فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک
سال پنجاه و یکم شماره 3 (پیاپی 96، پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/02
  • تعداد عناوین: 30
|
  • محمد مهدی ابوترابی*، عارف سلیمی نیا صفحات 1-6

    زبری سطح قطعه کار به عنوان یکی از مهمترین پارامترهای خروجی فرایند ماشینکاری، تاثیر بسزایی بر هزینه نهایی تولید دارد. پارامترهایی مانند تیزی لبه برنده، ارتعاش و سایش ابزار برشی تاثیر زیادی بر زبری سطح قطعه کار می گذارند. در این مقاله، اثر عملیات تبریدی روی ابزار برشی بر سایش ابزار و کیفیت سطح قطعه کار در پارامترهای مختلف ماشینکاری (سرعت برشی، نرخ پیشروی و عمق برش) بررسی و با تراشکاری خشک و معمولی (تر) فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 AISI مقایسه شده است. برای طراحی آزمایش ها از روش تاگوچی و از روش نسبت سیگنال به نویز جهت تجزیه و تحلیل نتایج استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده، سایش در ابزار عملیات تبریدی شده نسبت به ابزار برشی در حالت های ماشینکاری خشک و معمولی کاهش یافته است. زبری سطح قطعه کار در حالت ماشینکاری با ابزار عملیات تبریدی شده به دلیل کاهش سایش ابزار و حفظ تیزی لبه برنده ابزار برشی کمتر از دو حالت ماشینکاری خشک و معمولی است.

    کلیدواژگان: تراشکاری، عملیات تبریدی، ابزار برشی، سایش ابزار، زبری سطح
  • سید علی اکبر پوراحمدی بابکی، شهرام طالبی* صفحات 7-16
    الکتروویننینگ، فرایند نشاندن یون های مس محلول در الکترولیت داخل سلول به روی کاتد توسط ایجاد جریان الکتریکی است. در پژوهش حاضر، با استفاده از شبیه سازی سلول الکتروویننینگ مجتمع مس میدوک به بررسی ضریب انتقال جرم روی تمام سطح کاتد پرداخته شده است. شبیه سازی این سلول ها با استفاده از دینامیک سیالات و نرم افزار انسیس سی اف ایکس انجام شده است. تعداد 13 معادله دیفرانسیل جزیی سیالاتی باشرایط مرزی خاص توسط این نرم-افزار حل شده است. مقدار ضریب انتقال جرم کاتد در سلول واقعی مس بااستفاده از اندازه گیری جرم مس ورقهای کاتد تولیدی هر سلول و شرایط کاری سلول در شرایط واقعی بدست آمد. نتایج نشان از اختلاف 9/1 درصدی مقدار واقعی در مس میدوک و مقدار مدل سازی می دهد. با این مدل سازی مقادیر ضریب انتقال جرم برای فواصل بین الکترودی مختلف به دست آمد، که در مقایسه روابط آزمایشگاهی مربوط به جریان سیال آشفته غیر توسعه یافته در سلول با مقدار انحراف 5/0 درصد نیز اعتبارسنجی شد. از این مدل ضریب انتقال جرم برای حالات کاربردی مختلف مانند حالت اسپری حباب اکسیژن از ورودی الکترولیت با کسر جرمی های مختلف، تغییر دمای و تغییر دبی الکترولیت ورودی تعیین شده است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی هیدرودینامیکی، دینامیک سیالات محاسباتی، سلول الکتروویننینگ، ضریب انتقال جرم، اعتبارسنجی صنعتی و روابط آزمایشگاهی، تغییر هندسه و مشخصات کارکرد سلول
  • ساسان توکلی، رضا دهقانی*، محمدرضا کارآموز راوری صفحات 17-24

    ربات های پیوسته قدرت مانور بهتری نسبت به ربات های سری متداول با بازوهای صلب، به خصوص در محیط های محدود از خود نشان می دهند. انطباق ذاتی این ربات ها باعث می شود تعامل مناسب تری را با اجسامی که با آن روبرو می شوند، ارایه کنند. در این ربات ها از کابل های متصل به دیسک ها به عنوان عملگر استفاده می شود. در این مقاله، ابتدا سینماتیک یک ربات پیوسته کابلی بررسی می شود. با استفاده از معادلات بدست آمده در تحلیل سینماتیک، تحلیل دینامیکی انجام می شود و معادلات حرکت ربات پیوسته استخراج می شود. با توجه به عدم قطعیت مدل دینامیکی یک کنترل گر مقاوم پیشنهاد می شود. در روش پیشنهادی، توابع غیرخطی مربوط به نیروهای کوریولیس، جانب مرکز و جاذبه با استفاده از شبکه عصبی شعاعی و توابع تصویر تخمین زده می شوند و در کنترل گر از تقریب آن ها استفاده می شود. برای تایید عملکرد کنترل گر پیشنهادی، چند شبیه سازی انجام می شود. نتایج نشان می دهد که کنترل گر پیشنهادی می تواند ربات پیوسته را بدون دانستن اطلاعات جملات غیر خطی مدل دینامیکی در مسیر مطلوب قرار دهد.

    کلیدواژگان: ربات پیوسته کابلی، کنترل گر مقاوم، شبکه عصبی شعاعی، تابع تصویر
  • پریسا جدید میلانی، محمدعلی حامد* صفحات 25-34

    کوادروتور از جمله پرنده های بدون سرنشین است که به دلیل قابلیت بالا در مانوردهی و ساختار نسبتا ساده مورد توجه قرار گرفته است. در مقابل، رفتار به شدت غیرخطی از معایب این وسیله به شمار می آید. با توجه به اینکه مدل دینامیکی کوادروتور غیرخطی و همراه با عدم قطعیت ها است، از روش های کنترل مقاوم از جمله مد لغزشی به منظور ردیابی مسیر مطلوب و پایداری سیستم استفاده می شود. با وجود قابلیت های بالای روش مد لغزشی، مشکل نوسان فرکانس بالا در سیگنال ورودی از معایب آن به شمار می رود که با استفاده از روش های مرتبه بالا کاهش می یابد. در این مقاله رفتار کنترل کننده های مد لغزشی مرتبه اول و دوم در ردیابی دقیق موقعیت و زاویه یاو همراه با پایدارسازی زوایای رول و پیج کوادروتور تحت شرایط عدم قطعیت زیاد مورد بررسی قرار گرفته است. در مد لغزشی مرتبه دوم از الگوریتم فراپیچشی برای طراحی کنترل کننده استفاده شده است. با وجود عدم قطعیت های پارامتری در سیستم، نتایج حاصل از شبیه سازی ها نشان از کارآمدی روش کنترلی مد لغزشی مرتبه دوم در ردیابی، پایداری و کاهش پدیده نوسانات ناخواسته دارد.

    کلیدواژگان: کوادروتور، مد لغزشی مرتبه اول، مدلغزشی مرتبه دوم، ردیابی موقعیت، نوسانات ناخواسته
  • ابوالفضل حاجی زاده اقدم* صفحات 35-40
    امروزه مطالعه برهم کنش حباب با سطوح صلب و الاستیک در بسیاری از کاربردهای مهندسی و پزشکی از اهمیت فراوانی برخوردار است. در این مقاله رفتار حباب در مجاورت یک سطح الاستیک و همچنین بین دو سطح صلب و الاستیک موازی با هم به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت. در تمامی حالات، حضور سطوح در مجاورت حباب باعث افزایش طول عمر حباب گردید. حباب در مجاورت یک سطح الاستیک در فاز فروپاشی به شکل "قارچ" تبدیل شده و نهایتا به دو حباب کوچکتر تقسیم می شود. زمانی که حباب در وسط دو سطوح صلب موازی هم و همچنین دو سطح الاستیک موازی هم قرار گرفت در فاز فروپاشی به دلیل تغییرات فشار موضعی متقارن اطراف آن، حباب به ترتیب شکل های "دمبلی شکل" و " گلدانی شکل" را به خود گرفت. در این حالات در انتهای فاز فروپاشی، شاهد تقسیم حباب به دو حباب کوچکتر و تشکیل دو جت مایع معکوس به سمت سطوح بودیم. همچنین پارامترهای بی بعد فاصله حباب از سطوح (h) و خروج از مرکزی (ԑ) بین سطوح صلب و الاستیک بررسی گردید.
    کلیدواژگان: حباب، سطح صلب، سطح الاستیک، الاستیسیته، خروج از مرکزی، جت مایع
  • علی داور، سید صدرالدین موسوی، رضا آذرافزا* صفحات 41-49
    اتصال کمربند گوه‏ای معمولا برای اتصال پوسته‏های استوانه‏ای در صنعت استفاده می‏شود. در شرایط واقعی پارامترهای مختلف اتصال، همچون ضریب اصطکاک و نیروی کشش کمربند دارای عدم قطعیت بوده و توزیع آماری دارند. در این مقاله مدل اجزاء محدود گسسته‏ای ارایه شده که ضمن داشتن سرعت حل مناسب، توانایی لحاظ کردن عدم قطعیت‏ها را به شکلی منطبق با واقعیت دارد. بدین ترتیب که اتصال به چندین قطاع که در هر کدام تنها یک گوه حضور دارد، افراز شده و به جای هر کدام یک فنر خطی با سفتی‏های متفاوت گذاشته می‏شود. مدل‏ ارایه شده با نتایج مقالات گذشته اعتبار سنجی شده است. در این مقاله ابتدا با استفاده از روش مونت کارلو توزیع آماری سفتی‏ها محاسبه شده و در ادامه به کمک مدل گسسته، ظرفیت تحمل بار محوری و خمشی محاسبه شده است. سپس با در نظر گرفتن مقادیر مختلف ضریب ایمنی، قابلیت اطمینان هر طرح به کمک مدل ساده شده محاسبه شده است. جدول بدست آمده گویای این مطلب است که طراح با انتخاب هر ضریب ایمنی به چه میزانی از قابلیت اطمینان یا احتمال خرابی خواهد رسید.
    کلیدواژگان: عدم قطعیت، مونت کارلو، اتصال کمربند گوه‏ای، قابلیت اطمینان
  • حدیث ژرفی* صفحات 51-57
    در این مقاله تغییر شکل خزشی پایا در دیسک دوار ساخته شده از مواد هدفمند Al-SiC توسط روش مربعات دیفرانسیل تعمیم یافته تحلیل و بررسی شده است. خزش با استفاده از مدل شربی توصیف شده است. تمام پارامترهای این مدل به کسر حجمی توزیع ذرات آلومینیوم و کاربید سیلیسیم، دما و اندازه ذرات وابسته هستند. همچنین تمام مشخصه های مکانیکی و حرارتی هر نقطه از دیسک با استفاده از یک قانون ترکیب مناسب به صورت تابعی از کسر حجمی و مشخصات ذرات تشکیل دهنده تعریف شده است. با استفاده از معادلات تعادل، معادلات پیوستگی و نیز معادلات کرنش-جابجایی، معادلات خزش دیسک دوار بر پایه ی جابجایی ها بدست آمده و این معادلات با استفاده از یک الگوریتم حل جدید و توسط روش مربعات دیفرانسیل تعمیم یافته حل شده است. توزیع تنش ها و کرنش های خزشی در دیسک با توزیعات مختلف ذرات تشکیل دهنده بدست آمده و تاثیر نحوه توزیع ذرات در رفتار خزشی دیسک دوار مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد دیسک با توزیع خطی ذرات دارای بیشترین نرخ های خزش و جابجایی می باشد بنابراین مناسب است از توزیعات توانی غیر یک برای مواد تشکیل دهنده استفاده شود.
    کلیدواژگان: خزش پایا، دیسک دوار، ماده FGM، روش GDQ، توزیع ذرات، نرخ خزش
  • محمدرضا سلطانی، فرهاد حاجی ابوطالبی*، حمید بهشتی، سعید اصغری صفحات 59-68

    لوله گرمایی یک وسیله انتقال گرمای دو فازی، با قابلیت رسانایی گرمایی بسیار بالا و موثر است. ساختار یک لوله گرمایی از نظر عملی به سه منطقه تقسیم می شود: الف) ناحیه تبخیرکننده که در یک انتهای لوله قرار داشته و در این منطقه گرما به محفظه وارد می شود، ب) ناحیه چگالنده که در انتهای دیگر لوله بوده و گرما در این ناحیه دفع می گردد و ج) ناحیه آدیاباتیک که بین دو ناحیه تبخیرکننده و چگالنده را شامل می شود. در این تحقیق، فرآیند شکل دهی لوله های گرمایی شیاردار در ابعاد مینی/میکرو به روش اکستروژن شبیه سازی عددی شده و امکان تولید توسط فرآیند اکستروژن بررسی می گردد. در خلال شبیه سازی های عددی، میزان نیروی لازم برای شکل دهی و تاثیر متغیرهایی مانند جنس لوله، قطر لوله، طول لوله، تعداد شیارها در مقطع لوله و پروفیل شیار بررسی می گردد. به علاوه، اثرات متقابل پارامترها بر یکدیگر شناسایی شده و انتخاب مناسب برخی پارامترها نظیر سرعت فرآیند اکستروژن و نوع پروفیل شیار صورت می گیرد.

    کلیدواژگان: لوله گرمایی شیاردار، فرآیند اکستروژن، شبیه سازی عددی، تاثیر پارامترهای هندسی و جنس
  • عقیل شاولی پور*، سعید ریزه بندی صفحات 69-78
    امروزه کامیون های تانکردار مرسوم ترین وسایل حمل و نقل محموله های شامل مایعات هستند که درصد زیادی از این مایعات، قابلیت اشتعال فراوانی دارند. تلاطم مایع درون تانکرهای جاده ای به طور قابل توجهی تعداد حوادث جاده ای را در چند دهه گذشته افزایش داده است. بنابراین تحقیقات قابل توجهی برای بررسی و طراحی و بهینه سازی پره های درون این تانکرها به منظور بالابردن حالت سکون و پایداری در مایع درون تانکرهای حمل سوخت مورد نیاز است. . رفتاری که بارگذاری های شامل مایعات از خود نشان می دهند بسیار متفاوت تر از رفتاری است که در بارگذاری های خشک صورت میگیرد. هنگامی که مایع درون مخزن شروع به تلاطم می کند، باعث ایجاد تغییرات نیروی وزن می شود. که این جابجایی وزنی موجب ایجاد تکانه در مایع می شود و به سرعت فروکش نمی کند. در این پژوهش، بمنظور بررسی اثرات هیدرودینامیکی سیال بروی مخازن ابتدا تاثیر عمق پرشدگی برای مقایسه زمان استراحت سیال ونیروی وارده بر پروانه در عمق های پرشدگی مختلف بررسی شده است.
    کلیدواژگان: سیال آشوبناک، پره های ضد تلاطم، عمق پرشدگی، تعداد پره ها، لزجت سیال، معادلات ناویر- استوکس
  • تقی شجاعی، بیژن محمدی*، ایمان زیدآبادی نژاد، رامین صفاری صفحات 79-88

    در این پژوهش، رفتار کمانش ورق کامپوزیتی مستطیلی شکل دارای گشودگی دایروی کوچک با وجود شرایط تکیه گاهی دو طرف ساده و دو طرف آزاد (SS-FF) با آزمون های تجربی بررسی شده و نتایج حاصل با روش های تمام انرژی، نیمه تحلیلی و اجزاء محدود مقایسه شده است.نتایج تجربی با استفاده از یک فیکسچر نوآوری شده که شرایط مرزی را به خوبی ارضاء می کند، به دست آمده است. در روش نیمه تحلیلی، تابع تنش ایری ورق، متناسب با شرایط تنشی در صفحه محاسبه شده و توزیع تنش ورق در بررسی کمانش اعمال شده است. نتایج به دست آمده نشان دهنده تاثیر قطر گشودگی و ضخامت ورق بر رفتار کمانش ورق کامپوزیتی است. با بررسی نتایج نشان داده شده است که روش نیمه تحلیلی دقت بیشتری نسبت به روش های تمام انرژی و اجزاء محدود دارد. فیکسچر نوآوری شده برای چندلایه های باضخامت کم نتایج بسیار دقیقی را به دنبال داشته است و با افزایش ضخامت، اختلاف نتایج آزمون های آزمایشگاهی با نتایج نیمه تحلیلی و اجزاء محدود بیشتر شده است.

    کلیدواژگان: کمانش، شرایط مرزی ساده، المان محدود، حل نیمه تحلیلی، چندلایه کامپوزیتی، گشودگی دایروی
  • علی صابری مهر*، بهنام حیدری صفحات 89-98
    رشد صنعت گاز طبیعی مایع شده توانسته تعداد بسیاری از ایستگاه های ماهواره ای را به توسعه برساند. فراهم آوردن یک روش جدید برای استفاده موثر از انرژی سرد تلف شده در ایستگاه های ماهواره ای که با گاز طبیعی مایع شده سوخت رسانی می شوند، در این تحقیق ارایه می شود. در این مقاله یک سیستم تولید سه گانه بر پایه پیل سوختی اکسید جامد-توربین گازی هوا مرطوب با سوخت گاز طبیعی مایع شده مطرح می گردد. این سیستم جدید از یک سو راندمان کلی را با استفاده از انرژی تلف شده در یک روش آبشاری بهبود بخشیده و همچنین تاثیر مثبتی بر انتشار آلایندگی خواهد داشت. نتایج تحقیق نشان می دهد که برای سیستم ارایه شده راندمان کلی توان و راندمان اگزرژی می تواند به ترتیب 7/64% و4/54 % باشد. این در حالی است که راندمان کل حرارتی تا 1/79 % نیز می رسد. به علاوه، این سیستم دی اکسید کربن مایع را در دمای 8/148- درجه سانتی گراد و فشار 300 کیلو پاسکال بازیافت می-کند که میزان جذب و خلوص آن به ترتیب دی اکسید کربن و 7/98 % و 9/98 % می باشد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، تحلیل ترمودینامیکی، توربین گازی هوا مرطوب، گاز طبیعی مایع شده، اگزرژی
  • مرتضی صالح کندزی، سید مجتبی موسوی نایینیان* صفحات 99-107
    با توجه به کاربرد روزافزون مراکز داده ها بویژه در صنعت مخابرات لازم است روش های بهینه ای برای خنک کاری این سیستم ها در نظر گرفته شود. یکی از عوامل مهم در این زمینه تاثیر قطر لوله های مسی مخزن یخ می باشد. با توجه به نبود کار تجربی مشابه در این زمینه، ساخت یک سیستم مخزن یخ در مقیاس کوچک انجام شد تا عملکرد سیستم طراحی شده بصورت تجربی اندازه گیری نماید. سیستم ذخیره سازی مورد بررسی از نوع استاتیک و غیرمستقیم است که تشکیل و ذوب کردن یخ بر روی سطح خارجی لوله انجام می پذیرد. انرژی سرمایشی موردنیاز، به شکل یخ، ذخیره شده و در زمان نیاز استفاده می شود. سیستم مخزن یخ تحت شرایط واقعی عملیات آزمایش شده تا تاثیر قطر لوله مسی بر عملکرد آن بررسی شود. تکرار پذیری قابل قبول نتایج آزمایش شده، صحت اطلاعات ارایه شده را تایید می نماید. نتایج بدست آمده بیانگر این مهم است که در سطح گرمایی یکسان لوله ها، با کاهش یک اندازه قطر لوله مسی، سرعت تشکیل یخ 4٪ افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: بانک یخ، دیتا سنتر، قطر لوله، راندمان
  • حامد صفی خانلو، مهدی احمدی نجف آبادی*، سجاد علی میرزایی صفحات 109-117
    اتوفرتاژ فرایندی است که به منظور ایجاد تنش های پسماند مفید در استوانه های جدار ضخیم تحت فشار مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش تنش های پسماند فشاری در سطح داخلی موجب افزایش ظرفیت بار، بهبود عملکرد عمر خستگی و کاهش شروع ترک های خستگی می شود. فرایند اتوفرتاژ می تواند با استفاده از فشار هیدرولیکی یا مکانیکی به جداره داخلی سیلندرهای جدار ضخیم برای ایجاد تنش های پسماند انجام شود. در این پژوهش یک مجموعه اتوفرتاژ آزمایشگاهی بر مبنای عملکرد هیدرولیکی ساخته شد و سپس نمونه های آلومینیوم 1050 در فشارهای مختلف تحت فرایند اتوفرتاژ قرار گرفت. هم چنین برای ارزیابی رفتار نمونه ها تحت فرایند اتوفرتاژ، نمونه ها در نرم افزار المان محدود ABAQUS مدل سازی شد و برای ارزیابی صحت داده های حاصل از روش المان محدود از کرنش سنج نصب شده بر روی نمونه ها در راستای مماسی استفاده گردید. در مدل سازی المان محدود نمونه ها تمامی پارامترهای تاثیرگذار بر فرایند اتوفرتاژ، همانند اصطکاک بین صفحات محفظه و نمونه ها و رفتار الاستیک-پلاستیک سخت شونده نمونه ها لحاظ گردید. نتایج حاصل از روش المان محدود و کرنش سنج ، تطابق بسیار خوبی نسبت به هم پیدا کردند. نتایج حاصل از روش المان محدود، نشان دهنده وجود یک درصد اتوفرتاژ بهینه در هر فشار کاری می باشد. هم چنین ملاحظه شد که با اعمال درصد اتوفرتاژ بهینه، می توان بیشینه تنش های فون میسز در نمونه ها را تا حدود 27% کاهش داد. با وجود اینکه در قطعات اتوفرتاژ نشده بیشینه تنش ها در جداره داخلی نمونه اتفاق می افتد، ولی با اعمال فرایند اتوفرتاژ علاوه بر کاهش بیشینه مقدار این تنش ها می توان بیشینه مقدار آن ها را به سمت جداره خارجی انتقال داد و این کار از جهت اینکه اکثر ترک های خستگی در جداره داخلی قطعه تشکیل می شوند، بسیار حایز اهمیت است. در نهایت نتایج حاصل از روش المان محدود نشان می دهد که عدم در نظرگیری پارامترهای موثر در فرایند اتوفرتاژ (اصطکاک و نیروی محوری) باعث ایجاد خطای زیادی در درصد اتوفرتاژ می شود.
    کلیدواژگان: اتوفرتاژ، درصد اتوفرتاژ، رفتار الاستیک-پلاستیک، لوله های جدار ضخیم، المان محدود، حساسیت مش
  • افضل ظهیری آغجه دیزج، امیرحسین مصفا* صفحات 119-128
    در فضا به دلیل دما و فشار خیلی پایین و شدت تابش خیلی زیاد، می توان به بازدهی نزدیک به بازده چرخه ی کارنو دست یافت. در این مطالعه چرخه های ترکیبی جدید برایتون بازگرمایشی-رانکین بازگرمایشی و برایتون بازگرمایشی با سرمایش میانی-رانکین بازگرمایشی، با سیال های عامل نیتروژن، هیدروژن و آرگون بررسی شده است. در چرخه های فضایی، مهمترین هدف داشتن وزن کمتر چرخه ها است تا هزینه ی انتقال تجهیزات کاهش یابد. در نتیجه نسبت توان چرخه به مساحت انتقال دهنده ی گرمای رادیاتور دارای اهمیت ویژه است. نتایج نشان می دهد بیشترین نسبت توان چرخه به مساحت رادیاتور برای چرخه ی ترکیبی برایتون بازگرمایشی-رانکین بازگرمایشی بدون بازیاب 2 با سیال عامل نیتروژن با مقدار 912/0 می باشد. همچنین، بیشترین بازده های گرمایی و اگزرژی با مقدار تقریبا 89 درصد متعلق به چرخه ی ترکیبی برایتون بازگرمایشی با سرمایش میانی-رانکین بازگرمایشی با سیال عامل هیدروژن می باشد. نتایج حاصل از مقایسه ی چرخه ی ترکیبی برایتون بازگرمایشی-رانکین بازگرمایشی با چرخه ی ترکیبی برایتون بازگرمایشی با سرمایش میانی-رانکین بازگرمایشی نشان می دهد که چرخه ی با سرمایش، دارای توان تولیدی و بازده های گرمایی و اگزرژی بالاتر، نابودی اگزرژی کمتر و نسبت توان چرخه به سطح رادیاتور پایین تر می باشد.
    کلیدواژگان: چرخه ی ترکیبی، نسبت توان به مساحت انتقال دهنده ی گرما، رادیاتور، تولید توان در فضا، بازده انرژی
  • علی عبداللهی، سیامک اسماعیل زاده خادم*، مصطفی خزایی، امین مسلمی صفحات 129-134
    ددر این مقاله برای کاهش انرژی یک تیر زیر آب از یک چاه غیرخطی انرژی از نوع ارتعاش ضربه استفاده شده است و نیروی ناشی از آب به صورت نیروی هارمونیک سینوسی و بار ثابت در نظر گرفته میشود. چاه غیر خطی انرژی شامل یک محفظه است که داخل آن از یک ساچمه استفاده شده است. ابتدا معادلات حاکم بر تیر و چاه غیرخطی انرژی به دست می آید. با بهینه سازی، حداقل زمان برای انتقال 95 درصد از انرژی تیر به جاذب به دست می آید. برای بهینه سازی چهار پارامتر طول شیار، نسبت جرمی چاه غیرخطی انرژی و تیر، ضریب استرداد و موقعیت جاذب بر روی تیر در نظر گرفته میشود که برای اولین بار است که تمام پارامترهای طراحی چاه غیرخطی انرژی برای طراحی بهینه بررسی میشوند. در ادامه به بررسی هر کدام از این پارامتر های ذکر شده پرداخته میشود، و مقدار بهینه برای هر یک از این پارامتر ها محاسبه میشود. در آخر نشان داده میشود که پاسخ دینامیکی سیستم به صورت دو ضربه در هر سیکل به صورت متقارن بهینه ترین پاسخ سیستم است.
    کلیدواژگان: ارتعاش ضربه، چاه غیرخطی انرژی، تیر اولر برنولی، بهینه سازی، انتقال انرژی هدفمند
  • مهران عبدالعلی پورعدل، محسن رستمی، شهرام خلیل آریا*، مرتضی یاری صفحات 135-144
    استفاده از سیستم های تولید همزمان به سرعت در دهه اخیر در حال گسترش می باشد. مطالعه حاضر به توسعه یک سیستم مجتمع بر مبنای زمین گرمایی، تبخیر آنی دومرحله ای، چرخه رانکین آلی، الکترولایزر غشاء پروتونی، واحد اسمز معکوس و آب گرم کن داخلی می پردازد. این آرایش برای تولید چهار خروجی توان، گرمایش، آب شیرین و هیدروژن طراحی شده است. این سیستم تولید همزمان جدید از دیدگاه انرژی و اگزرژی مورد تحلیل قرار گرفته است. همچنین یک مطالعه پارامتری جامع روی سیستم تولید همزمان انجام شده و در ادامه از سه دیدگاه مختلف (توان خالص تولیدی، بازده حرارتی و بازده اگزرژی) مورد بهینه سازی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که توان خالص تولیدی، بازده حرارتی و بازده اگزرژی دارای مقادیر بهینه نسبت به دو فشار جداساز می باشند. همچنین نتایج بهینه سازی از دیدگاه توان خالص تولیدی نشان می دهد که مقادیر توان خالص تولیدی 5091 کیلووات، آب شیرین تولید 75/41 کیلوگرم بر ثانیه، بازده حرارتی %58/15، بازده اگزرژی %44/43 و هیدروژن تولیدی 83/2 کیلوگرم بر ساعت، مقدار گرمایش 6/350 کیلووات می باشد.
    کلیدواژگان: تحلیل انرژی و اگزرژی، تولید همزمان، آب شیرین کن، تولید هیدروژن، زمین گرمایی
  • اسلام عزت نشان*، لیلا کاظمی، علی خسروآبادی صفحات 145-154
    در مقاله حاضر، شبیه سازی دینامیک قطره و فرآیند شکسته شدن آن در جریان گاز سرد و داغ انجام شده و تاثیر پارامترهای فیزیکی بر الگوی جریان دوفازی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا، از حل عددی معادلات ناویر-استوکس با دو معادله برای دنبال کردن فصل مشترک و مدل سازی تبخیر و تقطیر بین قطره و گاز داغ اطراف آن استفاده شده است. جهت اطمینان از صحت و دقت الگوریتم عددی انتخاب شده برای مدل سازی فرآیند انتقال فاز بین مایع و بخار آن در کنار فاز گاز، مسئله یک بعدی استفان و جریان کویت دوفازی شبیه سازی شده و نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با نتایج حل تحلیلی مقایسه شده است. سپس، دینامیک شکسته شدن قطره در مسیر جریان گاز سرد در شرایط مختلف جریان شبیه سازی شده و نتایج به دست آمده مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در نهایت، شبیه سازی دینامیک قطره و تبخیر و شکسته شدن آن در مسیر جریان گاز داغ انجام شده و نتایج حاصل از حل حاضر ارایه شده-است. نتایج به دست آمده در تحقیق حاضر نشان می دهند که نیروهای آیرودینامیکی و ناپایداری های کلوین-هلمهولتز و ریلی-تیلور نقش موثری در دینامیک قطره در مسیر جریان گاز سرد دارند.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، دینامیک قطره، شکسته شدن، گاز سرد، گاز داغ
  • امیرحمزه فرج الهی*، رضا فیروزی صفحات 155-164
    در این مقاله به بررسی تاثیر تغییر هندسه و ایجاد جریان چرخشی درون نازل انژکتور و افزایش فشار تزریق بر شدت کاویتاسیون و مشخصات افشانه حاصل با استفاده از نرم افزار Fire پرداخته شده است. بدین منظور پس از شبیه سازی انژکتور با سوراخ نازل استوانه ای و مخروطی همگرا و اعتبارسنجی نتایج عددی با نتایج تجربی موجود، از خان درون سوراخ نازل مخروطی همگرا و همچنین فشارهای تزریق متفاوت استفاده شده است. نتایج عددی نشان می دهند که استفاده از خان منجر به افزایش زاویه مخروطی افشانه و کاهش طول نفوذ و قطر متوسط ذرات می گردد. همچنین افزایش فشار تزریق منجر به افزایش طول نفوذ افشانه و کاهش زاویه مخروطی افشانه و قطر متوسط ذرات می شود. به منظور محاسبه مقادیر زاویه مخروطی افشانه از نرم افزار MATLAB استفاده شده است. افزایش طول نفوذ افشانه در این حالت، احتمال آن که پاشش سوخت به پیستون و یا دیواره های سیلندر برخورد کند و در نتیجه آن مقدار هیدروکربن نسوخته افزایش و بازده موتور کاهش یابد، را افزایش می دهد. بنابراین مشخصات افشانه سوخت از طریق تغییر هندسه نازل و فشار تزریق می توانند کنترل شوند.
    کلیدواژگان: نازل انژکتور، جریان چرخشی، افزایش فشار تزریق، کاویتاسیون، زاویه مخروطی افشانه
  • امیرفرشاد کلوانی، مصطفی مافی*، منصور خانکی صفحات 165-174
    ایران از گاز به عنوان حامل اصلی انرژی در مصارف مختلفی بهره می برد. برقراری واحد های مایع سازی قله سایی با توجه به کاهش حجم گاز طبیعی، مطلوب-ترین شیوه برای ذخیره سازی گاز مازاد در فصول گرم سال و استفاده از آن در ایام سرد است. با توجه به هزینه های کارکردی و نگهداری بالای چرخه های مایع سازی، ابداع راهکارهایی با هدف کاهش مصرف انرژی و بهبود اقتصاد این واحدها، حایز اهمیت است. در این پژوهش ضمن انتخاب نیروگاه چرخه ترکیبی شهید رجایی قزوین ، چرخه مایع سازی گاز طبیعی با مبرد چندجزیی و پیش سرمایش تبرید جذبی با هدف تامین سوخت مورد نیاز کل واحد های این نیروگاه برای 60 روز کارکرد، شبیه سازی گردید و مورد تحلیل فنی و اقتصادی قرار گرفت و به لحاظ عملکردی با چرخه مبرد چندجزیی یک طبقه ای رایج (بدون پیش سردکن) مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که نسبت به چرخه مبرد چندجزیی یک طبقه ای بدون پیش سردکن، میزان توان مصرفی ویژه 43 %، قیمت تمام شده خرید تجهیزات چرخه مایع سازی 15 % و میزان دبی مبرد چندجزیی 69 % کاهش و عدد شایستگی به میزان 36/28 % افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: گاز طبیعی مایع، پیش سرمایش جذبی، بخش نیروگاهی، تحلیل فنی و اقتصادی، عدد شایستگی
  • مینا قنبری*، قادر رضازاده صفحات 175-182
    در این مقاله میرایی فیلم نازک سیال در ریزتشدیدکننده های محرک-شانه ای مدور با درنظر گرفتن شرایط مرزی لغزش مورد بررسی قرار می گیرد. مدل پیشنهادی، شامل یک دندانه متحرک صلب به شکل میکرو صفحه یک سرگیردار می باشد که توسط دندانه های ثابت در بالا و پایین آن احاطه شده است. میکرو فاصله بین دندانه متحرک و دندانه های ثابت با سیال هوا پر شده است. معادلات حاکم بر ارتعاش طولی میکرو دندانه و همین طور حاکم بر میدان سیال با درنظر گرفتن فرضیات مناسب استخراج و پس از بی بعد سازی با بکارگیری روش عددی گلرکین جداسازی و بصورت عددی حل می شوند. هدف از حل معادلات، بدست آوردن فرکانس های میرایی و در نهایت ضریب میرایی معادل سیستم می باشد. سپس اثرات پارامترهای هندسی تشدیدکننده از جمله طول، ضخامت دندانه و همین طور اندازه شکاف سیال روی پاسخ سیستم مورد بررسی قرار می گیرد. همین طور بررسی اثرات لغزش سیال در سطوح مرزی نشان می دهد که لغزش سیال در نقاط مرزی باعث افزایش آزادی و دامنه حرکت مولکولهای سیال در مرز سیال-جامد شده و به تبع آن فاکتور کیفیت سیستم افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: سیستم های میکروالکترومکانیکی، میرایی فیلم نازک سیال، رزوناتورهای محرک- شانه ای، شرط مرزی لغزش، روش گلرکین، فاکتور کیفیت
  • مهران محبوب خواه*، محمدرضا موحدی، امیر جدیری فیضی صفحات 183-190

    فرآیند فرزکاری دیواره های جدار نازک به صورت گسترده در صنایع مختلف از جمله خودرو، هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از مشکلات رایج در این فرآیند، بروز ارتعاشات خودتحریک لرزشی یا همان ناپایداری چتر می باشد که سبب کیفیت سطح نامطلوب، کاهش راندمان ماشین کاری، شکست ابزار و قطعه کار و غیره می شود. مطالعات فراوانی توسط محققان مختلف برای شناخت پدیده چتر و کنترل اثرات مخرب آن، انجام شده است. هدف اصلی این مقاله بررسی تاثیر پارامترهای هندسی سیستم فرزکاری بر پایداری لرزشی دیواره های جدار نازک می باشد. به این منظور ابتدا با به کارگیری تابع تبدیل نسبی، مدل دینامیکی قطعه کار و ابزار ارایه گردیده است؛ سپس با انجام تست های تجربی، ضرایب نیروی برشی استخراج و ناحیه پایداری سیستم، استخراج می شود. در نهایت تاثیر ابعاد قطعه کار و ابزار بر ناحیه پایدار سیستم، بررسی می شود. نتایج بررسی نشان داد با افزایش طول آزاد ابزار، ناحیه پایداری سیستم کاهش پیدا می کند.

    کلیدواژگان: فرزکاری، دیوار ه های جدار نازک، تابع تبدیل نسبی، پدیده چتر، دینامیک ماشینکاری، پایداری لرزشی
  • حسین محسنی فدردی، حمیدرضا گشایشی*، سید محمود ابوالحسن علوی، علیرضا علیزاده جاجرم، مسعود خسروداد صفحات 191-199

    استفاده از لوله های گرمایی نوسانی به عنوان یک فناوری نوین در زمینه انتقال گرما در سال های اخیر مورد توجه صنایع مختلف قرار گرفته است. در این تحقیق آزمایشگاهی عملکرد حرارتی لوله گرمایی نوسانی سه بعدی با ساختاری جدید، با نانوسیال Fe3O4 و تحت تاثیر میدان مغناطیسی در توان های ورودی متفاوت (450-0 وات) مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایشات نشان داد که دستگاه در نسبت پرشدگی 50% عملکرد حرارتی بهتری دارد. اگرچه لوله گرمایی نوسانی در زمینه های بسیاری به کار رفته است اما لوله گرمایی نوسانی سه بعدی تاکنون به صورت گسترده مورد بررسی قرار نگرفته است.استفاده از نانوسیال اکسید آهن به صورت چشمگیری عملکرد حرارتی لوله گرمایی نوسانی را به ویژه در نسبت پرشدگی 50% در مقایسه با آب خالص بهبود می بخشد. همچنین نتایج نشان می دهد که استفاده از تبخیرکن شیاردار شده باعث افزایش ضریب انتقال گرما خواهد شد. لوله های تبخیرکن شیاردار، عملکرد حرارتی بهتری نسبت به لوله ساده دارد. همچنین وقتی تبخیرکن در معرض میدان مغناطیسی ثابت قرار می گیرد، عملکرد حرارتی دستگاه به طرز چشمگیری بهبود می یابد.

    کلیدواژگان: لوله گرمایی نوسانی سه بعدی، نانوسیال، اکسید آهن، میدان مغناطیسی، تبخیرکن شیاردار
  • مهدی مرتضوی، رضا رزاقی* صفحات 201-210
    پدیده جدایش یکی از عوامل مهم در اتلاف انرژی جریان روی پره توربین بادی بوده و جلوگیری از رخ دادن این پدیده در افزایش بازدهی این سیستم ها بسیار موثر است. در این مطالعه جریان دو بعدی حول ایرفویل مقاطع نزدیک به ریشه پره توربین بادی شبیه سازی شده است. اساس حل معادلات بر مبنای پایه فشار و مبنای زمانی محاسبات بصورت گذرا در نظر گرفته شده است. به منظور حل معادلات آشفتگی از رهیافت RANS و از مدل آشفتگی k-ω SST استفاده گردیده است. نتایج عددی تطابق قابل قبولی را با داده های آزمایشگاهی دارد. سپس به منظور کنترل جدایش جریان و افزایش نسبت ضرایب برآ به پسا، یازده مکانیزم مرتبط با ایده مکش و دمش جریان طراحی و بررسی شده است. همچنین، طراحی بهینه برای سایر زوایای حمله مرتبط بررسی گردیده است. نتایج مطالعه بهبود عملکرد ایرفویل مرجع را نشان می دهد به طوریکه طراحی بهینه نسبت به حالت مرجع 38% بهبود ضریب برآ و 36% بهبود ضریب پسا را به همراه دارد و جدایش جریان به کلی برطرف شده است.
    کلیدواژگان: کنترل جریان، مکش و دمش، ایرفویل توربین بادی، جدایش جریان
  • سمیرا مرامی میلانی، رحیم خوشبختی سرای*، محمد نجفی صفحات 211-220
    در این تحقیق یک موتور ژنراتور گازسوز با توان 3/34 کیلووات به عنوان محرک اولیه برای چرخه های ترمودینامیکی پایین دست در نظر گرفته شده است که شامل چرخه رانکین آلی با منبع تغذیه باز برای بازیافت تلفات حرارت گازهای اگزوز خروجی موتور و چرخه مثلثی برای بازیافت حرارت اتلافی آب خنک کاری موتور می باشد. عملکرد چرخه های تحتانی از نظر ترمودینامیکی و ترمو- اقتصادی بررسی شده و سپس آنالیز حساسیت و بهینه سازی چندهدفه با در نظر گرفتن توابع هدف بازده اگزرژی و هزینه سرمایه گذاری ویژه بر روی چرخه ها انجام گرفته است. همچنین، نقطه بهینه بر روی نمودار جبهه پرتو بر اساس معیار LINMAP انتخاب شده است. نتایج نشان می دهد تخریب اگزرژی در گرمکن و چگالنده چرخه مثلثی و تبخیرکن  چرخه رانکین آلی نسبت به سایر اجزا بیشتر است. در بین متغیرهای تصمیم گیری، بازده آیزنتروپیک توربین ها و دمای چگالنده چرخه مثلثی تاثیر قابل توجهی در توابع هدف دارند. استفاده از سیستم بازیافت تلفات گرمایی در حالت بهینه منجر به افزایش %09/6 بازده اگزرژی سیستم کلی شامل موتور ژنراتور و چرخه های پایین دستی می شود.
    کلیدواژگان: وتور گازسوز، بازیافت حرارت اتلافی، چرخه رانکین آلی، چرخه مثلثی، اگزرژی-اقتصادی، بهینه سازی چندهدفه
  • حمید معصومی، رامین حقیقی خوشخو*، سید مجتبی میر فندرسکی صفحات 221-227
    در مقاله حاضر، به منظور بهبود خواص انتقال گرما استیاریک اسید به عنوان یک ماده تغییر فاز دهنده (PCM) در سامانه های ذخیره سازی انرژی گرمایی، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2) در آن پراکنده شده است. تمایل ذاتی این ذرات به کلوخه شدن و اختلاف چگالی آن ها با سیال پایه همواره منجر به ته نشین شدن مقدار قابل توجهی از آن ها در طول زمان می شود. در این مطالعه نتایج آزمون تعادل رسوب نشان داد که نرخ رسوب گذاری با گذشت زمان کاهش یافته و در نهایت به سمت صفر میل می کند. در این مرحله تعیین غلظت مخلوط نهایی یکی از چالش های پیش رو است که در این جا با استفاده از روش غیرمخرب طیف سنجی مریی-فرابنفش تعیین گردیده است. مقایسه نتایج نشان می دهد که خطای حاصل از این روش نسبت به روش های مخرب کمتر از 10 درصد می باشد. اندازه گیری های رسانایی گرمایی حکایت از این دارد که افزودن مقدار کمی نانوذرات TiO2 در استیاریک اسید در صورت پخش یکنواخت آن قادر است خواص انتقال گرما آن را به طور قابل ملاحظه ای افزایش دهد.
    کلیدواژگان: مواد تغییر فاز دهنده، تست تعادل رسوب، طیف سنجی مرئی-فرابنفش، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم، استئاریک اسید
  • پژمان نیک اندیش* صفحات 229-238
    در این مقاله، ارایه ی مدل ریاضی سوپاپ کنترل جریان با جبران کننده ی فشار و ارزیابی تجربی آن در دستور کار قرار گرفت. انطباق مناسب نتایج تجربی با نتایج حاصل از حل روابط ریاضی در شرایط پایا، درستی روابط ریاضی حاکم بر سوپاپ کنترل جریان با جبران کننده ی فشار را تایید کرد. بررسی ها نشان داد که با افزایش سطح مقطع عبور جریان در تنگنای قابل تنظیم، جابه جایی اسپول جبران کننده ی فشار سوپاپ به منظور تثبیت اختلاف فشار روغن در دو سوی تنگنا، افزایش می یابد. همچنین تغییر اختلاف فشار روغن در دو سوی سوپاپ، تاثیری بر دبی روغن عبوری از آن ندارد. ارتباط میان کمیت های ورودی و خروجی سوپاپ های کنترل جریان دارای جبران کننده ی فشار به وسیله ی توابع تبدیل Gcsx و Gcsp تعیین گردید. بررسی ها نشان داد که در همه ی شرایط سوپاپ کنترل جریان با جبران کننده ی فشار پایدار است. پایداری دو تابع تبدیل Gcsx و Gcsp با افزایش اختلاف فشار روغن به ترتیب کاهش و افزایش یافت. همچنین افزایش جابه جایی عضو متحرک تنگنای قابل تنظیم، موجب کاهش پایداری تابع تبدیل Gcsp و بهبود پایداری تابع تبدیل Gcsx می گردد.
    کلیدواژگان: هیدرولیک، سوپاپ، کنترل جریان، مدل ریاضی، تابع تبدیل، پایداری
  • امیرعلی نیکخواه*، فرهاد پاکرو صفحات 239-249

    در این مقاله هدف بهبود عملکرد الگوریتم رقابت استعماری است. روش مورد استفاده افزودن جستجوی محلی به الگوریتم است که در دو مرحله صورت می گیرد. در مرحله ی اول انتخاب پارامترهای بهینه سازی به نوعی هوشمندانه انجام می شود و جمعیت به سمت نقطه ی بهینه هدایت می شوند. در مرحله ی دوم پس از هر 10 تکرار، یک جستجوی محلی در میان مستعمره ها و استعمارگر چند فرمانروایی قدرتمند انجام می شود تا ضمن عدم ایجاد تغییر محسوس در فرایند رسیدن به جواب، پاسخ دقیق تری حاصل شود. روش بر روی تمامی فرمانروایی ها اعمال نمی شود تا حجم محاسبات افزایش نیابد. الگوریتم ارایه شده با توابع محک سنجیده شده است و طبق مقایسه ی انجام شده میان عملکرد آن ها، عملکرد الگوریتم اصلی در هنگام افزایش تعداد ابعاد مساله بهبود یافته است. با تعداد پارامترهای مجهول کمتر، هم زمان همگرایی و هم پاسخ کمینه ی نهایی در دو روش نزدیک به هم هستند، اما با افزایش تعداد ابعاد مساله، زمان حل به بیش از نصف کاهش و میزان کمینه تا بیش از 10 مرتبه ی اعشار بهبود یافته است. در انتها از این روش برای بهینه سازی در یافتن بهره های کنترلی مناسب برای کنترل بالگرد استفاده شده است.

    کلیدواژگان: الگوریتم رقابت استعماری، جستجوی محلی، الگوریتم ژنتیک، توابع محک، کنترل بالگرد، کنترل پسخور حالت
  • جاماسب پیرکندی*، مهرداد مشهدی، مهدی هاشم آبادی صفحات 251-255
    در این مقاله ابتدا هندسه کامل توربین باد وستاس ایجاد گردیده و یک شبکه بی سازمان در اطراف پره های آن تولید شده است. با در نظر گرفتن توربین باد منفرد در ناحیه محاسباتی مفروض و سرعت ورودی m/s6/7، پروفیل های سرعت در پایین دست جریان استخراج شده و مشخص شد که بیشترین کاهش سرعت باد در عبور از توربین در ارتفاعی تقریبا برابر با ارتفاع پایه توربین اتفاق افتاده است. همچنین بهبود سرعت در فاصله ی 2 تا 6 برابر قطر روتور به مراتب از فاصله ی 10 تا 20 برابر قطر روتور بیشتر است، این کاهش سرعت با رسیدن به فاصله ی 10 برابر قطر روتور در پشت توربین 50% بهبود یافته و در فاصله ی 20 برابر قطر روتور همچنان قابل مشاهده است. مشخص شده است که تاثیر دنباله بر توربین های کناردست حداکثر به اندازه قطر روتور می باشد. نتایج نشان می دهد در نهایت با توجه به پروفیل سرعت و بازده بدست آمده از مزرعه بادی مفروض می توان به این نتیجه رسید که فاصله ی مطلوب برای جانشینی توربین های دیگر، 5 برابر قطر روتور در پایین دست و 1/5 برابر قطر روتور از طرفین است.
    کلیدواژگان: توربین باد، مزرعه بادی، دینامیک سیالات محاسباتی، مدل سازی، وستاس
  • آمنه سعیدی، روح الله رفعی* صفحات 257-261
    یکی از راهکارهای موثر برای اتلاف انرژی در سازه های هیدرولیکی مانند سرریز ها ایجاد سرریز پلکانی است. دراین مقاله ویژگی های الگوی جریان سطح آزاد برروی سرریز پلکانی برای 8 هندسه مختلف پله در یک کانال مستطیلی بررسی شده است. برای این منظور نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی با هم مقایسه شده است. از روش حجم سیال(VOF) برای مدلسازی سطح آزاد استفاده شده است. نتایج مدلهای آشفتگی k-ε استاندارد، k-ε RNG، k-ε Realizable، k-ω استاندارد وk-ω SST با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده است. با مقایسه پروفیل سطح آزاد آب و مقدار اتلاف انرژی به دست آمده از شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی، این نتیجه حاصل شد که مدل k-ω SST به نتایج آزمایشها نزدیک تر است. کارکرد این مدل در تعیین اتلاف انرژی و وضعیت سطح آزاد آب در پنج دبی مختلف بررسی شده است و بهترین هندسه، پله شیبدار می باشد که در دبی یکسان دارای بیشترین اتلاف انرژی است.
    کلیدواژگان: اتلاف انرژی، سرریز پلکانی، شبیه سازی عددی، مدلVOF، جریان آشفته، کانال روباز
  • اسماعیل لکزیان*، محسن ایزی، پریسا کاظمیانی نجف آبادی صفحات 263-267
    نورد گرم یکی از فرایندهای بسیار مهم در صنعت میباشد که میتوان آن را با یک سری فرضیات به صورت صفحه تخت با شرایط مرزی ویژه مدل سازی کرد. در پژوهش حاضر این فرایند به صورت لایه مرزی روی یک ورق با ضخامت متغیر، بدون گرادیان فشار و درحال کشش غیرخطی با در نظر گرفتن حل تشابهی و تعریف متغیر تشابهی شبیه سازی شده است. برای اعتبارسنجی حل حاضر، نتیجه شبیه سازی با نتایج تحقیقات منتشر شده مقایسه شده است. همچنین معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی به وسیله ی متغیر های تشابهی به معادلات دیفرانسیل معمولی غیر خطی تبدیل شدند. همچنین برای بررسی دقیقتر فرایند نورد گرم با ضخامت متغیر، از تحلیل انتروپی نیز استفاده شده است. در ادامه تاثیر تغییر ضخامت صفحه بر اعداد بی بعد بیژن حرارتی و اصطکاکی نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان میدهد که افزایش پارامتر ضخامت صفحه منجر به کاهش نرخ انتقال گرما می شود. همچنین تغییرات انتروپی بیشتر ناشی از تغییرات لایه مرزی حرارتی است. از نتایج این تحقیق می توان برای خنک کاری با بازده ی بیشتردر صنعت نورد گرم استفاده کرد.
    کلیدواژگان: تولید آنتروپی، حل تشابهی، نورد گرم، ضخامت متغیر، عدد بیژن
|
  • MohammadMahdi Abootorabi *, Aref Saliminia Pages 1-6

    Work piece surface roughness as one of the most important output parameters of the machining process has a significant impact on the final cost of production. Parameters such as cutting edge sharpness, vibration and cutting tool wear have a great effect on the surface roughness of the work piece. In this paper, the effect of cutting tool cryogenic treatment on tool wear and work piece surface quality in different machining parameters (cutting speed, feed rate and depth of cut) was investigated and compared with dry and conventional (wet) turning of AISI 304 austenitic stainless steel. The Taguchi method for design of experiments and the signal-to-noise ratio method for analysis of results were used. According to the obtained results, the wear of the cryogenic treated tool was reduced compared to the cutting tool in dry and conventional machining modes. The surface roughness of the work piece in machining with the cryogenic treated tool is less than in the dry and conventional machining modes due to reduced tool wear and preserving the sharpness of the cutting edge of the tool.

    Keywords: Turning, Cryogenic Treatment, Cutting Tool, Tool Wear, Surface Roughness
  • Sayed Aliakbar Pourahmadi, Shahram Talebi * Pages 7-16
    Electrowinning is the process of copper deposing from the intracellular electrolyte solution to the cathode. In the present study, using electrodynamic cell simulation of the Miduk Copper Complex, mass transfer coefficient on the entire cathode surface are investigated. The hydrodynamic simulation of these cells in the Miduk Copper Complex is studied using computational fluid dynamics. Ansys-CFX is used for this modeling. The Navier-Stokes equations and the continuum are considered as two-phase liquid and gas, turbulent, incompressible, and steady state, and the equation for the concentration of copper in the electrolyte will be solved by considering its specific boundary condition. The perturbation of the flow will be modeled using k-ω relations. The cathode mass transfer coefficient of the industrial copper cell was evaluated by measuring the copper mass of the cathode sheets produced in each cell and the operating conditions of the cell under real conditions. The results show 1.9% difference between the actual amount in copper and the modeling value. With this modeling, the mass transfer coefficient were obtained for different electrode intervals. Comparing the modeling results with the laboratory results for turbulent and undeveloped fluid flow in the cell with a deviation of only 0.5% has also been validated for this case. After validation on the model, this model has been used to determine the mass transfer coefficient for different applications such as electrolyte mixing mode with different oxygen mass fraction at the inlet, effect of inlet electrolyte temperature change, effect of different inlet flowrate.
    Keywords: Hydrodynamic simulation, Computational fluid dynamics, electrowinning cell, mass transfer coefficient, experimental validation, Change the geometry, cell characteristics
  • Sasan Tavakoli, Reza Dehghani *, MohammadReza Karamooz Ravari Pages 17-24

    Continuum robots have better maneuverability than conventional serial manipulators with rigid arms, especially in confined environments. Inherent compliance of these robots is caused a better interaction with objects that are facing their presentation. In these robots, cables that are connected to disks are used as actuators. In this paper, the kinematics of a driving-cables continuum robot is studied at first. Using the equations obtained in kinematic analysis, dynamic analysis is performed and the equations of motion of the robot are derived. Due to the uncertainty of the dynamic model, a robust controller is suggested. In the proposed method, the nonlinear functions related to the Coriolis, the Centripetal and gravity force are estimated using by the radial neural network and the Projection operator and their approximation are used in the controller. To verify the performance of the proposed controller, some simulations are performed. The results show that the proposed controller can force the continuum robot to follow the desired trajectory without knowing the nonlinear terms of the dynamical model.

    Keywords: Driving-cables Continuum Robot, robust control, Radial Basis Neural Network, Projection Operator
  • Parisa Jadid Milani, MohammadAli Hamed * Pages 25-34

    Quadrotor is one type of unmanned aerial vehicles which it's maneuverability and simple structure has extracted fascination. In spite of this, its highly non-linear behavior can be regarded as one of its disadvantages. The dynamic model of quadrotor is nonlinear with many sources of uncertainty, so in the controller design process, robust control methods such as sliding mode, are required in order to achieve good tracking and stabilization results. In contrast to the high capabilities of sliding mode control approach, high frequency switching of the control signal, is considered as one of its disadvantages, which can be reduced by using higher order techniques. In this paper the behavior of the both first order and second order sliding mode controllers in, trajectory tracking of the position and the yaw angle to their desired values and stabilization of the roll and pitch angles of the quadrotor, under high uncertain conditions, are investigated. The second order sliding mode control was designed based on super twisting algorithm. Considering high parametric uncertainty in quadrotor data, the comparison between the results of the two methods, shows the good performance of the second order sliding mode control, in terms of tracking, stabilization and chattering reduction.

    Keywords: Quadrotor, first order sliding mode, second order sliding mode, trajectory tracking, chattering
  • Abolfazl Hajizadeh Aghdam * Pages 35-40
    The study of the interaction of bubbles with rigid and elastic surfaces is of great importance in many engineering and medical applications. In this paper, the bubble behavior adjacent to an elastic surface and also between two rigid and parallel elastic surfaces is studied experimentally. In all cases, the presence of surfaces adjacent to the bubble increased the bubble life time. The bubble becomes a "mushroom" adjacent to an elastic surface in the decay phase and eventually splits into two smaller bubbles. When the bubble was in the middle of two parallel rigid surfaces as well as two parallel elastic surfaces in the collapse phase due to changes in the symmetric local pressure around it, the bubbles took the form of "dumbbell" and "pot-shaped", respectively. In these cases, at the end of the disintegration phase, we saw the bubble split into two smaller bubbles and the formation of two liquid jets toward the surfaces. The bubble nondimensional distance and eccentricity was also studied between rigid and elastic parallel surfaces.
    Keywords: Bubble, Rigid surface, Elastic surface, Elasticity, Eccentricity
  • Ali Davar, Seyyed Sadroddin Mousavi, Reza Azarafza * Pages 41-49
    Clamp band joints are commonly used for connection of the cylindrical shells. Parameters of the joint like coefficients of friction and preload of the metal belt are uncertain and follow a certain distribution in real world conditions. In this paper, a finite element model of the joint is introduced which takes parameters uncertainty into account with reasonable amount of computational costs in a way that best reflect the real world working conditions. Thus, the joint is partitioned into sectors which only contain one v-segment then each sector are substituted with an equivalent nonlinear spring. Results of the model are compared with experimental results in the literature for verification. Firstly, distribution of the stiffness and load bearing capacity are calculated utilizing Monte Carlo Simulation. Then, reliability of a joint designed by applying a known safety factor instead of utilizing uncertainty analysis is estimated. Finally a decision table is formed based on the simplified model in the design cycle, in which one can achieve appropriate safety factor by selecting uncertainty percent and required level of reliability
    Keywords: uncertainty, Monte Carlo, V-Clamp Band, reliability
  • Hodais Zharfi * Pages 51-57
    In this paper steady state creep deformation of FGM rotating disk made of Al-SiC is analyzed using GDQ method. Creep is modeled using Sherby's model. All parameters in this model are dependent on the volume fraction of Aluminum and Silicon Carbide particles, temperature and particle size. Also all thermal and mechanical parameters of disk are defined as a function of volume fraction and the parameter of particle contents using an appropriate mixture rule. Using the equilibrium equations, constituent equations and strain-displacement equations, creep governing equation of rotating disk is derived based on displacements and then solved using a new solution algorithm and Generalized Differential Quadrature Method. Stress and creep strain variations in disk with the various distribution of particle content are achieved and the effect of the type of particle distribution on creep behavior of rotating disk is studied. Results illustrate that the disk with the linear distribution of particles has the highest value of creep and displacement rates therefore it is appropriate to use the non-linear distribution of particle contents.
    Keywords: Steady state creep, Rotating disk, FGM, GDQ method, Particle distribution, creep rate
  • MohammadReza Soltani, Farhad Haji Aboutalebi *, Hamid Beheshti, Saeed Asghari Pages 59-68

    Heat pipe is a two-phase heat transfer device with extremely high thermal conductivity. The structure of a heat pipe is practically divided into three regions: a) the evaporator region at one end of the pipe where heat enters to this region, b) the condensation region at the other end of the pipe where heat is excreted in this zone, and c) the adiabatic region, includes the evaporator and condenser regions. In this research, the forming process of grooved heat pipes in mini/micro dimensions by extrusion is numerically simulated and the possibility of production by extrusion process is investigated. During the numerical simulations, the value of force required for forming and the effect of variables such as pipe material, pipe diameter, pipe length, number of grooves in cross section and groove profile are studied. Additionally, the mutual effects of the parameters on each other have been identified and proper values of some parameters such as extrusion process velocity and groove profile type are determined.

    Keywords: Grooved heat pipe, Extrusion process, Numerical simulation, Effect of geometry parameters, materials
  • Aghil Shavalipour *, Saeed Rizeh Bandi Pages 69-78
    Today, trucks are the most common means of transport of liquids, with a large percentage of liquids being highly flammable. Fluid turbulence inside road tankers has significantly increased the number of road accidents in the past few decades. Therefore, considerable research is needed to investigate and design and optimize the blades inside these tankers in order to improve the stability of the fluid inside the fuel tankers. . The behavior of liquids containing loads is much different from that of dry loads. When the fluid in the tank begins to vibrate, it causes changes in the force of weight. This weight transfer causes momentum in the liquid and does not subside rapidly. In this study, in order to investigate the hydrodynamic effects of the fluid on the tanks, first, the influence of the depth of filling was investigated to compare the fluid resting force and force applied to the impeller at different filling depths. In addition, a detailed analysis of the effectiveness of using anti-turbulence blades in different numbers and directions and under different fluids is presented.
    Keywords: sloshing Fluid, Blades, Anti-Turbulence, Depth of Fill
  • Taghi Shojaee, Bijan Mohammadi *, Iman Zeydabadi Nejad, Ramin Saffari Pages 79-88

    In the present study, semi-energy and FEM method have been done to determine the buckling behaviour of rectangular glass-epoxy composite with a central cut-off to demonstrate the accuracy of experimental results. The experimental results have been derived by an innovated SS-FF fixture. The effect of cut-off diameter and the number of layers on buckling load were investigated. For thin laminated composite plates subjected to pure loads, the buckling loads of these three methods are approximately equal. However, in the buckling analysis of thick laminated composite plates, experimental results having a little distance from FEM and semi-energy results. The results show that the buckling load decrease and increase with increasing and decreasing of cut-off diameter and the number of layers respectively. However, in the buckling analysis of thick laminated composite plates, experimental results having a little distance from FEM and semi-energy results. The results show that the buckling load decrease and increase with increasing and decreasing of cut-off diameter and the number of layers respectively.

    Keywords: Buckling, composite, semi-energy method, fixture, finite element method, simply support conditions
  • Ali Saberi Mehr *, Behnam Heydari Pages 89-98
    Growing of LNG industry could develop many of the satellite stations. Presenting a novel way to efficiently utilize the cold waste energy in satellite stations fed by LNG is proposed in this research. In this article, a trigeneration system based on solid oxide fuel cell-humid air turbine gas fed by LNG is proposed. On the one hand, this new system would increase the overall efficiency by utilization of cold waste energy via the cascade system; and on the other hand, would have a positive influence on pollutant emissions. Results indicate that for the proposed system overall electrical efficiency and exergy efficiency could be 64.7% and 54.4% respectively. Nonetheless, the overall thermal efficiency of the system could even reach to 79.1%. In addition, this system would recover carbon dioxide at -148.8 oC and 300 kPa where the rate of absorption and concentration of carbon dioxide would be 98.7% and 98.9% respectively.
    Keywords: Solid Oxide Fuel Cell, Thermodynamic analysis, humid air gas turbine, LNG, Exergy
  • Morteza Saleh Kandezi, Seyed Mojtaba Musavi Naeenian * Pages 99-107
    Due to the increasing use of data centers, especially in the telecommunications industry, it is necessary to consider optimal cooling systems for these systems. One of the important factors in this regard is the effect of the diameter of the copper banks of the ice bank. Due to the lack of similar empirical work in this field, a small-scale ice bank system was built to measure the performance of the designed system empirically. The investigated storage system is static and indirect, which involves the formation and melting of ice on the outer surface of the pipe. The required cooling energy is stored in ice, stored and used as needed. The ice bank system is tested under the actual operating conditions to determine the effect of copper tube diameter on its performance. Acceptable repeatability of the tested results confirms the accuracy of the information provided. The results indicate that, at a uniform thermal surface of the tubes, the rate of ice formation increased by 4% by decreasing the diameter of the copper tube diameter.
    Keywords: Ice bank, Data center, Coil size, Efficiency
  • Hamed Safikhanlu, Mehdi Ahmadi Najafabadi *, Sajad Alimirzaei Pages 109-117
    Autofrettage process can be used to introduce beneficial residual stress in the cylinder of thick-walled pressure vessels. In this study, an experimental autofrettage was assembled based on hydraulic performance, and then aluminum alloy (Al1050) specimens were subjected to autofrettage under different pressures. Also, to evaluate the behavior of the specimens under the autofrettage process, the specimens were modeled into the finite element software ABAQUS and for evaluation of the accuracy of the data obtained from the finite element method (FEM), a strain gauge mounted tangentially on the outer surface of the specimen was used. It was also observed that by applying optimal autofrettage percentage, the maximum of Von-Mises stresses in specimens can be reduced by about 27%. Although in the non-autofrettaged specimens, the maximum stresses occur in the inner wall of the specimen, but by applying the autofrettage process, in addition to reducing the maximum amount of these stresses, the maximum amount can be transferred to the outer wall, which it is very important because the majority of fatigue cracks are formed in the inner wall of specimens.
    Keywords: Autofrettage, Autofrettage percentage, Elastic- plastic behavior, Thick-walled pressure vessels, Finite element, Mesh sensitivity
  • Afzal Zahiri Aghjeh Dizaj, Amirhossein Mosaffa * Pages 119-128
    Due to the very low temperature and pressure and the high radiation intensity in the space, it could be possible to achieve Carnot efficiency in thermodynamic cycles. In this study, two new combined cycles including reheat regenerative Brayton, reheat regenerative Rankin and reheat regenerative Brayton with intercooling subsystems are investigated thermodynamically with Nitrogen, Hydrogen and Argon as working fluid. Due to the reduction of transportation costs, the weight of the space power generation systems is important. The results show that highest power to radiator area ratio belongs to Nitrogen Reheat Regenerative Brayton -Reheat Regenerative Rankine cycle without heat recovery heat exchanger as 0.912. Also, Hydrogen Intercooling Reheat Regenerative Brayton -Reheat Regenerative Rankine cycle has the highest thermal and exergy efficiencies of about 89%. The comparison results of Reheat Regenerative Brayton –Reheat Regenerative Rankine cycle with Intercooling Reheat Regenerative Brayton –Reheat Regenerative Rankine one show that the cycle with intercooling has the higher power generation, higher thermal and exergy efficiencies, lower exergy destruction and lower power to radiator area ratio.
    Keywords: Combined cycle, Ratio of power to heat transfer surface area, Radiator, Space power system, Energy efficiency
  • Ali Abdollahi, Siamak Esmaeilzadeh Khadem *, Mostafa Khazaee, Amin Moslemi Pages 129-134
    In this paper, to reduce the energy of an underwater beam, a vibro-impact nonlinear energy sink is used and the force due to water is considered as a sinusoidal harmonic force and a constant load. A nonlinear energy sink consists of a cavity and a ball in the cavity. First, the governing equations for the beams and the nonlinear energy sink are obtained. With optimization, the minimum time to transfer 95% of the energy of the beam to the absorber is obtained. To optimize the four parameters of cavity length, the mass ratio of the nonlinear energy sink and the beam, restitute coefficient, and adsorbent position on the beam, which is the first time that all parameters of vibro-impact nonlinear energy sink are considered for optimal design. In the following, each of these parameters is considered, and the optimal value for each of these parameters is calculated. Finally, it is shown that the dynamic response of the system with two impacts per cycle (symmetric) is the most optimal response of the system.
    Keywords: vibro-impact, nonlinear energy sink, Euler Bernoulli beam, optimization, targeted energy transfer
  • Mehran Abdolalipouradl, Mohsen Rostami, Shahram Khalilarya *, Morteza Yari Pages 135-144
    The usage of multi-generation systems is quickly developing in the last decade. The current study develops a new geothermal based integrated system, double flash, organic Rankine cycle (ORC), proton membrane electrolyzer (PEM), reverse osmosis (RO) unit and domestic heat water. The configuration is designed to produce four outputs namely, power, heating, desalination water and hydrogen. The proposed multi generation system is evaluated from thermodynamic and exergy point of view. A comprehensive parametric study is done as well and then, the multi generation system is optimized for three viewpoints (net output power, thermal efficiency and exergy efficiency). The results show that the net output power, thermal and exergy efficiencies have optimum values in regard to two separator pressures. Also, optimization results from net output power viewpoint show that, the power generation, desalination water, thermal efficiency, exergy efficiency, hydrogen production and heating were obtained as 5091 kW, 41.75 kg/s, 15/58%, 43.44%, 2.83 kg/hr and 350.6 kW, respectively.
    Keywords: Energy, Exergy analysis, multi-generation, desalination water, hydrogen production, geothermal energy
  • Eslam Ezzatneshan *, Leila Kazemi, Ali Khosroabadi Pages 145-154
    In the present paper, the simulation of droplet dynamics and its breakup process in the cross flow of cold and hot gases are performed. Herein, the Navier-Stokes equations are used with employing two additional equations for tracking the liquid-gas interface and for computing the mass transfer due to the evaporation and condensation. Accuracy of the applied numerical algorithm is evaluated by simulation of the Stefan heat transfer problem, two-phase laminar Couette flow, and comparison of the present numerical results with those obtained based on the analytical solution. The dynamics of a droplet break-up in the cold gas are studied and the obtained results are discussed. Then, the study is carried out for the simulation of droplet dynamics in the cross flow of hot gas and the effect of the evaporation on the break-up process is investigated. The present study shows that the aerodynamics forces and Rayleigh-Taylor and Kelvin-Helmholtz instabilities have dominant effects on the droplet dynamics in the cold gas. However, for a droplet in the cross-flow of hot gas, evaporation has a significant effect on the deformation and breakup phenomenon.
    Keywords: Numerical simulation, droplet dynamics, break-up phenomenon, cold gas, hot gas
  • Amirhamzeh Farajollahi *, Reza Firuzi Pages 155-164
    In this paper, the effect of changing geometry and creating swirly flow inside the injector nozzle and increase of injection pressure on the cavitation and resulted spray characteristics are investigated using Fire software. To this end, after simulating injector with cylinderical and conical nozzle holes and validating numerical resultswith experimental data, spiral rifling like guide inside the converged conical nozzle hole and different injection pressure have been used. Numerical results show that using spiral rifling like guide leads to increasing spray cone angle and decreasing penetration length and Sauter mean diameter. Also, increase of the injection pressure leads to increasing penetration length and decreasing spray cone angle and sauter mean diameter. Matlab software has been used in order to calculating the spray cone angle. The increased spray penetration length in this case may lead to impingement and bore wetting resulting increased hydrocarbon emissions and decreasing engine efficiency. Thus,the fuel spray characteristics can be controlled by changinenozzle geometry and injection pressure.
    Keywords: Nozzle, Swirly flow, Injection pressure increase, Cavitation, Spray cone angle
  • Amir Farshad Kalvani, Mostafa Mafi *, Mansour Khanaki Pages 165-174
    Iran is using natural gas as the main energy carrier in many sectors. Establishing peak-shaving liquefaction units due to reduction in volume of natural gas, is the most desirable way to store surplus natural gas in the warm seasons and using it in cold seasons of the year. Due to the high cost of operating and maintenance of liquefaction cycles, inventing solutions aimed at reducing energy consumption and improving the economy of these units, is really important. In this research, along with selecting Shahid Rajaee power plant in Qazvin as case study, the natural gas liquefaction cycle with mixed refrigerant and absorption refrigeration pre-cooling with the purpose of supplying the fuel of total unit of this power plant for 60 days was established. Then, it was subjected to technical and economic analysis and in terms of operational parameters was compared with common single mixed refrigerant cycle (without precooling). Results show that in comparison to common single mixed refrigerant cycle the specific power consumption %43, the cost of liquefaction plant equipment %15, the flow rate of mixed refrigerant %69 decreased and the figure of merit %28.36 increased.
    Keywords: Liquefied Natural Gas, Absorption Precooling, Power Plant Sector, Technical, Economic Analysis, Figure of Merit
  • Mina Ghanbari *, Ghader Rezazadeh Pages 175-182
    In this paper, thin film damping in a rotary comb-drive resonator has been investigated. The proposed model for this study is made up of a rigid oscillating finger in a plate form suspended between two fixed fingers. The micro-gap between the vibrating finger and the fixed fingers is filled with air. Equations of motion governing the longitudinal vibration of the micro finger and the fluid field have been extracted considering reasonable assumptions. The coupled partial differential equations have been non-dimensionalized, discretized and solved simultaneously utilizing Galerkin-based Reduce order model. As the gap between the fingers is so small and comparable to the dimensions of the air molecules, the slip boundary condition is considered at the solid-fluid interface. Complex frequency approach is applied to predict the equivalent quality factor of the resonator. The effect of geometrical parameters of the resonator as the length, thickness and the fluid gap on the equivalent damping ratio of the resonator has been investigated. It has been shown that slip boundary conditions causes the freedom of the fluid motion at the boundaries to increase which results in increment of the quality factor of the resonator
    Keywords: MEMS, Thin film damping, Rotary resonator, Slip boundary condition, Galerkin method, Quality factor
  • Mehran Mahboubkhah *, MohamadReza Movahhedy, Amir Jodeiri Feizi Pages 183-190

    Milling process of the thin-walled structures has broad applications in aerospace, automotive industries and etc. One of the main problems in their machining is unstable chatter vibrations, which causes not only the poor machined surface quality but also decreases the system life span and machining efficiency. So, lots of researchers are interested in investigating the dynamic behavior of the thin-walled structures during the machining processes and restrain its pernicious effects. In this regard, the main purpose of this paper is to l the effects of geometrical parameters of machining system including workpiece height, thickness, and tool overhang and its diameter on the chatter stability. To this end, first by utilizing relative transfer function concept, dynamic models of tool and workpiece were derived. Then experimental tests conducted to extract cutting force coefficients. Finally, stability lobe diagrams were constructed under impression of tool and workpiece dimensions. Results proved that by increasing tool overhang length, chatter stability decreases.

    Keywords: Milling, Thin-walled structures, Relative transfer function, Chatter, Machining dynamics, Stability
  • Hosein Mohseni Fadradi, HamidReza Goshayeshi *, Seyed Mahmoud Abolhasan Alavi, Alireza Alizadeh Jajarm, Masoud Khosrodad Pages 191-199

    Use of Oscillating Heat Pipes (OHPs) as a new technology in the heat transfer field has been of interest to different industries in recent years. In this experimental investigation, the thermal performance of a newly designed three-dimensional oscillating heat pipe with Fe3O4 nanofluid exposed to a magnetic field under different input power (0–450W) is investigated. The results showed that the device had a better thermal performance at a filling ratio of 50%. Although the OHP has been applied in many fields, the three-dimensional OHP has not been investigated widely so far. The use of iron oxide nanofluid (Fe3O4) significantly improves the thermal performance of the oscillating heat pipe especially in a filling ratio of 50% compared to pure water. Also, the results show that the use of a corrugated evaporator will increase the heat transfer coefficient. The corrugated evaporator pipes have better thermal performance compared to the simple pipes. Also, when the evaporator is exposed to a constant magnetic field, the thermal performance of the device improves significantly.

    Keywords: 3-D oscillating heat pipe, Nanofluid, iron oxide, Magnetic field, corrugated evaporator
  • Mehdi Mortazavi, Reza Razaghi * Pages 201-210
    Flow separation phenomena near root regions of wind turbine blades is one of the main factors of energy loss in these machines, and preventing it from taking place is considered impactful in efficiency increase for these systems. In this study, through utilization of a 2d incompressible CFD solver, 2D flow around the airfoils used near rout regions of a wind turbine has been analyzed. The governing equations have been considered to be solved through pressure-based and transient form. The RANS approach with k-ω SST turbulence model have been employed in order to solve the turbulence equations. Good agreement was observed with numerical results and experimental data. In the next step 11 different flow controlling designs have been devised and investigated; eventually, the final design meets the needs for flow separation control and lift to drag ratio increase. Then, the optimum design was tested with different angles of attack and the result demonstrated that the performance of the base airfoil has been ameliorated significantly. In comparison with the base case, 38% and 36% increases in lift and drag coefficients has been achieved respectively while the separation phenomena have been absolutely diminished.
    Keywords: Flow control, Air Suction, Blow, Wind Turbine Airfoil, Separation
  • Samira Marami, Rahim Khoshbakhti Saray *, Mohammad Najafi Pages 211-220
    In this work, Organic Rankine cycle with open feed heater and Trilateral Flash cycle are used for waste heat recovery of exhaust gas and cooling water of a 34.3 kW stationary gas engine. The thermodynamic and thermo-economic performance of the bottoming cycles have been investigated, and then sensitivity analysis and multi-objective optimization have been done considering the objective functions of exergy efficiency and the special investment cost of the cycles. The optimal point is selected based on the LINMAP method on the Pareto Front. The results show that the exergy destruction rates in the heater and condenser of the Trilateral Flash cycle and the evaporator of the organic Rankin cycle are more than those of other components. Among the decision variables, the turbines isentropic efficiency and the condenser temperature of Trilateral Flash cycle have a significant effect on the objective functions. Employing waste heat recovery system on a gas engine results in an increase of 6.09% of the exergy efficiency of the overall system, including gas engine and bottoming cycles in the optimized state.
    Keywords: stationary gas engine, Organic Rankine cycle with open feed heater, trilateral flash cycle, exergo-economic, Sensitivity analysis, multi-objective optimization
  • Hamid Masoumi, Ramin Haghighi Khoshkhoo *, Seyyed Mojtaba Mirfendereski Pages 221-227
    In this paper, stearic acid was used as phase change material (PCM) in thermal energy storage systems (TES). In order to improve the heat transfer characteristics, TiO2 nanoparticles were dispersed in stearic acid. Density difference and agglomeration of nanoparticles leads to considerably settling them in the beginning. In the present study, the results of the sedimentation balance method showed that the sedimentation rate of nanoparticles decreased with time and eventually turned to zero. At this stage, determining the concentration of nanoparticles in the mixture is one of the challenges ahead, which is specified here using the Ultraviolet–visible spectroscopy as a non-destructive method. Comparison of the results shows that the error obtained from the UV.vis spectroscopy method is less than 10% compared to destructive methods. The measurements of the thermal conductivity coefficient indicate that the addition of a small amount of TiO2 nanoparticles in stearic acid, if uniformly distributed, can significantly increase the heat transfer properties.
    Keywords: Phase change material, sedimentation balance method, Ultraviolet–visible spectroscopy, TiO2, stearic acid
  • Pezhman Nikandish * Pages 229-238
    In this paper, a mathematical model and experimental evaluation of flow control valve with pressure compensator is presented. Proper compatibility of the experimental results with the results of solving the mathematical equations, under steady state conditions, confirmed the validity of the mathematical relationships governing the flow control valve with the pressure compensator. Investigations showed that by increasing the cross-sectional area of the flow in the adjustable orifice, the displacement of the spool increased. Also, changing the oil pressure difference on both sides of the valve has no effect on the oil flow through it. The relationship between the inlet and outlet quantities of flow control valves with pressure compensator was determined by Gcsx and Gcsp transfer functions. Investigations showed that under all conditions the flow control valve with a pressure compensator is stable. The stability of two Gcsx and Gcsp transfer functions, with increasing oil pressure difference decreased and increased, respectively. Also, increasing the displacement of the adjustable orifice removable member, reduces the stability of the Gcsp transfer function and improves the stability of the Gcsx transfer function.
    Keywords: Hydraulic, Valve, Flow control, Mathematical model, transfer function, Stability
  • AmirAli Nikkhah *, Farhad Pakro Pages 239-249

    In this paper, the purpose is to improve the performance of the Imperialist Competitive Algorithm. Local search is added to the algorithm and this is done in two stages. In first stage, selection of the initial optimization parameters for starting the problem is done wisely and the population is leaded to optimal point. In second stage, after each 10 iterations a local search is performed between colonies and the imperialist of some of the strongest empires, in order to gain more accurate answers while not making a notable change in the process of reaching the answer. This method is not applied to all empires, so that calculations would not overflow. The proposed algorithm is tested using benchmark functions and based on the comparisons, the performance of the initial algorithm is much more improved when dimensions of the optimization problem goes higher. With few unknown parameters, conversion time and final minimum values are close in both methods, but by increasing the dimensions of the problem, even in some cases total calculation time is reduced to a half and the accuracy of minimum value is improved by 10 orders of magnitude. At the end, one application of the method is investigated in finding the suitable control gains for controlling a helicopter, which is a relatively a new application, and the performance is evaluated comparing to pole-placement and by state-feedback control.

    Keywords: Imperialist Competitive Algorithm, Local search, genetic algorithm, Benchmark functions, Helicopter control, State feedback control
  • Jamasb Pirkandi *, Mehrdad Mashadi, Mahdi Hashemabadi Pages 251-255
    In this paper, first the complete geometry of the Vestas wind turbine has been created, and an unstructured mesh around the blades is produced. Velocity profiles have been extracted by assuming a single wind turbine in the assumed computational area and inlet velocity of 6.7 m/s, and it was found that the maximum reduction in velocity has occurred at the nacelle height approximately. Also, velocity recovery at a distance of 2 to 6 times of rotor’s diameter (2D to 6D) is far greater than the distance of 10 to 20 times of the rotor’s diameter (10D to 20D). The velocity reduction has been recovered in 10D downstream of a wind turbine up to 50% and still exists in 20D downstream. It was shown that the wake effect occurs at a maximum distance of 1D besides the turbine. According to the results, the efficiency of the wind farm is 62.0263% if the distance between the turbines is 5D and the input speed to the computational area is 10 m/s. The calculated velocity profile and efficiency obtained from the assumed wind farm come to the conclusion that the optimal distance for placement of wind turbines is 5D downstream and 1.5D lateral.
    Keywords: wind Turbine, Wind farm, Computational fluid dynamics, Modeling, Vestas
  • Ameneh Saeedi, Ruhollah Rafee * Pages 257-261
    One of the most effective mechanisms for energy dissipation over the hydraulic structures is the step spillway. In this paper, free-surface flow patterns over a spillway with 8 different geometries of the steps in a rectangular channel are investigated. For this purpose, the simulation results and laboratory measurements were compared. The volume of fluid (VOF) method was used to simulate the free surface flow. The results of the standard k-ε, RNG k-ε, Realizable k-ε, k-ω standard, and SST k-ω models for determination of the free surface and energy dissipation are compared with experimental data. It was concluded that the amount of energy dissipation and free surface profiles in the experiments were closer to the outputs of the SST k-ω model. Performance of this model has been investigated for prediction of the free surface and energy dissipation in five different discharge flow rates. The best step geometry is the sloping step geometry which has the highest energy loss for the same flow rate.
    Keywords: Energy dissipation, Step Spillway, Numerical simulation, VOF model, Turbulent flow, Open channel
  • Esmail Lakzian *, Mohsen Izi, Parisa Kazemiyani Pages 263-267
    Hot rolling is one of the most important processes in the industry that can be modeled with a series of flat plate assumptions with specific boundary conditions. Lowering the workpiece temperature is one of the important parameters in the hot rolling process. In this study, hot rolling is simulated as a boundary layer on a sheet of variable thickness, without pressure gradient and nonlinear tensile concerning the similarity solution and the definition of the similarity variable. For the validation of the present solution, the simulation results are compared with published research results. The continuity, momentum, and energy equations were transformed into nonlinear ordinary differential equations by similarity variables. Also Entropy analysis has also been used to examine more precisely the hot-rolling process with variable thickness. In the following, the effect of plate thickness change on thermal and frictional Bejan dimensional numbers was investigated. The results show that increasing the parameter of plate thickness decreased the heat transfer rate. Also, the entropy changes are mostly due to the thermal boundary layer changes. The results of this study can be used for more efficient cooling in the hot rolling industry.
    Keywords: Entropy Generation, Similarity Solver, Hot Rolling, Variable Thickness, Bejan Number