مقاومت فشاری 28 روزه با ضریب همبستگی 0.97، مقاومت فشاری 7 روزه با ضریب همبستگی 0.84، مقاومت فشاری 42 روزه با ضریب همبستگی 0.95، COD با ضریب همبستگی 0.94، TSS با ضریب همبستگی 0.93، TDS با ضریب همبستگی 0.91 و حذف فلز سنگین مس با ضریب همبستگی 0.94 بدست آمدندکه نشان دهنده معنا دار بودن طراحی آزمایش انجام گرفته می باشند.
کلید واژگان: بتن متخلخل، کربن فعال، روش سطح پاسخ، آلاینده های رواناب، تصفیه روانابIn this paper, activated carbon prepared from agricultural waste has been used as pollutants absorbent in porous concrete. This activated carbon is produced during two stages of carbonization (pyrolysis) and activation at high temperature. In order to reach the desired and optimal results, the response surface method (RSM) has been used. while evaluating the ability to remove pollutants from runoff water, it has been trying to improve the mechanical characteristics of this type of concrete by adding activated carbon, micro silica, water to cement ratio changes and the amount of fine grains. Design-Expert software was used to design the experiment using the Box-Behnken method. To use the Box-Behnken method, 4 input variables were defined including active carbon percentage (1% to 2.5%), water-cement ratio (0.3 to 0.4%), micro silica percentage (5% to 10%) and fine grain percentage (0 to 10%), which provided 27 mixing plans. Results showed that the presented models for estimating 28-day compressive strength are correlated with R² value of 0.97, 7-day compressive strength with R² value of 0.84, 42-day compressive strength with R² value of 0.95, COD with R² value of 0.94, TSS with R² value of 0.93 , TDS with R² value of 0.91 and copper heavy metal removal with R² value of 0.94, which indicate the significance of the test design as well as the improvement of the mechanical characteristics and removal of pollutants in porous concrete containing waste activated carbon.
Keywords: Porous concrete, activated carbon, Response Surface Method, Runoff pollution
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.