فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - سال چهل و نهم شماره 3 (پیاپی 88، پاییز 1398)

مجله مهندسی مکانیک
سال چهل و نهم شماره 3 (پیاپی 88، پاییز 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/04/22
  • تعداد عناوین: 40
|
  • بهمن اسدی*، علی اصغر فروغی فر صفحات 1-8
    در این مقاله، روش ترکیبی صید و ردیابی جبهه برای شبیه سازی جریان دو فاز، حرکت حباب درون سیال ساکن استفاده شده است. این روش، برخوردی نو در صید مرزهای سیال روی شبکه ثابت اویلری و استفاده از مفهوم تک میدانی می باشد. روش حاضر برمبنای نوشتن یک دسته معادلات حاکم برای کل  ناحیه محاسباتی و برخورد با فازهای مختلف، مشابه یک سیال (میدان) با خواص فیزیکی متفاوت پایه گذاری شده است. در معادلات حاکم جملات مرزی به صورت جملات چشمه مناسب به معادلات اضافه می شود. معادلات ناویر- استوکس گذرا با استفاده از روش احجام محدود روی شبکه ای ثابت و با سازمان  برای کل میدان و شبکه بی سازمان المان محدود در مرزهای بین دو فاز حل شده و مرز بین دو فاز (جبهه) توسط نقاط علامت گذاری شده متصل به هم به طور صریح ردیابی می شوند. از برنامه رایانه ای نوشته شده برای شبیه سازی عددی حرکت حباب در یک مایع لزج در شرایط گرانش متفاوت به ویژه شرایط حدی گرانش صفر استفاده شده است. تغییر کشش سطحی ناشی از گرادیان انحنای حباب (مویینگی سیالی) در نقاط مختلف باعث شروع حرکت حتی با عدم وجود نیروی شناوری در گرانش صفر می باشد. شناخت این حرکت در بررسی مسایل دینامیک حباب, به ویژه در جوشش استخری هسته ای در گرانش صفر حائز اهمیت است. در این راستا، نتایج شبیه سازی بدست آمده و برای شرایط متفاوت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و نقش مویینگی سیالی به عنوان عامل حرکت حباب در غیاب نیروی شناوری در نتایج بدست آمده بررسی شده است. نتایج شبیه سازی روی صفحه مورب نشان می دهد که رفتار حباب با توجه به یک زاویه بحرانی از حالت لغزشی روی دیوار به حالت جداشدن از دیوار و در نهایت با افزایش زاویه حالت خیز نوسانی خواهد داشت که همخوانی با نتایج تجربی را دارا می باشد.
    کلیدواژگان: صفحه مورب، صید و ردیابی جبهه، دینامیک حباب، گرانش کم
  • فرشید اصلانی*، تورج یوسفی صفحات 9-17
    امروزه با پیشرفت فناوری، به وسایل الکترونیکی با سرعت های بالا در پردازش و در اندازه های کوچک نیاز است. فوم های فلزی با توجه به چگالی کمی که دارند، برای کاربردهای زیادی به منظور جذب انرژی و مقاصد انتقال گرمایی، توصیه می شوند. در این مقاله چاه گرمایی های ساخته شده از فوم های فلزی شبیه سازی شده و نتایج آن با چاه گرمایی ساده پره دار مقایسه شده است. در چاه گرمایی ساخته شده از فوم های آلومینیومی با تخلخل 6/95 درصد مقدار ضریب انتقال گرمای جابجایی تا 127/31 درصد افزایش می یابد در قسمت دیگری از این مقاله چاه گرمایی پره دار را که در بین پره های آن فوم فلزی قرار گذاشته شده، مدل سازی شده و با توجه به نتایج، عدد نوسلت در چاه گرمایی های ساخته شده از فوم آلومینیومی با تخلخل 6/95 درصد در حالت پره دار می تواند تا 2 برابر نسبت به حالت بدون پره افزایش یابد؛ و درنهایت در قسمت پایانی تاثیر پارامترهایی همچون دبی جرمی، ارتفاع چاه گرمایی و تخلخل فوم چاه گرمایی از چاه گرمایی ها مشخص شده است.
    کلیدواژگان: چاه گرمایی، فوم فلزی، انتقال گرما
  • بهروز افرا، محسن نظری*، محمدحسن کیهانی صفحات 19-28
    در این مطالعه، تقابل سازه و سیال در جریان برشی با استفاده از روش ترکیبی مرز غوطه ور - شبکه بولتزمن - شبکه فنر مورد مطالعه قرار گرفته است. در این روش ترکیبی، با اضافه کردن الگوریتم اعمال نیروی چند مرحله ای به معادلات شبکه بولتزمن دقت محاسبات را تا دو برابر افزایش دادیم. مرز غوطه ور که به عنوان یکی از روش های شبکه ثابت شناخته می شود، جهت محاسبه نیروی مرزی به کار گرفته می شود. در این مطالعه، جهت اعمال تغییر شکل سازه تغییرشکل پذیر در برابر سیال اطرافش، از روش شبکه فنر استفاده شده است که بر مبنای این روش جسم جامد با مجموعه ای از فنرها جایگزین می شود. در بخش روش های عددی این مقاله، الگوریتمی ضمنی منطبق بر روش شبکه فنر ارائه شده که به راحتی می تواند با با حلگرهای جریان ترکیب شده و باعث ارتقا روش های صریح قبلی شود. صحت حلگرهای جسم جامد و سیال به ترتیب با شبیه سازی تغییرشکل تیر یکسرگیدار و حرکت تک ذره صلب دایروی داخل جریان برشی نشان داده می شود. در بخش نتایج نیز حرکت همسایه وار دو ذره دایروی در جریان برشی برای دو حالت جسم صلب و تغییرشکل پذیر با هم مقایسه می شود که نشان داده خواهد شد انعطاف پذیری جسم جامد چگونه باعث تغییر در مسیر حرکت ذرات خواهد شد.
    کلیدواژگان: روش مرز غوطه ور- شبکه بولتزمن، روش شبکه فنر ضمنی، اعمال نیروی چند مرحله ای، اندرکنش همسایه وار، عدد کپیلاری
  • نوذر اکبری* صفحات 29-37
    تحقیق انجام شده شامل مطالعه رفتار پاشش و شناخت بهتر انژکتور فشاری پیچشی دوگانه جهت بهبود طراحی های آتی آن است. لذا تاثیر تعدادی از پارامترهای عملکردی به صورت تابعی از فشار، اعداد رینولدز و وبر  بیان شده است. شرایط انجام تمامی آزمایش ها شرایط استاندارد اتمسفری می باشد و از آب به عنوان سیال عامل استفاده شده است. تصویربرداری از میدان پاشش با استفاده از روش عکس برداری سریع انجام شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که با افزایش عدد رینولدز ابتدا رژیم پاشش انژکتور از مود چکیدن به مود اتمیزاسیون تغییریافته و با افزایش بیشتر رینولدز رژیم کاملا توسعه یافته، حاکم می شود. همچنین نتایج نشان می دهد که با افزایش عدد رینولدز، زاویه پاشش برای هر دو مسیر سیال ابتدا افزایش می یابد و با افزایش بیشتر آن ثابت باقی می ماند. فشار طراحی انژکتور حدود ده بار برآورد می شود؛ زیرا در این فشار کمترین طول شکست به دست آمده است. اندازه گیری توزیع فضایی و مساحت پاشش، عملکرد انژکتور را در جهت ایجاد اسپری به صورت یک مخروط توخالی متقارن تصدیق می کند. همچنین نتایج نشان می دهد ضریب تخلیه تنها به شکل هندسی انژکتور وابسته نیست و با افزایش عدد رینولدز تغییر می کند.
    کلیدواژگان: اتمیزاسیون، توزیع فضایی، دبی، زاویه پاشش، طول شکست
  • سید رضاامیرآبادی زاده، رضا اسلامی فارسانی*، زهرا هاشمی، حسین ابراهیم نژاد خالجیری صفحات 39-46
    سخت کاری سطحی یکی از پرکاربردترین روش ها برای بهبود خواص سطحی است. در این تحقیق، عملیات سخت کاری سطحی بر روی فولاد ساده کربنی با استفاده از تشکیل نیترید وانادیم بررسی شد. بدین منظور سه لایه جوش بر روی سطح فولاد St37 با استفاده از فرآیند جوشکاری توپودری توسط الکترود توپودری حاوی عنصر وانادیم با درصد پرشوندگی 17 درصد، با پاس های 4، 3 و 2 بر روی سطح فولاد لایه گذاری شدند. برای بررسی سختی سطحی و شناسایی تشکیل نیترید وانادیم از آزمون سختی سنجی، پراش اشعه x و میکروسکوپ نوری استفاده شد. نتایج به دست آمده از پراش اشعه x تشکیل رسوب های نیترید وانادیم و نیترید آهن را نشان داد. همچنین فهمیده شد که این نیتریدها عامل اصلی افزایش سختی سطحی هستند. نتایج سختی سنجی نشان داد که با افزایش فاصله، سختی از 163 ویکرز برای فلز پایه تا 365 ویکرز در سطح افزایش یافته است. بررسی ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری نشان داد که نیترید وانادیم مانع از رشد آستنیت اولیه و باعث تشکیل دانه های فریت ریزتر در ریزساختار لایه های جوش و در نتیجه بهبود خواص شده است.
    کلیدواژگان: روکش کامپوزیتی، نیترید وانادیم، جوشکاری توپودری، سخت کاری سطحی
  • حسام امیربیگی، اسماعیل توحیدلو*، حامد خسروی صفحات 47-53
    در تحقیق حاضر، رفتار سایشی نانوکامپوزیت های زمینه اپوکسی حاوی نانوصفحات گرافن مورد بررسی قرار گرفت. در گام نخست، سطح نانوصفحات گرافن با ترکیب سیلانی 3-آمینو پروپیل تری متوکسی سیلان (3-APTMS) اصلاح شد و در ادامه، تاثیر افزودن مقادیر مختلف (0، 05/0، 1/0، 3/0 و 5/0 درصد وزنی) نانوگرافن اصلاح سطحی شده و همچنین نقش عملیات اصلاح سطحی گرافن بر رفتار تریبولوژیکی نمونه های نانوکامپوزیتی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که بهترین خواص سایشی در نمونه حاوی 3/0 درصد وزنی نانوگرافن اصلاح سطحی شده با کاهشی به ترتیب حدود 40 درصد و 68 درصد در ضریب اصطکاک و نرخ سایش در مقایسه با نمونه اپوکسی حاصل شد. همچنین نتایج این تحقیق نشان دهنده این مورد بود که عملیات سطحی نانوصفحات گرافن با ترکیب سیلان می تواند نقش بسیار موثری را در بهبود رفتار سایشی نانوکامپوزیت نهایی ایفا کند و در نمونه حاوی 3/0 درصد وزنی گرافن، عملیات اصلاح سطحی باعث کاهشی 48 درصدی نرخ سایش و 28 درصدی ضریب اصطکاک در مقایسه با نمونه اصلاح سطحی نشده شد. مکانیزم های مربوطه در ارتباط با نقش نانوصفحات گرافن در بهبود رفتار سایشی زمینه های اپوکسی پیشنهاد شد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، نانوصفحات گرافن، اصلاح سطحی، رفتار سایشی
  • محمد ایزدپناه استاد، حسین بیکی* صفحات 55-62
    با توجه به اینکه مقادیر قابل توجهی از انرژی در صنعت سیمان استفاده می شود و بخش زیادی از این انرژی در فرآیند تولید، به صورت انرژی گرمایی به همراه گاز های دودکش هدر می رود، دراین پژوهش با استفاده از ارزش زمانی پول در برگشت سرمایه، به امکان سنجی استفاده از انرژی گرمایی گازهای اتلافی از دودکش کارخانه سیمان بجنورد، جهت تولید همزمان برق و حرارت، پرداخته شده است. دمای کمینه گازهای خروجی از دودکش های شماره Iو II کارخانه سیمان بجنورد بترتیب oC 130 و oC 250 می باشد. از انرژی گرمایی گازهای دودکش شماره I و II، طی چند مرحله استفاده می شود تا آب ورودی به سیستم تولید همزمان حرارت و برق، به بخار فراگرم تبدیل شود. نتایج نشان دادند که با استفاده ازسیستم بازیافت انرژی گرمایی در کارخانه سیمان و تولید برق، می توان در مدت زمان 26/2سال برگشت سرمایه داشت. در این شرایط دمای گازهای خروجی از سیستم تولید همزمان برق و حرارت به oC 112 و oC 104 می رسد.
    کلیدواژگان: صنعت سیمان، بازیافت حرارت، دوره برگشت سرمایه، تولید همزمان برق و حرارت، مدلسازی ترمودینامیکی
  • مرسل بابایان*، هادی محمد جعفری، اسماعیل اسماعیل زاده، محرم جعفری صفحات 63-69
    در پژوهش حاضر، تغییر شکل قطره ی هسته-پوسته تحت تاثیر میدان الکتریکی ولتاژ بالا مورد بررسی قرار گرفته است. برای تولید این نوع قطره از دو نازل هم محور استفاده شده است. سیالات به کار رفته در این پژوهش روغن ترانسفورمر  و آب مقطر به ترتیب به عنوان پوسته و هسته می باشند. برای تولید میدان الکتریکی نیز از دو صفحه ی مسی موازی متصل به دستگاه تولید کننده ی اختلاف پتانسیل بالا استفاده شده است. با افزایش اختلاف پتانسیل الکتریکی و در نتیجه افزایش شدت میدان الکتریکی، زاویه ی انحراف قطره افزایش پیدا می کند. در اختلاف پتانسیل الکتریکی بیش از 8 کیلو ولت، هسته تحت تاثیر میدان الکتریکی دچار شکست شده و تغییر شکل متفاوتی خواهد داشت. بعد از جدایش قطره درونی از قطره بیرونی، قطره بیرونی تحت نیروهای کشش سطحی و اینرسی شروع به بازگشت به شکل کروی می کند. قطره هسته-پوسته به علت سرعت اولیه به سمت الکترود مثبت، تمایل به حرکت در این جهت دارد. اما مقدار باقی مانده در داخل قطعه بیرونی به سمت مخالف حرکت می کند. در نهایت، قطعه بیرونی دوباره دچار تغییر شکل شده و کشیده می شود.
    کلیدواژگان: قطره هسته-پوسته، میدان الکتریکی ولتاژ بالا، تغییر شکل قطره، الکتروهیدرودینامیک
  • وحید برزنونی*، عبدالامیر بک خوشنویس صفحات 71-80
    در این پژوهش، به مطالعه تاثیر اندازه شتاب جریان روی پروفیل های سرعت و آشفتگی دنباله نزدیک و دور و همچنین تغییرات ضریب پسای یک مدل خودرو پرداخته شده است. همچنین آهنگ تغییرات پارامترهای مذکور در جریان شتابدار با شتابهای مختلف بررسی شده است. به منظور شبیه سازی جریان سیال از تونل باد مدار باز و دمشی استفاده شده است که حداکثر آشفتگی اسمی و سرعت برای این دستگاه به ترتیب 1/0 %  و  m/s 30 می باشد. افزایش سرعت به طور پیوسته، با چند شتاب مختلف و توسط یک دستگاه اینورتر صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد: هندسه دنباله شکل گرفته مشخص و مستقل از شتاب جریان ورودی است، همچنین  مستقل از شتاب جریان ورودی با گذشت زمان مقادیر نقصان سرعت در دنباله نزدیک و دور با شدت و ضعف کاهش می یابد. با افزایش شتاب جریان ورودی مولفه مومنتوم و آشفتگی ضریب پسا افزایش می یابد. جریان با بیشترین شتاب بیشترین نرخ تغییرات مولفه مومنتوم ضریب پسا را دارد. کمترین مقدار ضریب پسا غالبا در جریان با کمترین شتاب رخ می دهد که تا حدودی به مقادیر متناظر در جریان با سرعت ثابت برابر است.
    کلیدواژگان: ضریب پسا، مدل خودرو، جریان شتابدار، نرخ تغییرات، توربولانس
  • بهزاد بینش*، مهرداد آقایی خفری صفحات 81-90
    در این پژوهش رفتار تبلور مجدد و سینتیک درشت شدن ساختار آلیاژ 7075 در حین فرایندهای ترمومکانیکی سیمای مرسوم و اصلاح شده جدید مورد بررسی قرار گرفت. فرایند سیمای مرسوم با اعمال کرنش فشاری تک محوری به میزان 55 %-10 در دمای محیط و سپس ذوب مجدد جزئی در دماها و زمان های مختلف انجام پذیرفت. فرایند سیمای اصلاح شده جدید با بکارگیری فرایند پرس-اکستروژن مکرر برای اولین بار جهت تهیه شمش نیمه جامد آلیاژ 7075 توسعه داده شد. نمونه ها ابتدا تحت سیکل های مختلف فرایند پرس- اکستروژن مکرر در دمای °C 250 و سپس تحت عملیات حرارتی نیمه جامد قرار گرفتند. نتایج مطالعات ریزساختاری مشخص نمود که در نمونه های تهیه شده توسط فرایند سیمای اصلاح شده جدید سرعت تبلور مجدد بیشتر بوده و متوسط اندازه دانه به میزان قابل توجهی کاهش و میزان کرویت دانه ها بهبود می یابد. از رابطه لیفشیتز-اسلیوزوف-واگنر (LSW) جهت مطالعه فرایند درشت شدن ریزساختار نمونه های نیمه جامد استفاده شد. نرخ درشت شدن دانه های جامد در فرایند سیمای اصلاح شده جدید در مقایسه با فرایند سیمای مرسوم به میزان قابل توجهی کندتر است.
    کلیدواژگان: آلیاژ 7075، تبلور مجدد، نیمه جامد، فرایند سیما، سینتیک درشت شدن
  • جاماسب پیرکندی*، محمد امیان، شهرام خداپرست صفحات 91-98
    استفاده از انرژی خورشید در چرخه تبرید از جمله روش های نوین در افزایش ضریب عملکرد چرخه و استفاده از انرژی های پاک می باشد. هدف از ارائه این مقاله شبیه سازی پارامتری و تحلیل عملکرد یک چرخه تبرید جذبی آب - لیتیم برومایدی مجهز به دریافت کننده خورشیدی از دیدگاه ترمودینامیکی و اگزرژی می باشد. در این تحقیق اثر پارامترهای مختلف بر روی ضریب عملکرد چرخه ، میزان انتقال حرارت در ژنراتور، بازده اگزرژی و تغییرات اگزرژی کل سیستم بررسی شده است.نتایج تحقیق نشان می دهد که در یک دمای مشخص برای عملگر و چگالنده، شدت تابش بهینه ای وجود دارد که در آن تغییرات کل اگزرژی سیستم کمینه شده و ضریب عملکرد سیستم و بازده اگزرژی آن به بیشینه مقدار خود می رسد.نتایج نشان می دهد زمانیکه دمای اواپراتور در محدوده ی 4 تا 10 درجه سلسیوس و دمای چگالنده در محدوده ی 33 تا 39 درجه سلسیوس قرار داشته باشد، بیشینه ضریب عملکرد برای چرخه تک اثره در محدوده ی 75/0 تا 80/0 قرار می گردد. همچنین بررسی ها نشان می دهدکه بیشینه بازده اگزرژی برای سلسیوس تبرید تک اثره در محدوده ی 13تا 7/23 درصدمی باشد.
    کلیدواژگان: تبرید جذبی، آنالیز اگزرژی، انرژی خورشیدی
  • احسان ترکان، مصطفی پیرمرادیان*، محمد هاشمیان صفحات 99-108
    مطالعه ی رفتار دینامیکی سازه های الاستیک تحت بارگذاری متحرک از مطرح ترین مسائل در حوزه های گوناگون مهندسی است. در این مقاله، تحلیل پایداری دینامیکی ورق مستطیلی شکل نازک با شرایط مرزی تکیه گاه های ساده تحت عبور متناوب جرم های متحرک، با استفاده از نظریه فلاکه و روش پارامترهای فشرده مطالعه شده است. در استخراج معادله دیفرانسیل پاره ای حاکم بر رفتار دینامیکی سیستم، همه ی اثرات اینرسی  جرم متحرک در نظر گرفته شده است. با بکارگیری روش گالرکین، معادله دیفرانسیل پاره ای حاکم بر سیستم به مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده است. عبور متناوب جرم ها روی ورق منجر به پیدایش معادلاتی با ضرایب متغیر با زمان می شود. با در نظر گرفتن مسیری مستقیم برای حرکت جرم ها روی سطح ورق و با استفاده از نظریه فلاکه و روش پارامترهای فشرده، ناپایداری دینامیکی ورق و وقوع پدیده ی پاسخ همزمان مورد تحلیل قرار گرفته است. همچنین با تعریف مسیری مورب برای حرکت جرم ها، اهمیت توجه به پدیده ی پاسخ همزمان و حساسیت پایداری دینامیکی ورق به مسیر عبور جرم ها بررسی شده است. نتایج شبیه سازی های عددی انجام شده، دقت و صحت نتایج هر دو روش را تایید می کند.
    کلیدواژگان: ورق-جرم متحرک، پایداری دینامیکی، نظریه فلاکه، پدیده ی پاسخ همزمان، روش پارامترهای فشرده
  • هادی تقی زاده*، تاج بخش نوید چاخرلو، فرید وکیلی تهامی صفحات 109-116
    فرآیند تداخل و اعمال نیروی پیش بار دو روش موثر برای بهبود عمر خستگی اتصالات می باشند و بصورت گسترده در صنایع مختلف به ویژه هوا-فضا و صنایع خودروسازی برای افزایش عمر خستگی اتصالات مورد استفاده قرار می گیرند. بیشتر مطالعات انجام گرفته شده قبلی تاثیر فرآیند تداخل و نیروی فشاری پیچ و مهره بر روی عمر خستگی نمونه ها را بصورت جداگانه بررسی کرده اند. در این پژوهش، اثر ترکیبی تداخل و نیروی پیش بار بر روی رفتار خستگی نمونه ها بررسی شده است. از طرفی تاکنون تحقیقاتی که در رابطه با فرآیند تداخل همراه با نیروی فشاری پیچ و مهره انجام گرفته شده در دمای محیط بررسی شده است و اثر تغییرات دما که به عنوان عاملی که نمی توان از آن صرف نظر کرد، مورد بررسی قرار نگرفته است. برای این منظور، دو چرخه دمایی °C60 و °C120 انتخاب شده و عمر خستگی نمونه ها در این دو حالت مورد بررسی قرار گرفته است. تست های خستگی بر روی آلیاژ آلومینیم 7075-T6 انجام شده است و نمودار تنش-عمر برای نمونه ها بدست آمده است.
    کلیدواژگان: تداخل، پیش بار، عمر خستگی، چرخه دمایی
  • رضا حضرتی، کیومرث مظاهری*، اسماعیل ابراهیمی فردویی صفحات 117-126
    عملکرد کوره های دوار ساده نبوده و برخی مشکلات به دلیل عدم توجه به هماهنگی و سازگاری میان مشعل و کوره در آن وجود دارد. بر این اساس در کار حاضر به مطالعه رفتار شعله در حضور جریان هوای ثانویه پرداخته شده است. با توجه به نبود داده های آزمایشگاهی در زمینه کوره های دوار، در گام اول مدل های مناسب براساس مسئله معیار اعتبارسنجی شده اند. سپس شبیه سازی کوره دوار با استفاده مدل توربولانسی realizable k-ε، مدل احتراقی واکنش گاه نیمه مخلوط، مدل تابشی P1با استفاده از نرم افزار اپن فوم انجام گرفته است. همچنین در کار حاضر با افزودن جمله چشمه به معادله انرژی قابلیت اعمال تابش و با افزودن جمله چشمه به معادله مومنتم قابلیت اعمال شرط مرزی دورانی به حلگر Reacting FOAM اضافه شده است. مطابق نتایج بدست آمده اعمال گرانش در شبیه سازی منجر به انحراف شعله به سمت دیواره بالایی کوره می شود. همچنین نتایج نشان دهنده اهمیت بالای تابش در شرایط حاکم بر مسئله مورد مطالعه است. بررسی تاثیر میزان هوای اضافی بر روی دمانیز نشان دهنده کاهش دمای کوره و بیشینه دمایی دیواره کوره با افزایش درصد هوای اضافی می باشد.
    کلیدواژگان: کوره دوار، آیرودینامیک شعله، شتاب گرانش، تابش، هوای احتراق
  • محمدحسن خوشگفتار منش*، حامد چراغ، محمد تولمی صفحات 127-136
    یکی از روش های تولید آب شیرین به کارگیری آب شیرین کن های گرمایی چندمرحله ای تبخیری (MED) برای شیرین سازی آب دریاست که به روش تبخیری-تقطیری عمل می کنند. تولید آب با هزینه قابل قبول، در کشورهای حوزه خلیج فارس مانند ایران که دارای مناطق خشک و کم آب هستند، از اهمیت بالایی برخوردار است و از طرفی اثرات زیست محیطی که با تولید آب برجا می ماند باید در حد قابل قبولی باشد. هدف اصلی این مقاله استفاده از دقیق ترین مدلسازی ترمودینامیکی به منظور ارزیابی اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک و بررسی اثرات زیست محیطی بر پایه تحلیل اگزرژی می باشد. در این تحقیق از یک مدل بهبودیافته دقیق برای شبیه سازی آب شیرین کن MED استفاده شده است. سپس مدلسازی و تحلیل اگزرژتیک  و اگزرژواکنومیک بر مبنای نتایج شبیه سازی دقیق انجام شده است. در ادامه متغیرهای اقتصادی و اگزرژواکنومیکی مربوطه محاسبه گردیده است. در ادامه هزینه نهایی تولید آب و میزان اثرات زیست محیطی محصول مورد ارزیابی قرارگرفته است. در نهایت متغیرهای اگزرژتیکی، اگزرژواکنومیکی و اگزرژومحیط زیستی در شرایط مختلف مورد ارزیابی قرارگرفته است.
    کلیدواژگان: مدلسازی ترمودینامیکی، آب شیرین کن چندمرحله ای تبخیری، اگزرژواکنومیک، اگزرژومحیط زیستی
  • مرتضی دیلمی، سید پدرام پورنادری* صفحات 137-146
    یکی از فرایندهای بسیار مهم خنک کاری در صنایع، خنک کاری از طریق اسپری قطرات می باشد. در این پژوهش، برخورد قطره نانوسیال آب- سیلیکا  به سطح داغ در رژیم جوشش لایه ای مطالعه می شود. معادلات حاکم، شامل معادلات پیوستگی، مومنتم و انرژی در حالت تراکم ناپذیر می باشند. برای اعمال اثر نانوذرات از مدل تک فازی استفاده می شود. از روش سطح تراز برای ردیابی سطح مشترک و از روش سیال مجازی، برای اعمال ناپیوستگی ها روی سطح مشترک استفاده می شود. اثر افزودن نانوذرات و نیز اثر سرعت برخورد قطره روی زمان تماس قطره با سطح، میزان پخش شدن قطره و میزان دفع حرارت از سطح داغ بررسی می شود. افزایش سرعت برخورد منجر به افزایش پخش شدن قطره و آهنگ انتقال گرما می شود. ولی اثر آن روی زمان تماس قطره ناچیز است. افزایش کسرحجمی نانوذرات، باعث افزایش زمان تماس قطره با سطح و میزان پخش شدن قطره روی سطح می شود. در سرعت های برخورد بالاتر تاثیر اضافه کردن ذرات نانو روی افزایش میزان پخش شدن قطره بیشتر است. افزایش کسرحجمی، منجر به افزایش آهنگ انتقال گرما و میزان گرمای دفع شده از سطح می شود.
    کلیدواژگان: برخورد، قطره نانوسیال، سطح داغ، رژیم جوشش لایه ای، مدل تک فازی
  • بیژن رستمی، علی شهرجردی* صفحات 147-156
    در سال های اخیر پوسته های استوانه ای تقویت شده در اجزای اصلی ساختارهای هواپیمایی، موشکی و دریایی مورداستفاده قرارگرفته شده است. در این مقاله کمانش استوانه مشبک کامپوزیتی با پوسته درونی و بیرونی تحت فشار خارجی مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد. این کار با ایجاد یک مدل تحلیلی برای تعیین پارامترهای سختی معادل یک پوسته استوانه ای کامپوزیتی تقویت شده مشبک انجام شده است. بر اساس اصل برهم نهی سختی تقویت کننده ها با سختی پوسته جمع می گردد تا پارامترهای سختی معادل کل ساختار به دست آید. معادلات حاکم بر ساختارهای مشبک استوانه ای بر اساس میدان جابجایی و روابط تنش و کرنش به صورت ماتریسی با استفاده از نظریه کلاسیک پوسته ها تحت شرایط مرزی تکیه گاهی ساده و گیردار حل می گردد. نتایج نشان می دهد افزایش پارامترهای زاویه، طول سلول مشبک و سطح مقطع باعث افزایش سختی معادل و بار بحرانی کمانش تا قبل از رسیدن به مود کمانش موضعی تقویت کننده ها می شود ولی افزایش بیشتر آن ها کمانش موضعی و کمانش سازه را در پی دارد؛ بنابراین می توان برای تمامی پارامترهای موثر، مقدار بهینه ای را در نظر گرفت و همچنین برای موثر بودن ساختار مشبک به تعداد محدودی تقویت کننده با زاویه بهینه، فاصله طولی و سطح مقطع مناسب جهت جلوگیری از کمانش موضعی و درنهایت کمانش کلی نیاز است.
    کلیدواژگان: ساختار استوانه ای مشبک، کمانش، کامپوزیت
  • سید احسان رفیعی، محمدباقر محمدصادقی آزاد* صفحات 157-162
    در مقاله حاضر با استفاده از شبیه سازی و تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی، به بررسی تاثیر شکل هندسی نازل های مارپیچ بر روی عملکرد دستگاه لوله گردابه ای پرداخته شده است. جهت حل معادلات میدان جریان از مدل تلاطمی k-ε  استفاده شده است و هندسه مدل نیز ثابت در نظر گرفته شده است. هدف اصلی دست یابی به مینیمم دمای خروجی سرد و بیشینه سرعت چرخشی در لوله گردابه ای می باشد. در این مقاله، دستگاه با سه مجموعه نازل شامل 3 نازل مستقیم، 6 نازل مستقیم و 3 نازل مارپیچ تجهیز شده است. نتایج حاکی از ایجاد دمای سرد پایین تر برای لوله گردابه ای با 3 نازل مارپیچ نسبت به دو مدل دیگر می باشد. همچنین این نوع نازل باعث ایجاد سرعت چرخشی بالاتری در داخل دستگاه خصوصا در محفظه چرخش می شود.
    کلیدواژگان: لوله گردابه ای، نازل مارپیچ، جدایش انرژی، شبیه سازی عددی
  • رضا زاغیان*، وحید نصر اصفهانی، محسن ثقفیان صفحات 163-171
    نوسان و یا چرخش استوانه باعث ایجاد تغییراتی در جریان و شکل گردابه های اطراف آن نسبت به حالت ساکن می شود. در این پژوهش به بررسی عددی عبور جریان آزاد در حالت لایه‏ای از روی یک استوانه ی چرخان با سطح مقطع مثلثی پرداخته شده است. شبیه سازی عددی با اعمال شبکه بندی دینامیک در اطراف استوانه و برای اعداد رینولدز 50، 100، 150 و 200 در چهار نرخ چرخش بی بعد 0، 1، 2 و 3 انجام شده، و الگوی تشکیل گردابه ها در اطراف استوانه ی مثلثی چرخان بررسی شده است. بررسی ضرایب متوسط برآ، پسا و گشتاور استوانه چرخان مثلثی نشان می دهد که مشابه با استوانه ی چرخان دایره ای با افزایش نرخ چرخش و عدد رینولدز مقادیر ضرایب برآ و پسا کاهش، اما ضریب گشتاور افزایش می یابد، که وابستگی مقادیر این ضرایب به نرخ چرخش، بسیار بیشتر از عدد رینولدز بوده، به طوری که تاثیر افزایش آهنگ چرخش از 1 به 3 بر این ضرایب حداقل 40 درصد بیشتر از تاثیر سه برابر کردن عدد رینولدز است.
    کلیدواژگان: استوانه چرخان، استوانه مثلثی، جریان لایه ای، حل عددی، جریان آزاد
  • امیرفرهنگ ستوده*، حسین نکومرام، مهرانگیز قاضی، مجید عمیدپور صفحات 173-182
    در این مقاله اصول نظریه ساختاری به منظور مدل سازی و طراحی مبادله‎کن‎های گرمایی سه ‎جریانی لوله‎ای بسط و تعمیم داده می‎شود. هدف این است که با استفاده از اصول مربوط به نظریه ساختاری خصوصا طراحی بر اساس ساختارهای درختی بتوان عملکرد این نوع مبادله‎کن‎های گرمایی را بهبود داد. در این راستا معادلات دیفرانسیلی مربوط به انتقال گرما یک مبادله‎کن گرمایی سه جریانی استخراج و حل این معادلات به‎دست می‎آید. سپس با استفاده از اصول نظریه ساختاری و با استفاده از روش لاگرانژ یک نسبت تقسیمات برای ساختارهای متوالی در یک درخت برای مبادله‎کن گرمایی سه‎لوله‎ای استخراج می‎گردد که این رابطه حجم محاسبات را کاهش چشمگیری می‎دهد. بر این مبنا و با استفاده از مدل‎سازی‎های هندسی و گرمایی، الگوریتم طراحی یک مبادله‎کن گرمایی سه‎جریانی استخراج و بیان می‎گردد.  به منظور بررسی میزان بهبود عملکرد یک مبادله‎کن گرمایی سه‎جریانی لوله‎ای و بررسی قابلیت و کارایی روش فوق‎الذکر از یک مطالعه موردی استفاده شده است. نتایج حاصل نشان می‎دهد که افت فشار و سطح انتقال گرما در مبادله‎کن‎های گرمایی ساختاری با ساختار درختی نسبت به نوع عادی آن کاهش قابل ملاحظه‎‎ای دارد.
    کلیدواژگان: مبادله‎کن گرمایی سه‎جریانی لوله‎ای، نظریه ساختاری، طراحی درختی، نسبت تقسیمات، افت فشار، سطح انتقال گرما
  • سید آرش سید شمس طالقانی* صفحات 183-192
    در این مقاله، توانایی کنترل جریان به وسیله مکش بر روی یک سیلندر استوانه ای به منظور کاهش نیروی پسا و حذف عوامل ناپایایی و ارتعاشات ناشی از آن مورد مطالعه عددی قرار گرفته است. اثر بخشی این روش کنترلی به پارامترهای مختلفی وابسته است. برخی از این پارامترها وابسته به هندسه و برخی دیگر وابسته به ویژگی جریان می باشند. به همین منظور پارامترهای هندسی عرض و موقعیت شکاف مکش و همچنین سرعت مکش در کار حاضر تحقیق می شود. به همین منظور جریان هوا اطراف یک سیلندر در شرایط دوبعدی با عدد رینولدز  و با مدل آشفتگی K -  (RNG) شبیه سازی شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد ریزش گردابه ها که سبب ایجاد ارتعاشات مخرب و تحمیل ناپایداری در سیلندر می شود، با اعمال مکش کافی بر روی سیلندر از بین می رود. مکش باعث ایجاد خلاء نسبی در زیر لایه لزج و حذف نواحی کم مومنتوم به طریق انتقال مومنتوم از نواحی دورتر از دیواره می شود و در نتیجه از جدایش زود هنگام جریان جلوگیری می کند. ضریب پسای فشاری کاهش، پسای لزج افزایش و به طور کلی پسای کل، در حدود 55 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: کنترل جریان، مکش، ناپایایی، ریزش گردابه
  • پویا صالحی فیروزآبادی، فرهنگ هنرور* صفحات 193-202
    امروزه قطعات صنعتی دولایه بسیاری وجود دارندکه لایه ی رویی آن ها ازجنس فلزبا امپدانس صوتی بالاولایه ی زیرین آن ها ازمواد غیرفلزی با امپدانس صوتی پایین است. دربسیاری ازاین قطعات دسترسی به لایه ی غیرفلزی زیرین برای انجام بازرسی امکان پذیرنیست. اصلی ترین مشکلی که درضخامت سنجی لایه ی عایق این نوع قطعات به روش فراصوتی وجودداردآن است که اکوهای بازتاب شده ازسطح پشتی لایه ی عایق دربین اکوهای لایه ی فلزی محو شده وضخامت سنجی را ناممکن می سازد. دراین مقاله از روش های تبدیل موجک و الگوریتمEMD به منظور پردازش سیگنال های فراصوتی و ردیابی اکوی لایه ی عایق استفاده شده است. برای نمایش تکرار پذیری نتایج،سه نمونه ی دولایه ساخته شد که امکان ردیابی اکوی لایه ی عایق درهیچکدام وجود نداشت. نتیجه اعمال این دو روش درنمونه ها نشان می دهدکه از هر دو روش می توان برای ردیابی اکوی محوشده استفاده کرد اما با توجه به حساسیت روش تبدیل موجک به فرکانس،این روش درشناسایی اکوی برگشتی ازسطح پشتی عایق قدرتمندتر از روش الگوریتمEMD است.
    کلیدواژگان: ضخامت سنجی فراصوتی، الگوریتم EMD، تبدیل موجک، تاخیر زمانی
  • امین صفاری، مهدی مدبری فر* صفحات 203-211
    سیستم های تعلیق مغناطیسی در سال های اخیر کاربرد گسترده ای در زمینه های مختلف پیدا کرده اند. سیستم های جابجایی با تعلیق مغناطیسی دارای شرایط دینامیکی خاصی هستند که به شدت تابع فیزیک سیستم از جمله سرعت قسمت متحرک، فاصله قسمت معلق با هسته مغناطیسی، شدت میدان مغناطیسی و هم چنین نویزهای ورودی می باشند. شرایط دینامیکی خاص این سیستم ها همراه با نویزهای موجود در محیط باعث ایجاد ناپایداری سیستم می شوند. در این پژوهش یک سیستم جابجایی بدون تماسی و با استفاده از تعلیق مغناطیسی برای جابجایی در راستای عمودی یک گوی فلزی به عنوان یک نمونه منیپولاتور بدون تماسی مغناطیسی طراحی و ساخته شد. جهت پایداری جسم معلق حین جابجایی از کنترل گر PID استفاده شده و عملکرد آن در سرعت های مختلف جابجایی عمودی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان دهنده که روش پیشنهادی می تواند با دقت بسیار بالائی سیستم تعلیق مغناطیسی را حتی به ازای حرکت های ناگهانی هد مغناطیسی کنترل کند. سیستم تعلیق مغناطیسی توانست حداکثر سرعت رو به بالای عمودی 453/0 (m/s) را برای پایداری شی معلق حفظ کند.
    کلیدواژگان: کنترل کننده، سیستم تعلیق مغناطیسی، پایداری، فاصله هوائی
  • حامد صفی خانی*، سید علیرضا مصطفوی صفحات 213-218
    در این مقاله بهینه سازی چندهدفی انتقال گرما و جریان سیال در میکروکانال های منقطع (تکه تکه شده) جاذب گرما با پره های مستطیلی مورد استفاده در تراشه های کامپیوتری، با بهره گیری از تکنیک های دینامیک سیالات محاسباتی و الگوریتم ژنتیک چندهدفی انجام گرفته است. در ابتدا، جریان سیال به صورت عددی در 100 میکروکانال منقطع با شکل هندسی مختلف با استفاده از تکنیک های عددی حل شده و تمامی پارامترهای عملکردی مهم اعم از میزان شار گرمایی، حداکثر دمای دیواره ها، افزایش دمای سیال و افت فشار سیال در میکروکانال های مذکور محاسبه می شود. سپس، داده های عددی محاسبه شده برای بهینه سازی چندهدفی جریان سیال در میکروکانال های منقطع با پره های مستطیلی با استفاده از الگوریتم ژنتیک چندهدفی مورد استفاده قرار می گیرند. در فرآیند بهینه سازی چندهدفی، سه پارامتر هندسی به عنوان متغیر طراحی وجود دارند و توابع هدف متضاد نیز، حداکثر مقدار انتقال گرما و حداقل افت فشار در میکروکانال ها می باشند. در قسمت نتایج، نمودار پارتو که شامل اطلاعات مهم و مفید در طراحی گرمایی و سیالاتی میکروکانال های مذکور می باشد، ارائه شده است و به تفصیل به بحث و بررسی در مورد ابعاد مختلف آن پرداخته شده است.
    کلیدواژگان: میکروکانال های منقطع جاذب گرما، پره های مستطیلی، تراشه های رایانه، بهینه سازی چندهدفی، دینامیک سیالات محاسباتی، الگوریتم ژنتیک چندهدفی
  • مسعود ضیایی راد*، ابراهیم افشاری، مصطفی صادقی صفحات 219-227
    جریان مغشوش و انتقال گرما نانوسیال آب-مس در ناحیه ورودی هیدرولیکی و گرمایی سطحی با دو مانع ناهمسان به صورت عددی شبیه سازی شده است. اهمیت این مطالعه، بررسی همزمان اثر موانع جریانی و نانوذرات در لایه مرزی جریان مغشوش است که در مطالعات گذشته به آن پرداخته نشده بود. مدل سازی آشفتگی به کمک مدل k-ε تعمیم یافته به انضمام مدل دولایه ای ولف اشتاین انجام شده است. اثر عدد رینولدز، فاصله بین موانع، کسرحجمی و قطر نانوذرات بر پارامترهای جریان بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با تغییر فاصله بین موانع و با افزایش کسرحجمی نانوسیال، ناحیه بازچرخش بین موانع تغییر اندازه داده و عدد ناسلت به تبع آن تغییر می کند. در فواصل زیاد موانع، ناحیه چرخش پشت مانع اولی به دومی نمی رسد که این کاهش انتقال گرما را به همراه دارد. در اعداد رینولدز پایین تر، انتقال گرما جابجائی نسبت به پخش حرارتی کمتر شده و افزایش کسرحجمی نانوذرات تاثیر کمتری در افزایش انتقال گرما دارد. همچنین، بدلیل نقش حرکت نانوذرات در افزایش انتقال حرارت جابجائی، ذرات با قطر کمتر نرخ انتقال حرارت را بهبود می بخشند.
    کلیدواژگان: جریان مغشوش، انتقال گرما جابجائی، موانع جریانی ناهمسان، نانوسیال، ناحیه ورودی
  • مجتبی طحانی*، سلمان صارمیان، حسین یوسفی، روشنک فهیمی، یونس نوراللهی صفحات 229-238
    در توربین های شعاعی معمولا دو نوع حلزونی شعاعی و مماسی برحسب کاربردهایشان مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از نوع شعاعی یا مماسی در کاربرد پمپ به عنوان توربین با توجه به نواحی کارکرد آن ها از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله تاثیر نوع حلزونی و کاهش قطر آن به عنوان یکی از پارامترهای موثر در حالت توربینی بررسی شده است. در این راستا PAT توسط نرم افزار CFTurbo طراحی و در نرم افزار ANSYS Meshing فرایند شبکه بندی آن انجام شده و توسط نرم افزار CFX با رویکرد حجم محدود و با مدل توربولانسیk-ω SST  تحلیل شده و نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با نتایج تجربی مقایسه و اعتبارسنجی گردید. بررسی تاثیر نوع حلزونی در کارکرد توربینی بر پارامترهای هیدرولیکی و بازده نشان داد، زمانی که فراوانی دبی در پایین نقطه عملکردی بیشتر است (Q<QBEP)، بازده حلزونی شعاعی 715/0 درصد بالاتر از حلزونی مماسی و زمانی که فراوانی در نقاط بالاتر از نقطه عملکردی بیشتر است (Q>QBEP)، استفاده از حلزونی مماسی موجب افزایش 03/1 درصدی بازده نسبت به حلزونی شعاعی می شود. نتایج کاهش قطر حلزونی حاکی از افزایش 05/4 درصدی بازده در نقطه عملکردی بود، البته در نقاط پایین تر از نقطه عملکردی (Q<QBEP) تاثیر بیشتری نسبت به نقاط بالای آن دارد.
    کلیدواژگان: فشارشکن، افزایش بازده، کاهش قطر حلزونی، پمپ سانتریفیوژ، مدل سازی عددی
  • غلامرضا عبدی زاده، سجاد قاسملو* صفحات 239-248
    یکی از روش های مورد توجه در زمینه ی کنترل فعال جریان استفاده از عملگر پلاسمایی است که از طریق اثرگذاری بر اندازه حرکت در لایه مرزی سبب جلوگیری از جدایش جریان می شود. هدف از این تحقیق، بررسی عددی ایرفویل ناکا0012 تحت نوسان انتقالی و برخی عوامل موثر بر آن (فرکانس کاهیده، دامنه نوسان و عدد رینولدز) در حضور و عدم حضور عملگر پلاسمایی می باشد. نتایج نشان می دهند که، با افزایش فرکانس کاهیده مقدار ضریب برآ افزایش می یابد. با بررسی پروفیل سرعت مشخص شد، با افزایش فرکانس کاهیده گردابه هایی که از ایرفویل جدا می شوند باقدرت بیشتری به درون دنباله جریان ریخته شده و قدرت گردابه ها افزایش می یابد و همین امر موجب کاسته شدن نوسان های تغییرات سرعت در دنباله می شود. کاهش اصطکاک در جریان موجب افزایش سرعت می شود؛ در نتیجه، مقدار و دامنه نیروی پیشران افزایش می یابد. با افزایش دامنه نوسان، بازده آیرودینامیکی افزایش، ولی با افزایش عدد رینولدز کاهش می یابد. در حالتی که عملگر پلاسمایی روشن باشد، ضریب برآ و نیروی پیشران افزایش یافته و بازده آیرودینامیکی بهبود پیدا می کند. اثر عملگر پلاسمایی بر بهبود ضرایب آیرودینامیکی با افزایش عدد رینولدز کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: جدایش جریان، نوسان انتقالی، عملگر پلاسمایی، فرکانس کاهیده
  • مرتضی فتحی، امید جهانیان*، داود دومیری گنجی صفحات 249-258
    احتراق تراکمی بار همگن، یک مفهوم احتراقی مفید، از نظر بازدهی و میزان آلاینده های منتشره است. لیکن بازه کارکردی محدود سبب شده است که استفاده کاربردی از آن در موتورها تاکنون موفق نبوده باشد. یکی از روش های کاربردی نمودن آن، ترکیب با دیگر انواع احتراق است. تزریق مستقیم سوخت به محفظه احتراق راهبرد مناسبی برای نیل به این هدف می باشد. برای عملی نمودن این مفهوم در موتورها، بایستی مدل های معتبری برای پیش بینی عملکرد و نیز کاربردهای کنترلی توسعه یابد. مدل های تک ناحیه ای، مدل های سریع و مناسبی برای این منظور هستند. چون این احتراق با سینتیک شیمیایی کنترل می شود، در مدلسازی آن باید سینتیک شیمیایی احتراق لحاظ شود. بنابراین، در این مطالعه یک مدل ترموسینتیکی تک ناحیه ای توسعه داده می شود و با نتایج آزمون صحه گذاری می گردد. با توجه به اینکه مهمترین فرض در مدل توسعه یافته، تبخیر بلادرنگ سوخت مایع پاشیده شده به درون محفظه احتراق است، صحت این مدل منجر به تایید فرضیه شکل گیری احتراق اشتعال تراکمی بار همگن در حالت پاشش زودهنگام سوخت به درون سیلندر می شود. همچنین نتایج حاصل از این مدل تطابق خوبی با نتایج تجربی دارند. مدل توسعه یافته قادر است که زمان بندی احتراق را با دقت 5/0 درجه زاویه لنگ و توان تولیدی موتور را با دقت 90 درصد پیش بینی نماید.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی بار همگن، پاشش سوخت، مدل تک ناحیه ای، چینه بندی مخلوط
  • علیرضا فتحی، مهدی آهنگر* صفحات 259-267
    جریان جت برخوردی حاصل از تخلیه کرونا امروزه برای کاربردهای مختلفی همچون خنک کاری، تصفیه ی جریان و بهبود انتقال گرما استفاده می گردد. در پژوهش حاضر مشخصه های این جریان از جمله سرعت، خطوط جریان و همچنین نیروی وارده حاصل از برخورد جت در گاز آرگون به صورت عددی مطالعه شده است. بدین منظور معادلات حاکم بر جریان پلاسمای تحت میدان الکترواستاتیکی با روش المان محدود حل شده اند. نتایج نشان می دهد که در شرایط اتمسفری با اعمال اختلاف ولتاژ 500 V بین دو الکترود با فاصله ی 200 µm سرعت بیشینه جت بوجودآمده پس از برخورد به 2.3 m/s می رسد. همچنین مقدار نیروی حجمی بیشینه وارد بر سطح کاتد حدودا برابر با 1.23× 14107N/m3">  می باشد. شبیه سازی صورت گرفته بخوبی فرآیند شکل گیری جت را در چهار مرحله تولید یون ها، کشیدگی جریان یون ها، برخورد آن ها با سطح و در نهایت انبساط جت نشان داده است.
    کلیدواژگان: جریان پلاسما، تخلیه کرونا، مدلسازی عددی، معادلات الکتروهیدرودینامیک
  • حوا قربانی کهن فلاح، رضا انصاری خلخالی*، ابوالفضل درویزه، سعید روحی گرکرودی صفحات 269-278
    در این مقاله مدل المان محدود اتمی برای مطالعه رفتار کمانشی و خواص مکانیکی نانولوله های کربنی تک جداره متصل به نانوصفحات گرافنی با شرایط تکیه گاهی مختلف به کار گرفته شده است. با در نظر گرفتن نانولوله ها به صورت سازه قاب فضایی، روش های مکانیک سازه ای کلاسیک می تواند برای مطالعه رفتارهای مکانیکی آن ها مورد استفاده قرار گیرد. برای مدل کردن پیوندها و اتم ها به ترتیب از المان های تیر و جرم استفاده می شود. به منظور تعیین خواص این المان های تیر از برابری مکانیک مولکولی و مکانیک سازه ای استفاده می شود. تحلیل حاضر اطلاعات سودمندی را در مورد قابلیت استفاده از مدل المان محدود در پیش بینی مدول الاستیسیته و نیروی کمانشی بحرانی اتصالات نانولوله های کربنی ارائه می کند. نتایج نشان می دهد که در نسبت منظری مشخص (نسبت طول به شعاع نانولوله)، با افزایش طول نانولوله، نیروی کمانش بحرانی کاهش می یابد. در حالی که مدول الاستیسیته ثابت است. به علاوه، با افزایش نسبت منظری، نیروی کمانش بحرانی کاهش و مدول الاستیسیته افزایش کمی می یابد. مقدار نیروی کمانش بحرانی برای نانولوله تحت شرط مرزی گیردار-گیردار بیشتر از سایر شرایط مرزی است. در نهایت، ده شکل مود اول نانولوله های صندلی و زیگزاگ در حالت یک طرفه و دو طرفه ترسیم شده و نشان داده می شود که شکل مودهای نانولوله های صندلی و زیگزاگ تقریبا مشابه هستند.
    کلیدواژگان: مدل سازی المان محدود، اتصالات نانولوله های کربنی تک جداره، نیروی کمانش بحرانی، مدول الاستیسیته
  • اسحاق قنواتی، اسماعیل جعفری* صفحات 279-288
    در این پژوهش خواص خوردگی و مکانیکی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی AISI 420 پس از جوشکاری و عملیات حرارتی موردمطالعه و بررسی قرار گرفت. پس از انجام جوشکاری به روش TIG و عملیات حرارتی باز پخت، آزمون های سختی سنجی، کشش، ضربه و آزمایش خوردگی پلاریزاسیون بر روی نمونه ها انجام شد. همچنین نمونه ها به منظور بررسی ریزساختار و تشخیص نوع خوردگی به وجود آمده، توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) موردبررسی قرار گرفتند. با بررسی نتایج به دست آمده از آزمون های مکانیکی و خوردگی، شرایط عملیات حرارتی بهینه برای رسیدن به خواص خوردگی و مکانیکی مطلوب پس از جوشکاری تعیین شد. در پایان مشخص شد که سیکل عملیات حرارتی باز پخت در دمای C 300 و زمان 1 ساعت، یک سیکل مناسب به منظور رسیدن به خواص خوردگی و مکانیکی مطلوب برای فولاد زنگ نزن 420 جوشکاری شده می باشد.
    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن مارتنزیتی، عملیات حرارتی، ریزساختار، پلاریزاسیون
  • محمد کمالی، ابوالحسن عسگرشمسی* صفحات 289-297
    امروزه پمپ های گریز از مرکز به عنوان یکی از اجزای مهم و اصلی صنایع مختلف به شمار می آید، لذا بهبود بازدهی آنها دارای اهمیت است. در این مقاله، با حل عددی جریان سه بعدی و آشفته سیال عامل آب در شرایط پایا و تراکم ناپذیر، با شرط عدم لغزش روی سطوح تیغه ها، در نرم افزارANSYS 16.0 ، عوامل موثر در افت های جریان و افزایش بازدهی پروانه یک پمپ گریز از مرکز بررسی می شود.  سپس با بهینه سازی این پارامترها، بازدهی آن افزایش می یابد. بدین منظور، پارامترهای تعداد تیغه ها، زوایا و ضخامت های ورودی و خروجی آن ها، بررسی می گردد. جهت اعتبارسنجی حل عددی، نتایج حاصله با منحنی های مشخصه ارائه شده توسط شرکت سازنده ی پمپ، مقایسه می شود. با تغییرات ایجاد شده در پروانه پمپ، بازده آن تا میزان حداکثر 48 درصد، افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: پمپ گریز از مرکز، پروانه، هد، بازده
  • مونا محمدی، ابراهیم حاجی دولو*، مرتضی بهبهانی نژاد صفحات 299-307
    در این مقاله جریان سیال در درفت تیوب توربین فرانسیس یک مدل آزمایشگاهی در دو حالت با تزریق و بدون تزریق آب به صورت غیر پایا در دو هندسه واقعی و دیفیوزر مستقیم شبیه سازی شده و همچنین روشی نوین برای انتخاب قطر نازل پیشنهاد شده است. شبیه سازی با استفاده از نرم افزار فلوئنت و  مدل های آشفتگی k-ε در هندسه دیفیوزر مستقیم و SST k-ω در هندسه واقعی انجام شده است. در دو هندسه، نتایج حاصل از روش پیشنهادی برای انتخاب قطر نازل که بر اساس نسبت افت کلی به ضریب بازیافت فشار بوده با روش مورد استفاده در تحقیقات پیشین که بر اساس محاسبه افت کلی می باشد، مقایسه شده است. شرایط مرزی ورودی و صحت سنجی بر اساس داده های آزمایشگاهی بوده است. نتایج حاصل نشان می دهند اندازه قطر نازل بدست آمده وابسته به هندسه درفت تیوب بوده و استفاده از روش پیشنهادی برای انتخاب قطر نازل بر اساس نسبت افت کلی به ضریب بازیافت فشار موجب افزایش 33 درصدی قطر نازل انتخاب شده، کاهش 3/16 درصدی نوسان های سرعت و 19 درصدی دامنه نوسانی فشار در درفت تیوب می شود.
    کلیدواژگان: خط گرداب، تزریق آب، توربین فرانسیس، درفت تیوب، ضریب بازیافت فشار
  • پیمان مشهدی کشتیبان* صفحات 309-318
    در این مطالعه پرس در کانالهای زاویه دار مساوی مکرر، به عنوان یکی از موثرترین روش های تغییر شکل پلاستیک شدید در تولید مواد فوق ریزدانه از جنس AL5754  با استفاده از روش ترکیبی تاگوچی-گری مورد بررسی قرار گرفته است. برای بدست آوردن پارامترهای پاسخ تاگوچی از نرم-افزارDeform2D  استفاده گردید. با توجه به تعداد عوامل مورد بررسی، آرایه متعامد L27 تاگوچی انتخاب شد. پارامترهای پروسه و پارامترهای هندسی قالب به عنوان متغیرهای ورودی و کرنش پلاستیک تسمه خروجی، ناهمگنی کرنش تسمه خروجی و نیروی فرآیند به عنوان پارامترهای هدف در نظر گرفته شدند. سپس، مقادیر پارامترهای ورودی مربوط به شرایط بهینه استخراج شدند که هدف این بهینه سازی مینیمم کردن دو متغیر نیروی پروسه و ناهمگنی کرنش و ماکزیمم سازی کرنش پلاستیک بود. همچنین با استفاده از آنالیز رگرسیون، رابطه مرتبه اول بین پارامترهای ورودی و هدف بدست آمد. سپس، آنالیز واریانس جهت تعیین تاثیرگذاری هر متغیر ورودی روی پارامترهای هدف استفاده شد. نتایج نشان می دهد که به ترتیب سه پارامتر ضریب اصطکاک، زاویه کانال قالب Φ1، زاویه انحنای گوشه قالب Ψ2 بیشترین اثرگذاری را بر پارامترهای هدف دارند.
    کلیدواژگان: تغییر فرم پلاستیک شدید، کانالهای زاویه دار مساوی مکرر، تسمه، تاگوچی، آنالیز واریانس
  • نفیسه ملایی، بهرام نامی، سروش پرویزی* صفحات 319-325
    سوپرآلیاژ ریخته گری IN792 ، در ساخت پره های متحرک توربین های گازی به کار می رود. این قطعات به دلیل قرارگیری در شرایط سخت، در معرض انواع تغییرات ریزساختاری می باشند. کنترل مراحل مختلف ساخت پره ها شامل ریخته گری ، فورج و عملیات حرارتی مورد توجه می باشد. در این میان کنترل متغیرهای عملیات حرارتی در حین فرآوری سوپرآلیاژهای پایه نیکل به علت سهولت تغییر نسبت به سایر متغیرها و تاثیر زیادی که بر ریزساختار و خواص مکانیکی دارند از اهمیت بیشتری برخوردار است. لذا در تحقیق حاضر تاثیر متغیرهای دما و زمان پیرسازی نهایی بر ریزساختار و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ IN792 مورد بررسی قرارگرفت. بدین منظور بعد از عملیات تنش زدایی، حل سازی و پیرسازی میانی، 9 نمونه در دماهای Co800، 845 ،870 و هرکدام در زمان های16 ،24 ،30 ساعت در کوره قرارداده شدند و سپس در هوا خنک شدند. ریزساختار سوپرآلیاژ موردنظر توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی مورد بررسی قرارگرفت. بعد از بررسی های ریزساختاری و تست سختی سنجی، نتایج حاصل نشان داد در دمای ثابت با افزایش زمان پیرسازی نهایی مقدار رسوبات  ثانویه کاهش یافته و اندازه رسوبات درشت تر می شوند. کاهش در مقدار رسوبات  و درشت شدن اندازه ی آن ها در زمان ثابت با افزایش دمای پیرسازی نیز مشاهده شد. استحکام سوپرآلیاژهای پایه نیکل به شدت وابسته به فاکتورهایی نظیر کسر حجمی، سایز، سرعت رشد، ترکیب و توزیع مناسب رسوبات  می باشد. توزیع یکنواخت و مناسب رسوبات  در نمونه پیرسازی نهایی شده در دمای Co 845 به مدت 16 ساعت مشاهده شد و نتایج حاصل از سختی سنجی، حداکثر سختی را در این دما و زمان پیر سازی نهایی تایید کرد. از طرفی با افزایش دما و زمان، فازهای تیغه ای شکل یوتکتیک ضعیف شده و در زمینه حل شدند و با افزایش دما کاربیدهای سوزنی شکل در زمینه و اطراف مرز رسوب کردند که باعث بهبود خواص مکانیکی می شود.
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ IN792، عملیات پیرسازی نهایی، فاز γ، متغیرهای دما و زمان، ریزساختار، خواص مکانیکی
  • مژده میراخوری، محمد مهدی خطیبی*، صادق صادق زاده صفحات 327-336
    گرافن یکی از جوان ترین اعضا خانواده نانو مواد کربنی است که با ساختاری دوبعدی، از خواص فوق العاده ای برخوردار است که می تواند به عنوان حسگر جرمی نیز استفاده شود. با توجه به کاربردهای ویژه حسگر جرمی گرافنی، در این مقاله رفتار ارتعاشی حسگرهای جرمی با روش شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد مطالعه قرار گرفته و تغییرات فرکانس طبیعی حسگر در اثر افزایش ابعاد صفحه در دو راستای زیگزاگ و آرمچیر تحت بررسی قرارگرفته است. بدین منظور، در ابتدا یک صفحه گرافن مربعی در محیط دینامیک مولکولی ایجاد شده و جابجایی ذرات از روش دینامیک مولکولی به دست آمده است. جابجایی ها با استفاده از روش تجزیه فرکانسی تحلیل و فرکانس طبیعی اول حسگر محاسبه شده است. این مراحل، برای ابعاد دیگری از صفحات گرافنی که در راستای زیگزاگ و آرمچیر تغییر اندازه داشته اند نیز انجام گرفته است. همچنین به منظور صحه گذاری، فرکانس طبیعی حاصل با نتایج یکی از نظریه های مکانیک محیط پیوسته مقایسه شده است. در ادامه با بررسی قابلیت سنجش جرمی صفحه گرافنی با وجود ذرات متمرکز طلا روی آن، حساسیت صفحه گرافنی به جرم ذرات متمرکز محاسبه و ارائه شده است.
    کلیدواژگان: گرافن، حسگر جرمی، شبیه سازی دینامیک مولکولی، فرکانس طبیعی
  • مهرداد ناظمیان، الهه نشاط*، رحیم خوشبختی، کامران پورقاسمی صفحات 337-343
    هدف از این مطالعه بررسی تاثیر زمان شروع تزریق بر جملات مختلف اگزرژی موتور اشتعال تراکمی کنترل واکنشی ((RCCI با سوخت گاز طبیعی و هپتان نرمال که به ترتیب سوخت با واکنش پذیری پایین و بالا در نظر گرفته شده اند، می باشد. موتور با استفاده از یک مدل سه بعدی شبیه سازی شده و داده های به دست آمده با داده های تجربی روش عددی مقایسه شده و صحت مدل مورد ارزیابی قرار گرفته است. اگزرژی ترمومکانیکی، اگزرژی شیمیایی، کار، اگزرژی انتقال یافته در اثر انتقال گرما و مقدار بازگشت ناپذیری در هر گام زمانی محاسبه شده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که با زودهنگام کردن زمان شروع پاشش سوخت، به دلیل وجود زمان بیشتر اختلاط سوخت و هوا، سوخت کاملتر می سوزد. همین امر باعث می شود تا دمای بار داخل سیلندر بالا باشد که موجب می شود تا اگزرژی انتقال گرما به دلیل افزایش انتقال گرما زیاد شود. به علاوه بالا بودن دما در حالتی که زمان شروع پاشش زودهنگام شده است، باعث می شود که بازگشت ناپذیری به دلیل افزایش تعداد واکنش های شیمیایی، افزایش یابد.
    کلیدواژگان: موتورهای اشتعال تراکمی کنترل واکنشی، اگزرژی، گاز طبیعی، هپتان نرمال، زمان تزریق
  • میلاد ندیمی، مرتضی خلیلیان* صفحات 345-354
    در این مطالعه، ابتدا یک توربین بادی محور عمودی سه پره ای با پره های مستقیم به روش دینامیک سیالات محاسباتی و به صورت سه بعدی مدلسازی شده و نتایج حاصل با نتایج آزمایشگاهی سایر پژوهشگران اعتبارسنجی شده است. سپس یک توربین بادی دو پره ای با پره های مستقیم و با همان شرایط حل قبلی مدلسازی شده و مشخصات آیرودینامیکی و عملکرد آن با نتایج بدست آمده برای توربین سه پره ای مقایسه شده است. مقایسه مشخصات آیرودینامیکی برای دو توربین بادی، با سرعت های در نوک پره مختلف و با توجه به بیشترین توان تولید شده توسط توربین موردنظر در هر سرعت در نوک پره انجام شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که در نمونه های مورد بررسی، توربین بادی دوپره ای با وجود صلبیت کم نسبت به توربین سه پره ای، دارای بازده خوبی می باشد و بیشترین اختلاف بین ضرایب توان این دو توربین در نسبت سرعت در نوک پره 55/2 اتفاق می افتد. علاوه بر این، در این مطالعه توان تولیدی توربین دو پره ای در مقایسه با توربین سه پره ای به میزان 54 % بیشتر است که این خود به صرفه بودن و کارا بودن توربین دو پره ای مورد بررسی را تصدیق می کند.
    کلیدواژگان: توربین بادی محور عمودی، دینامیک سیالات محاسباتی، نسبت سرعت در نوک پره، صلبیت
  • حمید هادی، حمید رادمنش*، میثم بیات صفحات 355-364
    پیل های سوختی در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در میان انواع پیل های سوختی، پیل های سوختی دما بالا به عنوان فناوری های با عملکرد مناسب شناخته شده اند، چرا که راندمان بالایی دارند، سازگار با سوخت های مختلف هستند و همچنین از دمای بالای آن ها می توان برای کاربردهای تولید همزمان استفاده نمود. از میان پیل های سوختی دما بالا ،پیل سوختی کربنات مذاب دارای مزایای بسیاری است اما کمتر مورد توجه قرار گرفته است. استفاده به عنوان جداساز دی اکسیدکربن و همچنین توانایی کاربرد بهسازگر داخلی از جمله مزایای آن است. بهسازگر داخلی نیاز به تجهیزات خارجی جهت بهسازی را از بین می برد و همچنین منجر به افزایش راندمان کلی سیستم می گردد. به منظور درک بهتر عملکرد پیل سوختی کربنات مذاب، در این پژوهش مدل پیل سوختی کربنات مذاب با بهسازی داخلی غیرمستقیم، مرحله به مرحله توسعه داده شده است. مدل حاضر به گونه ای توسعه داده شده است که دارای سرعت پاسخگویی و دقت مناسبی باشد. همچنین به منظور ارزیابی پارامترهای موثر در عملکرد پیل سوختی، تاثیر پارامترهایی نظیر فشار، دمای ورودی پیل سوختی، نسبت بخار به سوخت، ضریب به کارگیری سوخت، هوا و دی اکسیدکربن بر راندمان پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که استفاده از این فناوری تبدیل انرژی به ویژه در کشور ما در مراحل تکامل است، بررسی نحوه عملکرد این فناوری در شرایط مختلف می تواند به بلوغ بیشتر این فناوری کمک کند و جایگاه خود را در استفاده صنایع هوافضا به خصوص تولید انرژی الکتریکی در هواپیما اثبات نماید. با توجه به نتایج تحلیل حساسیت صورت گرفته، پارامترهای فشار، نسبت بخار به سوخت، دمای ورودی پیل سوختی و ضریب به کار گیری سوخت بیشترین تاثیر را روی راندمان پیل سوختی دارند. با افزایش فشار، راندمان از 56% به 42% افت می کند. همچنین افزایش نسبت بخار به سوخت، دمای ورودی پیل سوختی و ضریب به کار گیری سوخت، به ترتیب منجر به افزایش راندمان به میزان 6.2%، 7.5% و 14.3% می شود. از سوی دیگر پارامترهای ضریب به کارگیری هوا و دی اکسیدکربن کمترین اثر را روی راندمان پیل سوختی کربنات مذاب دارند.
    کلیدواژگان: پیل سوختی کربنات مذاب، بهسازی داخلی غیر مستقیم، سوخت های هیدروکربنی، مدلسازی، تحلیل حساسیت
  • رضا هنرخواه*، یونس بخشان، محمود رحمتی، جمشید خورشیدی صفحات 365-374
    در مقاله حاضر، ابتدا ضریب رسانای گرمایی نانوسیال با چهار نوع ذره شامل مس، نقره، پلاتین و طلا با سیال پایه آب درون یک نانوکانال مسی با استفاده از روش دینامیک مولکولی غیرتعادلی با میدان نیرو Pcff محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد که نانوسیال نقره بیشترین افزایش ضریب رسانای گرمایی را دارد. بررسی برهمکنش و تمایل بین آب و نانو ذره با استفاده از آنالیز تابع توزیع شعاعی (RDF) و ضریب نفوذ نانوسیال درون نانوکانال انجام گردیده است. همچنین خواص ترموفیزیکی نانوسیال ها شامل CP,CV به روش دینامیک مولکولی تعادلی مورد بررسی قرار گرفت، بررسی ها نشان می دهد که با افزایش نانوذره به آب مقدار گرمایی ویژه در فشار و حجم ثابت کاهش می یابد. در بررسی نمودار توزیع چگالی اتم ها، نتایج نشان داد که بیشترین شدت چگالی مربوط به نانوذره نقره و بیشترین ضخامت لایه آب تشکیل شده در کنار نانوذره طلا می باشد. لزجت نانوسیال ها از دو روش دینامیک مولکولی تعادلی و غیرتعادلی نیز محاسبه و مشخص گردید با افزایش نانوذره در نانوسیال، لزجت آن افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: رسانای گرمایی، میدان نیرو pcff، تابع توزیع شعاعی، ضریب نفوذ، مقدار گرمایی ویژه، لزجت
|
  • B. Asadi *, A. A. Foroughifar Pages 1-8
    In this paper, the hybrid front tracing method is used to simulate the rising of a single bubble in a quiescent liquid. This method is a new approach to capture of fluid interfaces in the constant grid and using a one field concept. A one field approximation is used, where one set of governing equations are only solved in the entire domain and different phases are treated as one fluid with variable physical properties. The interfacial effects are accounted for by adding appropriate source terms to the governing equations. The related unsteady incompressible full Naiver-Stokes equations were solved using a conventional finite volume method with a structured staggered grid. The interface was tracked explicitly in to connected marker points via hybrid front capturing and tracking method. A computer program was developed for numerical simulation of bubble movement in a viscous liquid in different gravity conditions, especially zero gravity conditions have been used. In addition to general studies of microgravity effects, the initiation of hydrodynamic Marangoni convection solely due to the variations of interface curvature (surface tension force) and thus generation of shearing forces at the interfaces was also studied. Recognizing this movement in the study of bubble dynamics problems, especially in the nucleate pool boiling in zero gravity is important. In this regard, the simulation results were obtained for different conditions and the role of the hydrodynamic Marangoni convection on bubble movement in the absence of buoyancy force was investigated in the obtained results. The simulation results on the inclined plate show that bubble behavior in according to a critical angle from sliding on the wall to departure from wall and finally fluctuate departure have a good agreement with experimental results.
  • F. Aslani *, T. Yousefi Pages 9-17
    Nowadays, with the advancement of technology, high-speed electronic instruments with small sizes are required. Regarding the low density of metal foams, they are recommended for many applications in order to energy absorption and heat transfer purposes. In this paper, the heat sinks made of metal-foams are simulated and the results are compared with simple finned heat sinks. In the heat sinks that made from aluminum foams with porosity value of 95.6%, the amount of heat transfer coefficient of displacement increases up to 31.127%. In another part of the dissertation, a finned heat sink, which metal-foam is placed between its fins is modeled. Obtained results show that, the Nusselt number in the heat sinks that made of aluminum foam with porosity of 95.6%, in the finned mode could increase up to two times. Finally, the effects of parameters such as the amount of mass discharge, the heat sink height and the amount of porosity of heat sink foam on the amount of heat transfer through heat sinks is determined at the end part.
    Keywords: Heat sink, Metal Foam, Heat transfer
  • B. Afra, M. Nazari *, M. H. Kayhani Pages 19-28
    In this study, fluid-structure interaction is studied by using of Lattice-Boltzmann-Lattice Spring Model (IB-LB-LSM). In this hybrid method, second-order accuracy is achieved by adopting split-forcing technique. The immersed-boundary method which is known as a fixed-mesh method is implemented to calculate boundary force. To apply deformation of elastic solid due to vicinal fluid, Lattice Spring Model (LSM) is utilized in which solid is substituted by collection of springs. In numerical method section of this paper, a implicit algorithm based on lattice spring model is represented which it can easily combine with fluid solvers and promote previous explicit method. Validation of structure and fluid solver are done by simulation of cantilever beam and motion of single particle in shear flow, respectively. In the results section, nearby motions of circular particles in shear flow are compared for two different types of rigid and deformable condition which it is shown how the deflection of solid body changes particles path.
    Keywords: Immersed Boundary-Lattice Boltzmann Method, Implicit Lattice Spring Method, split-forcing technique, nearbyinteraction, Capillary number
  • N. Akbari * Pages 29-37
    The research carried out is a study of spray behavior and a better understanding of the Pressure-Swirl Duplex Injector to improve its future design. Therefore, the effect of a number of functional parameters is expressed as a function of pressure, Reynolds and Weber numbers.Water was the experiment fluid and all of the experiments performed at atmospheric standard condition. Spray area shooting were carried out based on fast shooting method. The results show that increasing Reynolds number would tend to change trickle mode regime to atomization then fully developed regime would be dominated as Reynolds numbers further increases. Moreover, Increasing Reynolds numbers would increase spraying angel of both paths followed by maintaining at constant values. Due to Injector's design pressure is estimated equaling to 10 bars because lowest beak-up angel was achieved around this condition. Furthermore, spatial distribution and spraying area measurements showed that the injector has the significant performance to creating a symmetric corn hollow spraying pattern. Additionally, it was realized that discharge coefficient is not only dependent on the geometry of the injector and would raise while Reynolds changes.
    Keywords: Atomization, Spatial distribution, mass flow rate, Spray angle, break-up length
  • S. R. Amirabadizadeh, R. Eslami, Farsani *, Z. Hashemi, H. Ebrahimnezhad, Khaljiri Pages 39-46
    Surface hardening is one of the most popular ways for improving surface properties. In this research, surface hardening operation on low carbon steel was investigated via formation of vanadium nitride. To do so, three weld layers with 4, 3 and 2 passes on the surface of St37 steel were cladded by using flux cored arc welding via flux cored electrode containing 17% vanadium element. For investigating surface hardening and identifying the formation of vanadium nitride, hardness measurement test, x-ray diffraction and optical microscope were used. Obtained result from x-ray diffraction showed the formation of vanadium nitride and iron nitride precipitants. It was also found that these nitrides are main factor in surface hardening of low carbon steel. The result of hardness measurement showed that with increasing distance from base metal surface, the hardness has increased from 163 HV for base metal to 365 HV on surface. Microstructure investigation demonstrated that vanadium nitride precipitation was prevented to grow initial austenite and was caused the formation of finer ferrite in the microstructure of weld layers and consequently, the improvement of properties.
    Keywords: Composite Coating, Vanadium Nitride, Flux Cored Arc Welding, Surface Hardening
  • H .Amirbeygi, E. Tohidlou *, H. Khosravi Pages 47-53
    In the present study, the tribological response of graphene (Gr)-epoxy nanocomposites was investigated. At the first step, the surface of Gr nanoplatelets was modified with 3-aminopropyltrimethoxy silane (3-APTMS), then the influence of silane modified Gr (SGr) loading (0, 0.05, 0.1, 0.3 and 0.5 wt.%) and surface functionalization on the tribological response of specimens was assessed. Approximately 40% and 68% decreases in coefficient of friction and wear rate of epoxy matrix, respectively, were observed at 0.3 wt.% SGr loading. Also, the results revealed remarkable decreases of 28% and 48% in the coefficient of friction and wear rate of 0.3 wt.% SGr loaded specimen compared to that specimen containing 0.3 wt.% unmodified Gr. The possible mechanisms behind the reinforcing effects of Gr in the epoxy matrix were proposed.
    Keywords: Nanocomposites, Graphene nanoplatelets, Surface modification, Wear behavior
  • M. Izadpanahostad, H. Beiki * Pages 55-62
    The Cement industry is one of the highest energy consuming industriesin the world. The cement industry consumeda large part of total energy. A large portion of this energy iswasted byexhaust gases fromthe chimney and ventedto the atmosphere. With using the time value of money in payback period, in this study, thefeasibility of using hot chimneygases from BojnourdCement Company chimneys to cogenerate heat and power system has been investigated. Theminimum temperatures of the hotgases from the chimney NO. I and II were 130oC and 250oC, respectively. The thermal energy of the chimney gases wasused to convert inlet water stream to superheated vapor. The results revealed that using an energy recovery system at this plantand generating electricity, it could be possible to return the investment in 2.26 years. Finally, thetemperature of theexhaust gases from combined heat and power generation system reached to 112oC and 104oC.
    Keywords: Cement industry, Energy recovery, Combined heat, power, Payback period, Thermodynamic modeling
  • M. Babayan *, H. Mohammadjafari Sadeghi, E. Esmaeilzadeh, M. Jafari Pages 63-69
    In this research, the deformation of a core-shell droplet under the influence of high voltage electric field is studied. In order to produce this kind of droplets two coaxial nozzles are utilized. Here, distilled water and transformer oil are fluids used as the core and shell, respectively. Two parallel copper plates connected to a high voltage supplier are considered so as to produce an electric field. By increasing the electrical potential difference, the intensity of electric field and consequently the drop deviation angle increase. At particular electrical potential difference of 8 kV, the core breaks due to the intense electric field, therefore it has a different deformation. After separation of the inner droplet from the outer one, the outer droplet on the grounds of surface tension and inertia forces begins to return to the spherical form. Due to its initial velocity toward positive electrode, the core-shell droplet tends to move in this direction. However, the remaining piece inside the outer droplet tends to move in opposite direction. Eventually, outer droplet deforms and stretches again.
    Keywords: Core-shell drop, High voltage D.C. electric field, Drop deformation, Electrohydrodynamic
  • V. Barzanooni *, A. Bak Khoshnevis Pages 71-80
    In the present research, effects of flow acceleration magnitude on velocity profiles, near-wake and far-wake turbulences, and drag coefficients of a model vehicle are studied. Moreover, rate of changes in the mentioned parameters in an accelerated flow at various accelerations was considered. An open-circuit blowing wind tunnel was used for fluid simulation, whose maximum nominal turbulence and velocity were 0.1% and 30 m/s, respectively. Velocity was increased continuously at different accelerations using an inverter device. The results indicate that, geometry of the developed wake is consistent and independent of inlet flow acceleration. Furthermore, with the passage of time and increasing velocity, near-wake and far-wake velocity defects decreased largely and slightly, respectively. With increasing the inlet flow acceleration, momentum and turbulence components of drag coefficient increased. By enhancing the flow acceleration, drag coefficient increased. The lowest value of the drag coefficient often occurs in the current with minimal acceleration, which is approximately equal to the corresponding values in the flow at constant speed.
    Keywords: Drag coefficient, vehicle model, Accelerated flow, Rate of change, turbulence
  • B. Binesh *, M. Aghaie, Khafri Pages 81-90
    In this research, recrystallization behavior and coarsening kinetics of 7075 alloy were investigated during conventional and newly modified SIMA processes. The conventional SIMA process consisted of applying 10-55% uniaxial compression strain at ambient temperature and subsequent semi-solid treatment at various temperatures and times. A new modified SIMA process was developed by introducing repetitive upsetting-extrusion (RUE) for the first time for semi-solid processing of 7075 Al alloy. Specimens of 7075 alloy were subjected to different RUE cycles at 250 °C, and then the semi-solid treatment was carried out. Microstructural studies revealed that the recrystallization rate is accelerated, the average grain size is reduced considerably and the sphericity of solid grains is improved by the newly modified SIMA process. Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW) theory was used to describe the coarsening process of the semi-solid slurries. Coarsening rate of the solid grains in the newly modified SIMA process was slower than the conventional SIMA process.
    Keywords: 7075 Alloy, Recrystallization, Semi-solid, SIMA Process, Coarsening kinetics
  • J. Pirkandi *, M. Ommian, S. Khodaparast Pages 91-98
    The use of solar energy in the refrigeration cycle is one of the newest ways to increase the coefficient of performance and use of clean energy. The purpose of this paper is to present a parametric simulation and the performance analysis of a water- lithium bromide absorption refrigeration cycle equipped with a solar receiver in terms of thermodynamics and exergy.The effect of different parameters on system efficiency, heat transfer rate in generator, exergy efficiency and exergy changes of the whole system is investigated.The results of the study show that there is an optimal radiation intensity at a given temperature for the evaporator and condenser, in which the total exergy changes of the system are minimized and the system coefficient of performance and its exergy efficiency reach its maximum. The results show that when the evaporator temperature is in the range of 4 to 10 ° C and the condenser temperature is in the range of 33 to 39 ° C, the maximum yield coefficient for the single-cycle cycle is in the range of 0.75 0 to 80/0. Also, surveys show that the maximum exergy efficiency for a single-cycle refrigeration cycle is in the range of 13 to 23.7 percent.
    Keywords: Absorption refrigeration, Exergy analysis, Solar energy
  • E. Torkan, M. Pirmoradian *, M. Hashemian Pages 99-108
    Dynamic behavior study of elastic structures under moving loads is one of the most famous problems in different engineering fields. In this study, dynamic stability of a simply supported rectangular plate under periodic passage of moving masses is investigated using Floquet theory and strained parameters method. Considering effects of all inertia components of the moving masses, the governing partial differential equation of motion is derived. The Galerkin’s method is applied to reduce the governing partial differential equation to a set of ordinary differential equations. The periodic loading across the plate results in a time-varying equation. Considering a straight path for passage of moving masses and applying the Floquet theory and strained parameters method, the dynamic instability of the plate and coexistence phenomenon are analyzed. In addition, defining a diagonal transition path of moving masses over the plate’s surface, the significance of the coexistence phenomenon and also sensitivity of plate instability to mass transition paths are investigated. Numerical simulations validate the accuracy of both methods results.
    Keywords: Plate-moving mass interaction, Dynamic stability, Floquet theory, Coexistence phenomenon, strained parameters method
  • H. Taghizadeh *, T. Navid Chakherlou, Vakili, Tahami Pages 109-116
    The process of interference fit and bolt clamping force are two effective techniques for improving the fatigue life of the joints and are used in various industries, especially in aerospace and automotive .Most of the previous studies have investigated separate effects of the interference fit and bolt clamping force on the fatigue life of the specimens. In the present research fatigue behavior of interference fitted specimens combined with bolt clamping force has been investigated yet. On the other hand, the pervious researches on the interference fit and bolt clamping force have been studied at laboratory temperature and the effect of temperature changes has not been investigated. To investigate the effect of temperature on the fatigue life of specimens, two different temperatures (i.e. 60°C and 120°C), aside from room temperature, were selected and fatigue life of specimens are studid at these tempratures. The fatigue tests were performed on the specimens of Al-alloy 7075-T6 alloy to obtain S-N data
    Keywords: Interference fit, Bolt clamping force, Fatigue life, Thermal cycle
  • R. Hazrati *, K. Mazaheri, E. Ebrahimi Fordoei Pages 117-126
    Rotary kilns have some applications in industrial due to high production capacity, uniform and extensive combustion. Rotary kiln performance not easy and despite of technology development, the problems exist in the filed from combustion them. Reasons of some problems are separate design of burner and kiln and inattention to coordination and harmony between them. According to in the present study, flame behavior has been studied under governed condition on the kiln and secondary air flow. In the first step, suitable methods and models are verified on the basis of benchmark problem due to lack of experimental data. Finally, rotary kiln simulation done with realizable k-ε turbulence model, partially stirred reacting flow combustion model and P1 radiation model. The present simulation done in OpenFOAM open source software by using reactingFOAM solver. Also in the present work, ability of applying radiation model has been created with addition source term to energy equation and ability of applying rotation boundary condition has been created with addition source term to momentum equation. According to obtained results, applying of gravity acceleration leading to deviation of flame to the upper wall. The results show that radiation heat transfer is important in the governing condition on the problem. Finally, effect of excess air studied on the temperature distribution that obtained results show temperature of kiln and wall temperature kiln reduced with increasing of excess air percent in the investigation limit.
    Keywords: Rotary kiln, Flame aerodynamic, Gravity acceleration, Radiation, Combustion air
  • M. H. Khoshgoftar Manesh *, H. Cheragh, M.Tolami Pages 127-136
    One of the important methods for seawater desalination is Multi Effect Desalination (MED). The economic and environmental seawater desalination in Persian Gulf countries is very important. The main purpose of this paper, using accurate thermodynamic modeling for exergetic, exergoecomic and exergoenvironemtnal modeling and simulation of MED desalination. In this paper, an accurate improved thermodynamic model has been applied for simulation of MED desalination. Next, exergetic,exergoeconomic modeling and analysis have been performed based on accurate simulation data. In this regard, economical and exergoeconomical parameters have been calculated using an accurate data. Furthermore, the cost of water production and environmental impacts of the final product have been evaluated. Finally, exergetic, exergoeconomic and exergoenvironemtnal parameters in different conditions have been evaluated .
    Keywords: Thermodynamic Modeling, MED Desalination, Exergoeconomic, Exergoenvironmental
  • M. Deilami, P. Pournaderi * Pages 137-146
    One of the very important cooling processes in industries is cooling via droplet spraying. In this research, the impact of Water-Silica nanofluid drop on a hot surface in the film boiling regime is studied. Governing equations are incompressible continuity, momentum and energy equations. The level set method is used for interface tracking and the ghost fluid method is used to impose discontinuities at the interface. The effect of adding nanoparticles and also impact velocity on the droplet contact time, droplet spreading and heat transfer from surface is investigated. Droplet spreading and heat transfer rate increase by an increase in impact velocity. But, the effect of impact velocity on the droplet contact time is negligible. Droplet contact time and spreading increase by an increase in nanoparticle’s volume fraction. Nanoparticles addition has more effect at higher impact velocities. Volume fraction enhancement, increases heat transfer rate and total heat dissipated from the surface.
    Keywords: Impact, Nanofluid Drop, Hot Surface, Film Boiling Regime, Single Phase Model
  • B. Rostami, A. Shahrjerdi * Pages 147-156
    In recently years, Stiffened cylindrical shells are used in the major components of aviation, missile and marine structures. In this study has been analyzed buckling of composite lattice cylinder with inner and outer shell under external pressure. This was accomplished by developing an analytical model for determination of the equivalent stiffness parameters of a grid stiffened composite cylindrical shell. This stiffness contribution of the stiffeners was superimposed with the stiffness contribution of the shell to obtain the equivalent stiffness parameters of the whole panel. Equations governing the cylindrical lattice structures are solved based on the displacement and stress-strain relations in the form of a matrix using classical shell theory under boundary conditions clamp supported and simply supported. The results show increase in grid cell length, angle and cross-section parameters caused increase in stiffness and critical buckling load but increase further them cause local and global buckling. Finally for all of them can be considered optimal value and for prevent local and global buckling and the effectiveness of the lattice structure to a limited number of stiffener with optimal angle, longitudinal and cross sections required.
    Keywords: Lattice cylindrical, Buckling, Composite
  • S. E. Rafiee, M. B. M. Sadeghiazad * Pages 157-162
    In this paper, the effect of helical nozzles morphology on the vortex tube performance is analyzed using simulations and computational fluid dynamics method. The k-epsilon turbulence model is used to solve the flow field equations, also, the model geometry is considered as a fixed structure. The main goal is to achieve the minimum cold outlet temperature and maximum rotational speed in the vortex tube. In this paper, the machine is equipped with three sets of nozzles including 3 straight nozzles, 6 straight nozzles and 3 helical nozzles. The results indicate a lower cold temperature for a vortex tube with 3 helical nozzles than the other two models. Also, this type of nozzle generates a higher rotational speed inside the vortex tube, especially in the vortex chamber.
    Keywords: Vortex tube, Helical nozzle, Energy separation, Numerical simulation
  • R. Zaghian *, V. Nasr Esfahani, M. Saghafian Pages 163-171
    Oscillation or rotation rates change flow behavior and wake patterns over and around cylinders. In this study, laminar fluid flow over a rotational cylinder with triangular cross section is studied numerically. Because of rotating geometry, dynamic mesh is used for the numerical solution and simulations are done for 50,100,150,200 Reynolds numbers and 1, 2 and 3 rotation rates and effects of rotation rate and Reynolds numbers on wake and flow patterns are investigated. Investigating average Lift, drag and moment coefficients express that increasing in Reynolds number and rotation rate lead to lower lift and drag coefficients, while moment coefficient has a gradual growth similar to the circular cylinder case. However, the dependency on the Reynolds number is higher in a way that by increasing the rotation rate from 1 to 3 the change in the coefficients is at least 40 percent more than changes of coefficients due to tripling the Reynolds number.
    Keywords: Rotating cylinder, Triangular cylinder, Laminar flow, Numerical solution, Free stream
  • A. Farhang Sotoodeh *, H. Nekumaram, M. ghazi, M. Amidpour Pages 173-182
    In this paper, the principles of constructal theory is utilized for modeling and designing of three stream tubular heat exchangers. The target is improvement of thermal performance of this kind of heat exchangers using constructal theory especially dendritic systems. In this regard, the differential equations of a threes stream heat exchanger are extracted and its solution is achieved. A consecutive division ratio is obtained using constructal theory and Lagrange method for three stream tubular heat exchangers. this ratio reduce remarkably the design and optimization procedures of a tree-shaped three stream heat exchanger which is actually a complicated and cumbersome task. Finally, the design algorithm of a three stream dendritic heat exchanger is extracted using geometric and thermal modeling. In order to evaluate the presented algorithm, a case study is used and the results will be shown. The results shows remarkable reduction of pressure drop and heat transfer area in tree-shaped heat exchanger rather than the typical tubular heat exchangers.
    Keywords: Three Stream Tubular Heat Exchanger, Constructal Theory, Dendritic Design, Division Ratio, Pressure Drop, HeatTransfer Area
  • A. Shams Taleghani * Pages 183-192
    In this paper, flow control ability with suction over a circular cylinder has been numerically investigated in order to drag reduction and elimination of unsteadiness and the resultant vibrations. The efficiency of this flow control method is dependent to different parameters. Some of these parameters are dependent to geometry and the rest are dependent to flow characteristics. For this purpose, the geometric parameters of width and position of suction slat and also the suction flow velocity are studied in this investigation. 2D flow physics around the cylinder have been simulated in Re=3.3*104 with K - ε (RNG) turbulence model. The obtained results show the elimination of Von Karman vortices under sufficient suction. Suction causes vacuum in viscous sublayer and elimination of low momentum regions via momentum transfer from outer layers, and consequently postpone the separation. The results indicate that pressure drag is decreased, skin friction drag is increased and total drag is decreased about 55%.
    Keywords: Flow Control, Suction, Unsteadiness, Vortex Shedding
  • P. Salehi, Firoozabadie, F. Honarvar * Pages 193-202
    There are many two-layerd components where the outer layer is a metal of high acoustic impedance and the inner (insulating) layer is a non-metal with low acoustic impedance. In most cases, it is impossible to directly access the inner layer for inspection or thickness gaging. The key problem in thickness gaging of the inner layer from the outer surface is that the backwall echo from the insulation cannot be identified in the very many backwall echoes coming back from the metal layer. In this paper, we use the signal processing techniques of wavelet transform and EMD algorithm to overcome this problem. To demonstrate the repeatability of these methods, three two-layered samples called A, B and C are prepared. The backwall echo of the insulation layer cannot be identified in any of these samples without further processing. The results indicate that both methods can facilitate the measurement of the insulation thickness, however, due to higher sensivity of the wavelet method, it is more suitable than the EMD algorithm.
    Keywords: Ultrasonic thickness gaging, EMD algorithm, wavelet transform, time delay
  • A. Saffari, M. Modabberifar * Pages 203-211
    Magnetic levitation systems are recently used for contactless transportation of objects. In magnetic levitation, the object can be levitated by actively controlling the magnetic field based on the measured air gap between the object and the levitator. These systems are affected from the velocity of moving objects, the distance of suspended object from magnetic core and intensity of magnetic field as well as dynamic loads. Environmental noises cause instability in these systems. In this paper, a contactless transportation system has been proposed for vertical transportation of a metal sphere. PID controller was used to stabilize the transportation. The performance of this transportation system at different vertical speeds was analyzed. Results show that the suggested method could precisely monitor sudden moves. The proposed magnetic suspension system can maintain the stability of suspended object at the maximum velocity of 4.53m/s in upward movement.
    Keywords: Controller, magnetic suspension system, stability, air gap
  • H. Safikhani *, S. A. R. Mostafavi Pages 213-218
    In this paper, multi-objective optimization (MOO) of heat transfer and flow field in interrupted micro channel heat sinks (MCHS) with rectangular fins using in computer chips is performed using Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques and Nondominated Sorting Genetic Algorithms (NSGA II). At first, fluid flow is solved numerically in 100 various interrupted MCHS with rectangular fins using CFD techniques. Finally, the CFD data will be used for Pareto based multi-objective optimization of fluid flow in MCHS with rectangular fins using NSGA II algorithm. In the MOO process there are three geometrical parameters and the conflicting objective functions are to simultaneously maximize the amount of heat transfer and minimize the pressure drop. It is shown that the achieved Pareto solution includes important design information on fluid flow in MCHS with rectangular fins.
    Keywords: microchannel heat sink (MCHS), rectangular fins, computer chips, multi-objective optimization, CFD, NSGA II
  • M. Ziaei, Rad *, E. Afshari, M. Sadeghi Pages 219-227
    Turbulent flow and heat transfer of water-copper nanofluid at the leading edge of a surface with two unequal obstacles issimulated numerically. The importance of this study is to simultaneously consider the effect of flow obstacles and nanoparticles on flow and heat transfer of turbulent boundary layer, which can not be found in previous literatures. Turbulent modeling is performed by a modified k- model with two-layer zonal Wolfstein model for near wall treatment. The effects of Reynolds number, distance between the obstacles, the volume fraction and diameter of nanoparticles on the flow parameters are investigated. The results indicates that by changing both the blocks distance and solid volume fraction, the size of recirculation zone between the blocks changes and consequently, the Nusselt number is affected. At large distance between the obstacles, the recirculation zone behind the first block can not reach the second block and hence, the rate of heat transfer decreases. At low Reynolds numbers, convective heat transfer is less than thermal diffusion and therefore, the heat transfer rate is less influenced by the solid volume fraction. Moreover, due to the role of nanoparticles motion on the rate of convective heat transfer, smaller nanoparticles in diameter are more effective in heat transfer enhancement.
    Keywords: Turbulent flow, convective heat transfer, unequal obstacles, nanofluid, entrance region
  • M. Tahani *, S. Saremian, H. Yousefi, R. Fahimi, Y. Noorollahi Pages 229-238
    In radial turbines, two types of the radial and tangential volute are usually used in terms of their applications. In the application of the pump as turbine, the utilized type of radial or tangential volute is very important in terms of their operation areas. In this paper, the effect of the volute type and its diameter reduction as one of the effective parameters in turbine state was investigated. In this regard, PAT was designed with CFTurbo software, and mesh generation process was performed with ANSYS Meshing software, and by CFX software Analyzed with finite volume method approach and turbulent k-ω SST model, and the results of numerical simulation with the experimental results were compared and validation. Investigating the effect of volute type in turbine mode on hydraulic parameters and efficiency showed that when the flow rates is less than BEP point (Q<QBEP), the radial volute efficiency is 0.715% higher than the tangential volute, and when the flow rates is greater than the BEP point (Q>QBEP) use of tangential volute causes an increase in the efficiency up to 1.03% compared to the radial volute. The results of the reduction in the diameter of the volute indicate an increased of 4.05% of the efficiency at BEP point, of course in lower points of BEP point is more effective than higher points (Q<QBEP).
    Keywords: Pressure Reducer, Increase the efficiency, Volute diameter reduction, Centrifugal pump, Numerical modeling
  • G. Abdizadeh, S. Ghasemloo * Pages 239-248
    Plasma actuator is one of the noteworthy devices in flow control techniques which can delay separation by inducing external momentum to the boundary layer of the flow. In this paper, Numerical analysis of NACA0012 airfoil in plunging motion and some effective agents on it (reduced frequency, amplitude, Reynolds number), has been studied in with and without plasma actuator. The results indicates that, increasing in reduced frequency, increase the values of lift coefficient. By increasing reduced frequency, power of vortices shed into downstream and separate from the airfoil surface increases and the velocity variation in downstream decreases. Reducing friction in flow lead to increase velocity; as a result, the amount and range of thrust increases. Increasing amplitude and Reynolds number, respectively lead to increasing and reducing aerodynamic performance. When plasma actuator is on, lift coefficient and thrust would increase and aerodynamic coefficients would improve. Increasing in Reynolds number decreases the effects of the plasma actuator on the improvement of the aerodynamic coefficients.
    Keywords: Separation, Plunging motion, Plasma actuator, Reduced frequency
  • M. Fathi, O. Jahanian *, D. Domiri Ganji Pages 249-258
    Homogeneous charge compression ignition (HCCI) is an advantageous combustion concept in terms of efficiency and pollutant emissions. However, its limited operating range suppressed its successful utilization. One applicable method to use this concept is to combine it with other combustion strategies. Direct fuel injection into the combustion chamber is an applicable strategy aiming at this target. To make this concept an applicable one for engines, there should be validated models both for performance prediction and control applications. Single zone models are good and rapid performance predictors and can be used in control applications. Due to the intrinsic characteristics of HCCI being a kinetically controlled combustion, chemical kinetics should be incorporated in modeling it. Therefore, in this study a stand-alone single-zone thermo-kinetic model is developed and validated against experimental measures. Since the main assumption of the developed model is the immediate vaporization of the injected liquid fuel, the validity of the model confirms the idea which states that in the case of early direct fuel injection, in-cylinder combustion can be regarded as HCCI. Furthermore, the results show good agreement with the measurements. The model predicts combustion phasing within 0.5 crank angle degrees while engine power is estimated with an acceptable accuracy of 90 percent.
    Keywords: Homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine, Fuel injection, Single-zone model, Charge stratification
  • A. R. Fathi, M. Ahangar * Pages 259-267
    The impinging jet resulted from corona discharge has been used in different applications such as cooling, refining and enhancing heat transfer. In this research, the characteristics of this flow including velocity and the force applied by the impinging jet have been numerically studied. Hence, the governing equations of plasma flow under the influence of electrostatic field has been solved by using a finite element method. The final results show that in atmospheric condition, by applying a voltage of 500 V between two electrodes with a 200 μm gap, the maximum velocity after impingement reaches to 2.3 m/s. Also the maximum volume force applied on the cathode surface is almost equal to 1.23× 107 N/M3 . The conducted simulation has successfully shown the process of jet formation in four steps including ion production, ion flow stretching, ion flow impingement to the cathode surface and finally jet expansion.
    Keywords: Plasma flow, Corona Discharge, Numerical Modeling, Electrohydrodynamic Equations
  • H. Ghorbani Kohan Fallah, R Ansari Khalkhali *, A. Darvize, S. Rouhi Grakaroudi Pages 269-278
    In this paper, the atomistic finite element model is used to study the compressive behavior and mechanical properties of singlewalled carbon nanotubes-graphene nanosheets junctions with different boundary conditions. Considering nanotubes as space frame structure, classical structural mechanics approaches can be used to study their mechanical behaviors. The beam and mass elements are used to model the bonds and atoms, respectively. In order to determine the properties of the beam elements, the energy tems in molecular mechanics are equated to those in the structural mechanics. The present analysis provides useful data about the applicability of finite element model to predict the elastic modulus and critical compressive forces of carbon nanotube-graphene junctions. The results show that in a constant aspect ratio (the ratio of the length to the radius of nanotubes), increasing length of the nanotube leads to decreasing the critical compressive force. While the elastic modulusis constant. Moreover, increasing aspect ratio results in decreasing the critical compressive force negligible increasing in elastic modulus. The amount of critical compressive force of the nanotubes under clamped-clamped boundary condition is more than the other boundary conditions. Finally, the first ten mode shapes of the armchair and zigzag nanotubes are drawn for one-side and two-sided junctions, and it is shown that the mode shapes of the armchair and zigzag nanotubes are almost similar.
    Keywords: Finite element modeling, Single-walled carbon nanotubes connections, Critical compressive force, Modulus ofelasticity
  • I. Ghanavati, E. Jafari * Pages 279-288
    In this study, corrosion and mechanical properties of AISI 420 martensitic stainless steel after welding and heat treatment were studied. Heat treatment cycle in order to optimize the mechanical and corrosion properties of the steel after welding was investigated. After TIG welding and heat treatment of tempering, hardness and tensile, and impact mechanical tests and corrosion polarization tests were performed on the samples. Also to study the microstructure and identify the type of the happened corrosion, by optical microscopy and transmission electron microscopy (SEM), the samples were examined. By The results of mechanical tests and corrosion, heat treatment conditions to achieve optimum mechanical properties and good corrosion properties was determined after welding. In conclusion, the cycle of heat treatment of tempering at a temperature of 300˚C and 1 hour, is an appropriate cycle in order to achieve Suitable corrosion and mechanical properties for welded 420 stainless steel.
    Keywords: martensitic stainless steel, heat treatment, microstructure, polarization
  • M. Kamali, A. Asgarshamsi * Pages 289-297
    Nowadays, the centrifugal pumps are one of the essential components of various industries. So improving their efficiency is so important. In this paper, the effective parameters in flow losses and increasing the efficiency of a centrifugal pump impeller have been investigated by numerical solution of three-dimensional turbulent flow of water fluid in a steady-state, incompressible and noslip condition on the walls and the surfaces of the vanes using ANSYS 16.0 software. Optimizing these parameters has led to increasing the pump efficiency. For this purpose, the parameters such as the number of the impeller vanes, inlet and outlet angles and leading and trailing edge thicknesses, have been studied. To validate the numerical solution, the provided results are compared with the pump characteristic curves of Manufacturer Company. With the change in the pump impeller design, the efficiency of the pump has been increased to 48 percent.
    Keywords: Centrifugal Pump, Impeller, Head, Efficiency
  • M. Mohammadi, E. Hajidavalloo *, M. Behbahani, Nejad Pages 299-307
    In this paper, fluid flow in Francis turbine draft tube is simulated with and without water injection condition in unsteady state using actual and straight diffuser geometry of draft tube. Also a new method for selecting nozzle diameter for injection is proposed. Simulation is carried out using Fluent software and k-ε and SST k-ω turbulence models in the straight and actual geometries of the draft tube, respectively. In two considered geometries, results of proposed method for selecting the nozzle diameter, which is based on the ratio of the total loss to the pressure recovery factor, have been compared with the method used in the previous researches, which was based on the total loss calculation. Inlet boundary conditions and validation are based on the experimental data. Results show that selecting nozzle diameter is depended on the geometry of the draft tube, and using the ratio of total loss to pressure recovery factor approach for selecting nozzle diameter will improve the size of selected nozzle diameter up to 33%, velocity fluctuations up to 16.3% and pressure fluctuations amplitude up to 19% in draft tube.
    Keywords: vortex rope, water injection, Francis turbine, draft tube, pressure recovery factor
  • P. Mashhadi Keshtiban * Pages 309-318
    In this study equal channel multi angular pressing (ECMAP) process as one of the most effective severe plastic deformation (SPD) techniques in producing ultrafine grained AL5754 alloy has investigated using combined Taguchi-Grey method. Response parameters of Taguchi were obtained using Deform2D software. Due to the number of investigated factors, Taguchi L27 orthogonal array were selected. Process parameters and die geometrical parameters considered as input parameters and the plastic strain of final strip, the strain inhomogeneity of the final strip and the process force were selected as objective parameters. Then, input parameters values of optimum condition were extracted which the objective of the optimization was minimizing both process force and strain inhomogeneity and maximizing the equivalent plastic strain. Moreover, using the regression analysis, first order relation among input parameters and objectives were obtained. Then, with the aim of specifying the effectiveness of each input variable on objective parameters, analysis of variance (ANOVA) was employed. The results revealed that, three parameters namely friction coefficient (Fc), die channel angle (Φ1) and die corner curvature angle (Ψ2) are the most effective parameters, respectively.
    Keywords: SPD, ECMAP, Strip, Taguchi, ANOVA
  • N. Mollaei, B. nami, S. Parvizi * Pages 319-325
    The IN792 casting superalloy is used in the manufacture of movable blades for gas turbines. Due to exposure to hard conditions, these parts are subjected to a variety of microstructural changes. The control of various stages of blade manufacturing includes casting, forging and heat treatment. In the meantime, controlling the heat treatment variables during the processing of nickel base superalloys is easier due to the ease of switching than other variables and the great influence on the microstructure and mechanical properties. Therefore,. The present research work is directed towards determining the effect of heat treatment`s parameters (time and temperatures of the final stage of aging treatment) on the hardness and microstructure properties of IN792 nickel-based superalloy. For this purpose, the 9 samples were annealed and then were solution heat treated, followed by a two-stage ageing process. In final stage of ageing, 3 different temperatures (870,845,800°C) in different ageing time (16, 24, 30 hours) have been chosen. The result revealed that in a constant time by increasing temperature, size of 𝜸́ phases increased while the amount of them decreased. The results was the same in a constant temperature and increasing time. The strength of these alloys is basically depends on a factors like volume fraction, size, growth rate, composition and well distribution of 𝜸́ precipitates. Homogeneous and uniform distribution of 𝜸́ precipitates was observed in a sample that was age treated at 845°C for 16 hours in which, the maximum hardness had been occurred. Also by increasing time and temperature, eutectic phases dissolved in matrix and carbides precipitate in the matrix and near boundaries which will improve mechanical properties.
    Keywords: IN792 super alloy, final stage aging, 𝛾́ phase, microstructure, mechanical properties
  • M. Mirakhory, M. M. Khatibi *, S. Sadeghzadeh Pages 327-336
    Graphene is one of the youngest member of the nano-carbon material with two-dimensional structure which has extraordinary mechanical and electrical properties. Graphene sheets can also be used as mass sensors. In this paper, the special applications of this substance as a mass sensor are considered. The vibrational behavior of a graphene mass sensor is studied by molecular dynamics simulation method. Also, the effects of increase the dimensions of the rectangular sheet in two zigzag and armchair directions has been studied on natural frequencies. For this purpose, a square graphene sheet has been created in the molecular dynamic environment and the particle displacement is obtained from the molecular dynamics method. The displacements are analyzed using the frequency domain decomposition method and the first natural frequency of the sheet is calculated. Then, the dimensions of graphene sheet have been changed in the zigzag and armchair directions, and the natural frequency of the sheet is also estimated. In order to validate the method, the estimated natural frequency is compared with the results of one of the improved theories of continuous mechanics. In the following, the ability of graphene sheet for detection of attached mass has been examined using the presence of concentrated gold particles. Finally, the sensitivity of graphene sheet to the attached masses is presented.
    Keywords: graphene, mass detection, molecular dynamics simulation, natural frequency
  • M. Nazemian, E. Neshat *, R. Khoshbakhti Saray, K. Poorghasemi Pages 337-343
    The purpose of this study is to investigate the effect of injection timing on various exergy terms of reactivity control combustion ignition with natural gas fuels and n-heptane, which are considered low and high fuel reactivity, respectively. The engine is simulated using a three-dimensional model and the numerical results are compared with the experimental data and the accuracy of model is validated. Thermomechanical exergy, chemical exergy, work, exergy of heat transfer and the amount of irreversibility are calculated in each times step. The results show that fuel burns more perfectly by advanced start of injection due to more fuel and air mixing time. This causes the in cylinder temperature charge to be high enough to increase the heat transfer exergy due to increased heat transfer. In addition, the high temperature in the case when the start of injection is too advanced leads to an increase in irreversibility due to an increase in the number of chemical reactions.
    Keywords: Reactivity control combustion ignition, exergy, natural gas, n-heptane, injection timing
  • M. Nadimi, M. Khalilian * Pages 345-354
    In this study, firstly, a three-bladed vertical axis wind turbine with straight blades was three-dimensionally modeled using computational fluid dynamics (CFD) and the obtained results were compared to the experimental data presented by other researchers. Then, a two-bladed vertical axis wind turbine with straight blades was simulated under the same conditions, and its aerodynamic characteristics and performance were compared to those of the three-bladed turbine. The comparison on aerodynamic characteristics between the two turbines was made at different tip velocities considering the peak power produced by each turbine at each tip velocity. Results showed that, despite its lower rigidity compared to the three-bladed turbine, the two-bladed turbine was highly efficient, with the largest difference between power factors of the two turbines occurringat a tip velocity ratio of 2.55. Furthermore, in this research, the produced power by the two-bladed turbine exceeded that of the three-bladed turbine by 54%, further confirming cost-effectiveness and efficiency of the considered two-bladed turbine.
    Keywords: Vertical Axis Wind Turbine (VAWT), Computational Fluid Dynamics(CFD), Tip Speed Ratio (TSR), Solidity
  • H. Hadi, H. Radmanesh *, M. Bayat Pages 355-364
    Fuel cells have attracted considerable interest during the recent years. Among the different types, high temperature fuel cells are very promising because of their high efficiency, fuel flexibility and high temperature of the exhaust heat which can be used for cogeneration. Among the high temperature fuel cells, Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) has several advantages but is studied less than others. Co2 capturing and internal reforming are its benefits. Internal reforming eliminates the need for external reformers and increases the overall efficiency of the system. In order to better understand the performance of MCFC, in this study, the model of MCFC with indirect internal reforming is developed step by step. The model is developed in a way that has a proper response speed and accuracy. Given that MCFC is a developing technology particularly in our country, evaluating the performance of this technology under different condition could be useful in further progress of MCFC. In order to evaluate the parameters of molten carbonate fuel cell, the impact of parameters such as pressure, fuel cell inlet temperature, steam to carbon ratio, utilization factor of fuel and utilization factor of air and carbon dioxide on the efficiency of the fuel cell is examined. Given that MCFC is a developing technology, particularly in our country, evaluating the performance of this technology under different conditions could be useful in further progress of MCFC. According to the sensitivity analysis conducted, parameters such as pressure, steam to carbon ration, fuel cell inlet temperature and utilization factor of fuel have the most impact on the efficiency of MCFC. With increasing pressure, efficiency is reduced from 56% to 42%. Also, increasing steam to carbon ratio, fuel cell inlet temperature and utilization factor of fuel increases the efficiency by 6.2%, 7.5% and 14.3%, respectively. On the other hand, the utilization factor of air and carbon dioxide have the least impact on the efficiency of MCFC.
    Keywords: Molten Carbonate Fuel Cell, Indirect Internal Reforming, Hydrocarbon Fuels, Modeling, Sensitivity Analysis
  • R. Honarkhah *, Y. Bakhshan, M. Rahmati, J. khorshidi Mal Ahmadi Pages 365-374
    In the present paper, using the non-equilibrium molecular dynamic (NEMD) method, thermal conductivity coefficient of water based nanofluids was calculated and the influence of the metal nanoparticles type with four particle types including copper, silver, platinum, and gold inside a cooper nanochannel was investigated. Also, Pcff force field was used for modeling of the bonded and unbonded interactions among the molecules of water, nanoparticles, and the walls. The results, show that the silver nanoparticle has the maximum effect on the increasing of the nanofluid thermal conductivity coefficient. The interaction and tendency between water and nanoparticles were investigated by using of the radial distribution function (RDF) analysis and the diffusion coefficient of the nanofluid inside the nanochannel was then evaluated. Moreover, the thermodynamic properties of nanofluids including Cv and Cp were studied by using equilibrium molecular dynamic (EMD) method. The studies indicate that by adding nanoparticles to water, the specific heat value is reduced in constant pressure and volume, of which the minimum and maximum specific heat reduction is related to copper and platinum nanoparticles. By investigating the diagram of atoms’ density distribution, it was found that the highest density is related to the silver nanoparticle and the maximum thickness of water layer is formed alongside with the gold nanoparticle. The viscosity of the nanofluids was also calculated by two methods of equilibrium and non-equilibrium dynamics and it was specified that the viscosities obtained for the nanofluids were increased by adding the nanoparticles to water fluid.
    Keywords: Thermal Conductivity Coefficient, Pcff Force Field, Radial Distribution Function, Diffusion Coefficient, SpecificHeat Value, Viscosity