فهرست مطالب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک - سال سی و دوم شماره 1 (پاییز و زمستان 1399)

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال سی و دوم شماره 1 (پاییز و زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/05/03
  • تعداد عناوین: 13
|
  • صادق تودرباری، محمدجواد مغربی* صفحات 1-16

    استفاده از انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی های بادی و خورشیدی به یکی از موضوعات مهم و پرتکرار در میان محققان تبدیل شده است. از اینرو تحقیقات فراوانی بر روی بهینه سازی وسایلی از جمله توربین های بادی و استفاده از آن ها در مناطقی که پتانسیل بهره برداری از انرژی های تجدیدپذیر را دارند انجام شده است. در این مطالعه به امکان سنجی قرار گیری توربین بادی داریوس چهار پره در بزرگراه یک طرفه پرداخته شده است. این شبیه سازی با کمک مدل سازی دو بعدی و گذرا در نرم افزار تجاری فلوینت انجام شده . همچنین برای حل میدان جریان از روش دینامیک سیالات محاسباتی و با بهره گیری از مدل آشفتگی k-ω SST استفاده است. در اعتبار سنجی انجام شده شبیه سازی حاضر توانست مطابقت قابل قبولی با نتایج آزمایشگاهی داشته باشد. در این پژوهش عملکرد توربین در سرعت های زاویه ای مختلف مورد بررسی قرار گرفت که با توجه به نتایج حاصله حداکثر ضریب توان حاصله برابر 00299/0 در سرعت زاویه ای 40 رادیان بر ثانیه اتفاق افتاده است و مقدار توان متناظر تولیدی در حدود 81/61 وات می باشد.

    کلیدواژگان: انرژی باد، توربین بادی داریوس، دینامیک سیال محاسباتی، بزرگراه یک طرفه
  • محمد شفیعی*، محسن میرزایی، مصطفی زمانی محی آبادی صفحات 17-38

    در این مقاله سیستم خورشیدی از نوع متمرکزکننده ای خورشیدی سهموی نقطه ای، مطالعه عددی و تجربی شده است. در کنار طراحی، ساخت و آزمایش کلکتور، سیستم در نرم افزار کامسول نیز مدل سازی شده است. آزمایشات و مدل سازی با استفاده از 2جاذب لوله ای مارپیچ و صفحه ای فین شکل در نقطه کانونی با 3دبی مختلف و در 2سیکل بسته و باز انجام شده است. مقایسه نتایج تجربی و شبیه سازی تطابق خوبی را بین آن ها نشان می دهد و میزان خطا بین 1 تا 4درصد است. نتایج نشان می دهد که جاذب نوع اول در مقایسه با جاذب نوع دوم کارایی بهتری دارد. همچنین با افزایش دبی راندمان کلکتور افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: مدل سازی، دیش شلجمی خورشیدی، تحلیل گرمایی، جاذب
  • محمدصالح برقی جهرمی، مسعود ایرانمنش، هادی صمیمی اخیجهانی* صفحات 39-58

    در این تحقیق تاثیر استفاده از مواد تغییر فاز دهنده (PCM) در مخرن ذخیره کننده حرارت بر عملکرد یک خشک کن خورشیدی، مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها برای PCM در سه سطح 54/1، 45/2، 6/3 کیلوگرم و برای دبی سیال در دو سطح 2/0 و 4/0 لیتر بر دقیقه انجام شد. با افزایش دبی سیال بازده حرارتی جمع کننده از 2/20 تا 4/62 درصد تغییر می کند. نتایج نشان داد تغییرات انرژی حرارتی برای دبی سیال 2/0 و 4/0 لیتر بر دقیقه به ترتیب بین 31/13 تا 63/13 و 45/14 تا 92/14 مگاژول به دست آمد. همچنین نتایج نشان داد بازده کلی خشک کن با افزایش PCM افزایش یافته و تغییرات آن برای دبی 2/0 لیتر بر دقیقه از 92/32 تا 55/35 درصد و برای دبی 4/0 لیتر بر دقیقه 19/32 تا 02/36 درصد است. با توجه به مقادیر انرژی ویژه و بازده کلی خشک کن، دبی 2/0 لیتر بر دقیقه با مقدار PCM به میزان 6/3 کیلوگرم گزینه مناسبی برای خشک کردن می باشد. دوره بازگشت سرمایه برای سامانه حدود 20 ماه به دست آمد.

    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، بازده حرارتی جمع کننده، دبی حجمی سیال، مواد تغییر فاز دهنده
  • سجاد داودی، مصطفی اسماعیلی*، حسن شکراللهی صفحات 59-76
    تولید حرارت در فرایند گرمادرمانی ناشی از لیزر ممکن است موجب آسیب دیدن بافت سالم شود. بنابراین، پیش بینی توزیع دما و بررسی امکان آسیب بافت در اثر افزایش دما، همواره اصلی مهم و ضروری به شمار می رود. در این پژوهش، تغییرات دمایی و تنش های حرارتی ناشی از حرارت لیزر روی یک بافت سالم و سرطانی پوست انسان، با استفاده از الگوریتم عددی مبتنی بر روش المان محدود مدل سازی شده است. لازم به ذکر است، باریکه های لیزر به صورت گوسی در نظر گرفته شده و تضعیف نور لیزر در لایه های پوست مبتنی بر قانون بیر-لامبرت است و تغییر شکل در همه نقاط المان با معادلات تعادل بیان می شود. نتایج حل عددی شامل تاثیر شدت لیزر، شعاع تابش و طول موج بر توزیع دما، تنش فون مایسز و همچنین نقش پرفیوژن خون بر توزیع دما، ارایه می شود. همچنین، آسیب های حرارتی ناشی از لیزر بر روی بافت سرطانی، برمبنای تیوری آرنیوس ارزیابی می شود. نتایج می تواند به عنوان اطلاعات اولیه در اختیار پزشکان قرار گیرد و پیش بینی دقیقی از اتفاقات در حین درمان را در اختیار آن ها قرار دهد.
    کلیدواژگان: بافت سرطانی، لیزردرمانی، تنش حرارتی، پرفیوژن خون، آسیب حرارتی
  • دنیا شاهانی، عباس رامیار*، آرش محبوبی دوست صفحات 77-92
    تشخیص و تحلیل سلول های تومور در گردش می تواند اطلاعات مهمی برای جلوگیری از گسترش سرطان ارایه کند، سرطانی که سالانه جان میلیون ها انسان را در سراسر جهان می گیرد. بنابراین محققان در تلاش اند راهی برای تشخیص و جداسازی این سلول های سرطانی بیابند. در این پژوهش از کد اوپن فوم برای شبیه سازی تمرکز و جداسازی گلبول سفید از سلول سرطان پروستات، با استفاده از امواج آکوستیک سطحی ایستا و متحرک در 2بخش و بدون نیاز به جریان جانبی استفاده شده است. در بخش اول سلول ها به کمک امواج ایستا در مرکز کانال متمرکز می شوند. سپس، در بخش بعد به کمک امواج متحرک گلبول سفید خون به سمت مخالف رانده می شود و 2سلول با نرخ بازیابی 100درصد از یکدیگر جدا می شوند.
    کلیدواژگان: آکوستوفورسیس، امواج آکوستیک سطحی متحرک، امواج آکوستیک سطحی ایستا، جداسازی سلول ها، شبیه سازی عددی، میکروفلوئیدیک
  • کوروش جواهرده*، حبیب کریمی صفحات 93-110
    در این تحلیل جابه جایی ترکیبی جریان آرام نانوسیالات با سیال پایه غیرنیوتنی (سدیم الگنیت) برپایه مدل شبه پلاستیک همراه با نانوذرات اکسید آلومینیم در کانال مستطیلی دوبعدی (با عمق نامحدود) حاوی موانع متعدد مطالعه شده است. دمای سیال ورودی به کانال مستطیلی شکل، یکنواخت و کمتر از دیواره ها بوده است و دیواره های کانال دارای شرایط دمای ثابت اند. برای حل معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی به صورت عددی از روش حجم محدود با الگوریتم سیمپلر استفاده شده است. در این تحقیق تاثیر تعداد و ارتفاع موانع، کسر حجمی نانوذرات در سیال پایه غیرنیوتنی، عدد ریچاردسون و عدد رینولدز بر نرخ انتقال حرارت و افت فشار به صورت عدد ناسلت و ضریب اصطکاک بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش ذرات جامد آلومینیم در سیال غیرنیوتنی الگنیت سدیم سبب افزایش انتقال حرارت و ضریب اصطکاک در طول کانال می شود، همچنین با افزایش عدد رینولدز میزان انتقال حرارت در کانال افزایش می یابد. نتایج نشان داد که افزایش ارتفاع موانع ازH/3 به H/2 سبب افزایش 10درصد در عدد ناسلت متوسط و 13درصد در ضریب اصطکاک متوسط خواهد شد. نتایج مطالعات نشان داد که افزایش عدد ریچاردسون سبب کاهش عدد ناسلت و ضریب اصطکاک خواهد شد. افزایش تعداد موانع از 3 به 5عدد سبب کاهش5/3درصدی در عدد ناسلت خواهد شد.
    کلیدواژگان: جابه جایی ترکیبی، نانوسیال اکسید آلومینیم، کانال حاوی مانع، سیال غیرنیوتنی سدیم الگنیت
  • مجتبی عفیفه گل شیخی، مهرزاد شریفیان*، مهرداد شریفیان صفحات 111-132
    در این پژوهش، نخست بهنگام سازی تنش به شیوه نیمه ضمنی برای الگوی مومسانی وان مایسز با سخت شوندگی ناخطی همگن شابوش و ناخطی پویای آرمسترانگ فردریک در محدوده تغییر شکل های کوچک رابطه سازی می شود. برای این منظور، از روش تابع اولیه گیری نگاشت نمایی بهره جویی می شود. سپس برای بررسی درستی، دقت و هم گرایی روش نو پیشنهادی، آزمون های عددی گسترده ای انجام می شود و نتایج آن ها با روش های پذیرفته شده پیشین سنجش می شود. یافته ها، افزایش دقت درخور ملاحظه و هم گرایی مرتبه دوم روش پیشنهادی این مقاله را نشان می دهد. باتوجه به این که در این پژوهش رابطه سازی ها به گونه ای انجام شده است که بتوان داده های مسئله را از هر نقطه دل خواه در طول گام مومسان برداشت کرد، در پایان بررسی می شود که برداشتن داده ها در چه نقطه ای از گام مومسانی منجر به دقیق ترین پاسخ می شود.
    کلیدواژگان: تابع اولیه گیری، نگاشت نمایی، شیوه نیمه ضمنی، مومسانی وان مایسز، سخت شوندگی ناخطی ترکیبی
  • سلمان شمسایی، فرهنگ هنرور* صفحات 133-152

    در این مقاله، انتشار امواج فراصوتی حاصل از تابش پرتو لیزر به سطح یک جسم جامد در رژیم دما-ارتجاعی و تا آستانه تبخیر ماده با استفاده از حلکننده کد-استر (Aster-Code) به صورت دوبعدی مدلسازی شده است. برخالف مطالعات پیشین، مسئله فراصوت لیزری در دو مرحله و با مشها و گامهای زمانی متفاوت و مورد نیاز هر یک از بخشهای تحلیل حرارتی و مکانیکی حل شده است که این امر باعث کاهش چشم گیری در زمان محاسبات شده است. انتشار امواج فراصوتی حاصل از تابش لیزر YAG:Nd با طول موج 295 نانومتر، خیز پالس 2 نانوثانیه و شدت لیزر حداکثر 91 میلی ژول به صورت تابعی از زمان در کل قطعه محاسبه شده و موج های طولی و عرضی حاصل و نیز رفتار حرارتی ماده در اثر تابش پرتو بررسی شده است. زمان انجام محاسبات برای تحلیل های مجزای حرارتی و مکانیکی روی رایانهای که برای این کار استفاده شد، جمعا یک ساعت و 22دقیقه بوده است؛ درحالیکه در تحلیل همزمان، محاسبات حداقل 99 ساعت و 51دقیقه طول میکشد. نتایج به دست آمده با داده های آزمایشگاهی و عددی سایر محققان مقایسه شده است. تطابق خوب نتایج، درستی مدلسازی را تایید میکند و نشان میدهد که کد موجود، رفتار حرارتی و مکانیکی فراصوت لیزری را به درستی و با سرعتی بیشتر از روش های پیشین محاسبه کرده است.

    کلیدواژگان: لیزر، فراصوت، اجزای محدود، کد-استر، ارزیابی غیرمخرب
  • ساعد بازخانه، ایمان زحمت کش* صفحات 153-172
    در مقاله حاضر، اختلاط در جریان الکترواسموتیک در حضور یک میدان مغناطیسی با سه موقعیت مختلف مکانی به صورت عددی مطالعه و شبیه سازی شده است. هندسه جریان یک مجرای دوبعدی بین دو صفجه موازی است و جریان مورد نظر تراکم ناپذیر، دایم و آرام فرض شده است. معادلات حاکم بر مساله، شامل معادلات اندازه حرکت اصلاح شده (ناویر-استوکس) برای میدان جریان سیال، معادلات میدان های پتانسیل الکتریکی خارجی و داخلی، معادلات توزیع غلظت یون های مثبت و منفی (ارنست-پلانک)، معادله میدان مغناطیسی و معادله ی غلظت گونه ها به روش عددی حجم محدود حل شده است.به منظور اعتبارسنجی برنامه عددی، یک جریان ایده آل الکترواسموتیک که در آن سراسر دیواره ها باردار می باشد، شبیه سازی گردیده است و نتایج آن با نتایج تحلیلی موجود مقایسه شده است.نتایج عددی نشان می دهد که در حضور یک میدان مغناطیسی برای جریان در یک ریزمجرا، راندمان اختلاط نسبت به حالت عدم حضور میدان مغناطیسی افزایش چشم گیری می یابد، به طوری که راندمان اختلاط نهایی حداکثر به 3/93 درصد می رسد. البته این در حالی است که میدان مغناطیسی قبل از لایه دوگانه الکتریکی اعمال شده باشد.
    کلیدواژگان: میدان مغناطیسی، محیط متخلخل، روش شبکه بولتزمن، مدل دارسی-برینکمن-فرچهیمر، روش تاگوچی
  • مرتضی دلاکه نژاد، سید علی میربزرگی*، حمید نیازمند صفحات 174-190
    در مقاله حاضر، اختلاط در جریان الکترواسموتیک در حضور یک میدان مغناطیسی با سه موقعیت مختلف مکانی به صورت عددی مطالعه و شبیه سازی شده است. هندسه جریان یک مجرای دوبعدی بین دو صفجه موازی است و جریان مورد نظر تراکم ناپذیر، دایم و آرام فرض شده است. معادلات حاکم بر مساله، شامل معادلات اندازه حرکت اصلاح شده (ناویر-استوکس) برای میدان جریان سیال، معادلات میدان های پتانسیل الکتریکی خارجی و داخلی، معادلات توزیع غلظت یون های مثبت و منفی (ارنست-پلانک)، معادله میدان مغناطیسی و معادله ی غلظت گونه ها به روش عددی حجم محدود حل شده است.به منظور اعتبارسنجی برنامه عددی، یک جریان ایده آل الکترواسموتیک که در آن سراسر دیواره ها باردار می باشد، شبیه سازی گردیده است و نتایج آن با نتایج تحلیلی موجود مقایسه شده است.نتایج عددی نشان می دهد که در حضور یک میدان مغناطیسی برای جریان در یک ریزمجرا، راندمان اختلاط نسبت به حالت عدم حضور میدان مغناطیسی افزایش چشم گیری می یابد، به طوری که راندمان اختلاط نهایی حداکثر به 3/93 درصد می رسد. البته این در حالی است که میدان مغناطیسی قبل از لایه دوگانه الکتریکی اعمال شده باشد.
    کلیدواژگان: ریزمخلوط گر، راندمان اختلاط، میدان الکتریکی، شبیه سازی عددی، ناویر-استوکس
  • امین خداکرم تفتی*، علی اکبر گل نشان صفحات 191-210

    در این پژوهش به تحلیل عملکرد یک برج خنک کن خشک با مکش طبیعی از نوع هلر در نیروگاه سیکل ترکیبی فارس در شرایط محیطی مختلف (دمای محیط و سرعت باد) براساس یک روش نظری جدید پرداخته شده است. داده های خوانده شده از مرکز کنترل این نیروگاه برای برج هلر، صحت و دقت روش نظری را تایید می کند. بنابراین یک مدل ریاضی جدید برای پیش بینی عملکرد برج در شرایط محیطی مختلف ایجاد شده است. این مدل فقط برای سرعت های باد کمتر از سرعت بحرانی، که معمولا مقداری بسیار بزرگ و غیرمعمول در شرایط عملیاتی برج است، کاربرد دارد. به کمک این مدل، برای برج هلر منفرد در نیروگاه سیکل ترکیبی فارس نتیجه گرفته شد که در هنگام گرم ترشدن محیط، با افزایش سرعت باد، نرخ انتقال حرارت در برج با شیب کمتری کاهش می یابد. نتایج استفاده از روش نظری جدید برای محاسبه عملکرد 3برج هلر هم راستا در این نیروگاه، همراه با داده های اندازه گیری شده نشان داد در مواقعی که باد به طور عمود بر راستای برج ها می وزد، راندمان هر برج کمتر از راندمان همان برج در حالت منفرد می شود. در مواقعی که جهت وزش باد هم جهت با راستای برج ها باشد، راندمان برج های پشتی نسبت به برج خط حمله افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: برج خنک کن خشک با مکش طبیعی، هلر، عملکرد حرارتی، مدل ریاضی، برجهای خنک کن هم راستا
  • حسین سپهوند، مجتبی حسینی، حسین حاتمی* صفحات 211-229

    این مطالعه برای چهار نمونه بتنی از بتن خودتراکم استفاده شده است. در روش تجربی شتاب ضربه زننده توسط سنسور شتاب سنج اندازه گیری شده و تغییرشکل نمونه ها پس از اتمام آزمایش اندازه گیری شده است. برای مدلسازی عددی از نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شده است. آزمایش ضربه برای نمونه های بدون ورق تحت شرایط تکیه گاهی دوسرگیردار و چهارطرف آزاد، و برای نمونه های مسلح شده به دلیل کم بودن ضخامت نمونه ها فقط به صورت چهارطرف آزاد انجام شده است. مقایسه نتایج حاصل از روش تجربی و عددی نشان می دهد که این دو روش تحقیق دارای نتایج نزدیک به هم می باشند. همچنین نتایج نشان می دهد که مقدار جابه جایی در نمونه های بدون ورق بیشتر از نمونه های مسلح شده بود.این مطالعه برای چهار نمونه بتنی از بتن خودتراکم استفاده شده است. در روش تجربی شتاب ضربه زننده توسط سنسور شتاب سنج اندازه گیری شده و تغییرشکل نمونه ها پس از اتمام آزمایش اندازه گیری شده است. برای مدلسازی عددی از نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شده است. آزمایش ضربه برای نمونه های بدون ورق تحت شرایط تکیه گاهی دوسرگیردار و چهارطرف آزاد، و برای نمونه های مسلح شده به دلیل کم بودن ضخامت نمونه ها فقط به صورت چهارطرف آزاد انجام شده است. مقایسه نتایج حاصل از روش تجربی و عددی نشان می دهد که این دو روش تحقیق دارای نتایج نزدیک به هم می باشند. همچنین نتایج نشان می دهد که مقدار جابه جایی در نمونه های بدون ورق بیشتر از نمونه های مسلح شده بود.

    کلیدواژگان: بتن خودتراکم، تغییرشکل، ساندویچ پانل، ورق مشبک فولادی، ضربه
  • رضا سبزیان، علی عبداللهی*، سبحان امامی کوپائی صفحات 231-254
    نشت گاز از خطوط لوله انتقال علاوه بر هدر رفت حجم زیادی از گاز و گاها قطع جریان گاز می تواند خسارت های جانی و محیط زیستی قابل توجه ای را به همراه داشته باشد. از این رو مهار نکردن نشتی، باعث ضررهای هنگفت سالیانه به شرکت ملی گاز خواهد شد. موضوع این پژوهش، شبیه سازی عددی نشت گاز از خطوط لوله فشار بالا (تا psi1050 یا kPa 7240) مدفون در خاک و ارایه رابطه ای جهت محاسبه میزان نشت گاز از این خطوط لوله می باشد. نشتی از یک سوراخ در قسمت فوقانی سطح جانبی لوله در نظر گرفته شده است. سیال کاری تراکم پذیر و جریان به صورت آشفته و پایا می باشد. همچنین خاک اطراف لوله به صورت یک ناحیه متخلخل همگن مدل سازی شده است. اطلاعات مورد نیاز برای شبیه سازی مسئله به کمک مشاور صنعتی تهیه شده است. در این مطالعه پارامترهای تاثیر گذار بر مقدار دبی حجمی گاز نشت شده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاضر نشان می دهد که بر خلاف خطوط روزمینی، نشتی از مقطع آسیب دیده در خطوط مدفون، حتی در فشارهای بالا، در سرعت های پایین رخ داده و خفگی دینامیک گازی جریان مشاهده نمی شود. در نهایت روابط همبسته ی بسیار دقیقی برای تخمین میزان نشتی از خطوط تغذیه و انتقال ارایه شده است که کمینه ضریب همبستگی آن 9960/0 می باشد.
    کلیدواژگان: لوله ی مدفون، خطوط تغذیه و انتقال، نشت گاز طبیعی، محیط متخلخل، روابط همبسته
|
  • Sadegh Toudarbari, MohamadJavad Maghrebi * Pages 1-16

    Using renewable energies including wind and solar have become an important subject among investigators. Therefore, numerous studies have been performed to optimize wind turbines at the vicinity of areas which are capable of producing renewable energy. In this research, the feasibility of using  four-bladed Darrieus wind turbine on a one-way highway has been studied numerically. The Fluent commercial software is used  in the simulation conducted. The results of simulation indicate a good agreement with the experimental data. In this research, the turbine performance has been evaluated at different tip speed ratios and according to the results, the maximum power coefficient at the tip speed ratio of 0.644 is 0.00299 with a corresponding power output of 61.81 watt.

    Keywords: wind energy, Darrieus Wind Turbine, CFD, One-way Highway
  • Mohammad Shafiey Dehaj *, Mohsen Mirzaei, Mostafa Zamani Mohiabadi Pages 17-38

    In this paper Parabolic Dish Solar Concentrator (PDSC) are studied numerically and experimentally. In addition to designing, manufacturing and testing the collector, the system is also modeled in COMSOL software. Experiments and modeling have been performed using two helical tubular absorbers and a fin-shaped plate at the focal point, with three different discharges in two closed and open cycles. Comparison of experimental and simulation results shows a good agreement and the error rate is between 1 and 4درصد. The results show that the first type adsorbent has better efficiency compared to the second type adsorbent and also increases the collector efficiency with increasing flow rate.

    Keywords: Modeling, Parabolic Dish Solar Concentrator, Thermal Analysis, Adsorbent
  • MohammadSaleh Barghi Jahromi, Masoud Iranmanesh, Hadi Samimi Akhijahani * Pages 39-58

    In this experimental study the effect of using phase change materials (PCM) in the thermal storage tank on the performance of a solar dryer was investigated. The experiments were carried out for three levels of PCM 1.54, 2.45 and 3.6 kg and two levels of fluid flow rate of 0.2 and 0.4 l/min. The results showed that with increasing the fluid flow, the thermal efficiency of the collector from 62.4% to 20.2% for 0.4 l/min. The thermal energy for fluid flow of 0.2 and 0.4 lit/min obtained about 13.31 to 13.63 MJ and 14.45 to 14.92 MJ, respectively. The results also showed that the overall efficiency of the dryer increased with increasing PCM and it changes from 32.92% to 35.55% for the fluid flow rate of 0.2 l/min and 32.19% to 36.02% for 0.4 l/min. Considering the specific energy used for drying of the samples and drying efficiency the fluid flow with 0.2 l/min and PCM with 3.6 kg is a proper choice for drying of apple slices. The payback period was obtained about 20 months.

    Keywords: Solar energy, Collector thermal efficiency, Fluid flow rate, Phase change materials
  • Sajjad Davoodi, Mostafa Esmaeili *, Hassan Shokrollahi Pages 59-76
    The heat generation during laser-induced thermotherapy can damage healthy tissue. Therefore, it is necessary to predict the temperature distribution and the possibility of tissue damage due to temperature rise. In this study, temperature changes and thermal stresses caused by laser on a healthy and cancerous tissue of human skin are modeled using a numerical method based on the finite element technique. It should be noted that the laser beams are assumed to be Gaussian and the attenuation of the laser light in the skin layers is based on Beer-Lambert's law, and the deformation in all parts of the element is expressed by equilibrium equations. The numerical results include the effects of laser intensity, radiation radius and wavelength as well as the role of blood perfusion on the temperature and von Mises stress distributions. Laser thermal damage to cancerous tissue is also investigated based on Arrhenius' theory. The present results can provide as preliminary information to physicians and provide a detailed account of events during the treatment.
  • Donya Shahani, Abas Ramiar *, Arash Mahboubidoust Pages 77-92
    Detection and analysis of circulating tumor cells can provide important information to prevent the spread of cancer, which annually kills millions of people worldwide. So the researchers are trying to find a way to separate these cancer cells for detecting them. In this study, the OpenFOAM code was used to simulate the sheathless focusing and separation of White Blood Cells from Prostate cancer cells using standing and traveling surface acoustic waves in two stages. In the first stage, cells are focused in the center of the channel utilizing standing waves. Then, with the aid of traveling waves, the white blood cells are pushed to the opposite side and the two cells are separated by 100% efficiency.
    Keywords: Acoustophoresis, Traveling Surface Acoustic Waves, Standing Surface Acoustic Waves, Cell Separation, Numerical simulation, Microfluidic
  • Kourosh Javaherdeh *, Habib Karimi Pages 93-110
    In this study, the numerical analysis was studied about mixed convection of sodium alginate (non Newtonian Pseudoplastic fluid) with Nano particle in a two dimensional rectangular channel containing several blocks. The temperature of inlet fluid to the rectangular channel were kept in steady state and fixed temperature that is less than wall temperature. To solve the Continuity, momentum and energy equations, numerical analysis and finite volume method with SIMPLE technique is used. In this study the effect of height and numbers of blocks, volume fraction of nano particle, Richardson number and Reynolds number is investigated on Nusselt number and skin friction coefficient. The results show that increasing of aluminum solid particles in sodium alginate will increase the heat transfer rate and skin friction coefficient in channel length. Also by increasing Reynolds number there is an increase in convection rate through the channel. In addition to the conclusions, increasing the block height from H/3 to H/2 enhance the average Nusselt number by 10% and skin friction coefficient by 13%. It is observed that increasing of Richardson number decreases the Nusselt number and skin friction coefficient. Also changing block number from 3 to 5 decrease Nusselt number about 3.5%.
    Keywords: Mixed convection, Nano fluid, channel with blocks, non-Newtonian fluid Sodium Alginate
  • Mojtaba Afife Golsheikhi, Mehrzad Sharifian *, Mehrdad Sharifian Pages 111-132
    In this study, a stress updating method is formulated in a semi-implicit way for the von Mises plasticity model with the Chaboche nonlinear isotropic hardening and the Armstrong-Frederick kinematic hardening in the regime of the small deformations. For this purpose, the exponential map integration method is utilized. Then, in order to investigate the correctness, accuracy and convergence of the new proposed method, the numerous numerical tests are carried out and their results are compared with previously accepted methods. The results show considerable increasing in accuracy of the presented method and the second-order convergence rate of the method. On the other hand, in this research, the derived relationships have been presented in a way that it is possible to extract data from any desired point during the plastic step; finally, it is studied that selecting the data of which point of the elastoplastic loading step leads to the most accurate results.
    Keywords: Integration, exponential map, semi-implicit method, von Mises model, non-linear mixed hardening
  • Salman Shamsaei, Farhang Honarvar * Pages 133-152

    In this paper, the propagation of ultrasonic waves generated by a laser pulse in thermoelastic regime up to the evaporation threshold of the material is modeled in two-dimensions by using the Code-Aster finite element solver. While in previous studies, this problem is solved in one step, in the new approach, we use different meshes and different increment times for modeling each of the thermal and mechanical parts of the problem. This new approach results in significant reduction in computation time. The propagation of ultrasonic waves generated by laser powers of up to 10 mJ with 17 ns pulse duration are modeled as a function of time. Computation time for separate thermal and mechanical analyses on the computer used for this purpose was 1 hour and 55 minutes; while combined analysis of the problem on the same computer takes at least 11 hours and 29 minutes. The resulting longitudinal and transverse waves, as well as the thermal behaviour of the material are then analysed and the results are compared with experimental and numerical data available in the literature. Very good agreement is observed between our simulation results and experimental and numerical results available in the literature which indicates that the laser ultrasonics process is accurately modeled by using the new approach and new finite element solver.

    Keywords: Laser, Ultrasound, Finite Element, Code-Aster, Nondestructive evaluation
  • Saed Bazkhane, Iman Zahmatkesh * Pages 153-172
    In this study, heat transfer of nanofluid in a channel with an externally–applied magnetic field and a porous obstacle is simulated and discussed. To simulate the flow field inside the obstacle, the Darcy–Brinkman–Forchheimer model is implemented in the LBM method. Thereafter, effects of influencing parameters on the heat transfer rate are analyzed utilizing the experimental design method. The results show that the nanoparticles type has the greatest effect on the heat transfer with the contribution ratio of 62.79%. The second and the third parameters are the obstacle size and the Reynolds number, with the contribution ratios of 20.71% and 7.58%, respectively. The contribution ratios of the Hartmann number and the nanoparticles fraction are estimated about 3%. However, it is found that in this problem, the influences of the porosity, type, and the Darcy number of the obstacle on the mean Nusselt number are almost negligible.
    Keywords: Nanofluid, Magnetic field, porous media, LBM method, Darcy-Brinkman-Forchheimer model, Taguchi method
  • Morteza Dallakehnejad, Seyed Ali Mirbozorgi *, Hamid Niazmand Pages 174-190
    In the present paper, the mixing in electroosmotic flow is studied numerically and simulated in the presence of a magnetic field with three different locations. The flow geometry was included a two-dimensional duct between two parallel plates, and the flow was assumed to be incompressible, steady and laminar. The governing equations of the problem, including modified momentum equations (Navier-Stokes) for the fluid flow field, the equations of external and internal electric potential fields, the equations of distribution of the positive and negative ions (Nernst-Planck), the magnetic field equation, and the concentration equation for species have been solved using the finite volume numerical method. The obtained numerical results were validated against the analytical solutions of an EOF with uniform microchannel walls zeta potentials. The numerical results show that in the presence of a magnetic field, so the final mixing efficiency reaches to 93.3 %. However, this is while the magnetic field has been applied before the electric double layer.
    Keywords: Micro-Mixer, Mixing Efficiency, Electric field, Numerical simulation, Navier-Stokes
  • Amin Khodakaram Tafti *, AliAkbar Golneshan Pages 191-210

    In present study, the performance of a Heller-type natural draft dry cooling tower in the Fars Combined Cycle Power Plant is investigated under different environmental conditions (ambient temperature and wind velocity), based on a new theoretical method. The data collected from the control center of this power plant confirms the accuracy of the theoretical method; Therefore, a new mathematical model is created for predicting the performance of this cooling tower. This model is only applicable for wind velocities less than critical velocity, which is usually large and uncommon in operational conditions. Using this model for the described Heller cooling tower, it is shown that in high ambient temperatures, as the wind velocity increases, the heat transfer rate in the cooling tower decreases with a lower slope. The results of using the new theoretical method for calculating the performance of three aligned cooling towers in the power plant, along with the measured data, showed that when the wind direction is perpendicular to the towers, the efficiency of each tower is lower than the single tower in the same condition. When the wind is in line with the towers' direction, the efficiency of the rear towers will increase from the tower in the wind attack line.

    Keywords: Natural draft dry cooling tower, Heller, Thermal performance, Mathematical model, Aligned cooling towers
  • Hossein Sepahvand, Mojtaba Hosseini, Hossein Hatami * Pages 211-229

    This investigation for all specimens the concrete with self-contact is used. The specimen has expanded metal sheets layers. The behavior of sheets is analyzed for specimens.  For experimental method the acceleration parameter are measured with the acceleration sensor. Drop hammer test machine had been used for experimental tests. For numerical method the ABAQUS software is used. Abaqus is used for dynamic test loading and it is suitable for dynamic loading. For the specimens with two and free fixed of area are investigated on experimentally. For the specimens with thin thickness the free fixed is used. The specimens without expanded metal sheet are collapsed under impact loading. The specimens with expanded metal sheet have a strong resistance for impact loading. The displacement of the specimens without expanded metal sheet is more than of the specimens with expanded metal sheet. Expanded metal sheets are simulated in the specimens with experimentally and numerically loading.

    Keywords: Self-contact concrete, deformation, Sandwich Panel, Expanded metal sheet, Impact
  • Reza Sabzian, Ali Abdollahi *, Sobhan Emami Kopaei Pages 231-254
    Gas leakage from transmission pipelines waste a large amount of gas and interrupt the gas flow. In addition, it could cause significant loss of life and environmental damage. If the leaks in the pipelines are not restrained, in this way the National Gas Company will pay huge economics losses annually. The subject of this study is numerical simulation of gas leakage from high pressure buried pipelines (up to 1050 psi or 7240 kPa) in the soil and develops correlations for estimating gas leakage from these pipelines. Leakage hole was considered on the upper side of the pipe surface. The working fluid is compressible and the flow are turbulent and steady. Also the soil surrounding the tube was modeled as a homogeneous porous zone. The information required to simulate this problem was provided with the help of the industrial consultant. In this study, parameters affecting on the volume of gas leakage were investigated. The results show that the leakages from damaged cross-sections on high pressure buried pipelines, unlike unburied pipes, happen at low velocities and there is no evidence of choked flow. Finally, the accurate correlations were provided to estimate the leakage from the feed and transmission pipelines that minimum R equal 0.9981.
    Keywords: Pipeline, Transmission, Supply pipelines, Natural gas leakage, porous media, Correlation