فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و چهارم شماره 3 (خرداد 1401)

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و چهارم شماره 3 (خرداد 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • محمد صفرزاده، قاسم حیدری نژاد، هادی پاسدار شهری* صفحات 493-507

    در این مقاله، از روش شبیه ‏سازی گردابه ‏های بزرگ استفاده شد و روش تک-معادله‏ ای به عنوان روش زیر شبکه اتخاذ گردید. همچنین شبیه‏ سازی‏ ها به صورت سه ‏بعدی، غیر دائم و تک فاز انجام می ‏شود و عدد فرود 0/000255 در نظر گرفته می‏ شود. به منظور بررسی دقیق اثر مدل احتراقی، مدل احتراقی تولید ‏فلیملت‏ منیفولد در شبیه ‏سازی آتش در اتاق استفاده می‏ شود و نتایج این مدل احتراقی با مدل ‏های سینتیک بسیار سریع و اضمحلال گردابه مقایسه می شود. با مقایسه ‏ی نتایج مشاهده می ‏شود که در سناریوی آتش در فضای اتاق با نرخ آزادسازی حرارت 62/9 کیلووات، دمای متوسط در شعله به طور تقریبی 1500 کلوین می ‏شود. همچنین، نتایج مدل احتراقی اضمحلال گردابه و سینتیک بسیار سریع بهتر از مدل احتراقی تولید ‏فلیملت‏ منیفولد نتایج دما را پیش ‏بینی کرده ‏اند؛ اما در پیش ‏بینی سرعت هر سه مدل احتراقی با خطای نسبی کمتر از 10 درصد، به نتایج تجربی نزدیک هستند. با توجه به هزینه‏ ی محاسباتی پایین مدل تولید ‏فلیملت‏ منیفولد و توانایی استفاده از سینتیک کامل در این مدل احتراقی و همچنین دقت قابل قبول آن، استفاده از این مدل در شبیه ‏سازی آتش در اتاق، مناسب است.

    کلیدواژگان: آتش در ساختمان، شبیه‏سازی گردابه‏های بزرگ، مدل احتراقی، تولید‏ فلیملت‏ منیفولد
  • عباس فروزی فشالمی، رامین کوهی کمالی* صفحات 509-530
    تغلیظ شورابه بدون تخلیه پساب، فرآیندی جامع از نظر شبیه سازی عملکرد است و نقش موثری در کاهش آلودگی زیست محیطی پساب خروجی از آب شیرین کن ها دارد. در پژوهش حاضر معادلات حاکم بر اجزای تغلیظ کننده ی لایه ریزان چند مرحله ای شورابه، تحت جریان جابجایی اجباری، تغذیه پیشرو، تعداد مراحل دلخواه و فشرده سازی بخار حرارتی در نرم افزار متلب مدل سازی شده است. نتایج مدل سازی ترمودینامیکی تغلیظ کننده ی دو مرحله ای نشان داد که از ton/hr 6/25 پساب با غلظت  ppm90000،ton/hr  5 آب شیرین و ton/hr 1/25 شورابه با غلظت ppm450000 حاصل شده است. نسبت بازده ی خروجی این واحد 2/63 و سطح مخصوص انتقال حرارت   74/3 است. همچنین با مدل سازی ترموهیدرولیکی، جهت کنترل رسوب و با افت فشار و سرعت جریان مجاز، به ازای طول ها، قطر ها و گذر های مختلف لوله ها، سطح انتقال حرارت و تعداد لوله های تبخیرکننده هر مرحله محاسبه شده است. در انتها تاثیر پارامترهای طراحی بر بازده و سطح مخصوص انتقال حرارت بررسی شد. مشاهده شد که تعداد مراحل، دمای پساب تغذیه و دمای بخار راه انداز، سه پارامتر مهم در طراحی فرآیند است. افزودن یک مرحله، موجب افزایش 17 درصدی بازده و 23/5 درصدی سطح مخصوص انتقال حرارت، افزایش 1 درجه دمای خوراک باعث افزایش2/5 درصدی سطح مخصوص انتقال حرارت و افزودن 1 درجه دمای بخار راه انداز، سبب کاهش 3 درصدی سطح مخصوص انتقال حرارت شده در حالی که اثر این دو پارامتر بر بازده ناچیز است.
    کلیدواژگان: واحد تغلیظ شورابه، تبخیرکننده ی لایه ریزان، طراحی ترمودینامیکی و ترموهیدرولیکی، جریان جابجایی اجباری
  • رضا ذبیحی، فرهاد طالبی*، روح الله رفعی صفحات 531-545

    در این مقاله، تاثیر استفاده از سه مدل قطره گیر با تعداد موج متفاوت در یک طول کلی ثابت بر دبی آب جبرانی و راندمان برودتی برج خنک کن و راندمان جمع آوری و افت فشار قطره گیر مورد بررسی قرار گرفته است. این قطره گیرها در سه مدل شامل: نوع الف با یک موج، نوع ب با دو موج و نوع ج با سه موج و از جنس آهن گالوانیزه ساخته شدند. هدف اصلی از بررسی این موضوع، بررسی تاثیر استفاده از قطره گیر بر عملکرد برج خنک کن است. بر این اساس، آزمایش هایی در برج خنک کن آزمایشگاهی در شرایط ثابت محیطی از نظر دما و رطوبت بر روی آن ها صورت گرفت و پارامترهایی شامل: دبی جرمی هوا، دبی جرمی آب و دمای آب ورودی به برج به عنوان پارامترهای ثابت فرض شد. اعتبارسنجی این آزمایش ها از دو طریق تکرارپذیری با تکرار پنج گانه برای هر نوع قطره گیر و محاسبه عدم قطعیت پارامترهای مشتق شده از دما و سرعت انجام شد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که استفاده از این قطره گیرها می تواند موجب افزایش 48 درصدی راندمان جمع آوری و کاهش20 درصدی دبی آب جبرانی برج خنک کن شود. از طرف دیگر استفاده از این قطره گیرها افت فشار جریان هوا را به میزان 70 درصد به ازای هر موج و راندمان برودتی برج را تا 18/5 درصد افزایش می دهد.

    کلیدواژگان: قطره گیر، دبی آب جبرانی، راندمان برودتی، راندمان جمع آوری، افت فشار هوا
  • کورش جواهرده*، حبیب کریمی صفحات 547-565

    به منظور به کارگیری انرژی های تجدیدپذیر و کاهش مصرف سوخت های فسیلی می توان از سیستم های تولید همزمان گرمایش، سرمایش و توان استفاده نمود. سیکل پیشنهادی در کار حاضر، سیکل پایدار برایتون و تبرید گذر بحرانی دی اکسید کربن همراه با جت پمپ بوده، که از انرژی خورشیدی به عنوان منبع گرما استفاده می نماید. در مطالعه حاضر، تحلیل بازده انرژی، اگزرژی و اگزرژی- اقتصادی سیکل مورد مطالعه قرار گرفته است. در تحلیل ترمودینامیکی، اثرات هر یک از پارامترها بر روی عملکرد سیستم چندگانه بررسی شده است. در این تحلیل، با تغییر یکی از پارامترها، سایر پارامترها ثابت نگه داشته شده، به طوری که تحلیل ترمودینامیکی بر اثر پارامترهای مهم شامل فشار ورودی توربین، فشار خروجی توربین، دمای ورودی توربین و دمای اواپراتور تمرکز دارد. نتایج حاصل از آن نشان می دهد که با افزایش فشار خروجی توربین، فشار جریان اولیه ورودی به جت پمپ و سرعت جریان در خروجی نازل جت پمپ ، افزایش می یابد. تانک ذخیره بیشترین نرخ تخریب اگزرژی را در میان اجزای سیستم به دلیل اختلاف دمای زیاد دارد که مقدار آن حدود 29% کل نرخ تخریب می باشد. همچنین، بیشترین هزینه بر واحد توان مربوط به سرمایش خروجی از سیکل همزمان می باشد، به طوری که مقدار آن حدود 53% مقدار کل هزینه ها است.

    کلیدواژگان: اگزرژی، تولید همزمان، جت پمپ، انرژی خورشیدی
  • حسین درویشی نژاد، مصطفی نظری*، محسن نظری، محمد محسن شاه مردان صفحات 567-587

    از میان روش های نمک زدایی، استفاده از روش اسمز معکوس به دلیل مزایای آن بسیار گسترده شده است. یکی از چالش های پیش رو در واحدهای نمک زدایی با استفاده از روش اسمز معکوس، وجود یک الگوریتم کنترلی جهت غلبه بر عدم قطعیت ها و اغتشاشات وارده بر آن است. چالش دیگر چنین دستگاه هایی تامین انرژی آن می باشد. فشار وارده بر غشاء توسط یک پمپ فشارقوی تامین می شود که انرژی مکانیکی این پمپ توسط یک موتور الکتریکی تامین می شود. استفاده از انرژی های تجدیدپذیر نه تنها اثرات زیست محیطی ندارد، بلکه موجب تامین انرژی پایدار چنین دستگاه هایی می شود. در این مقاله، جهت پاسخ به این دو چالش، ابتدا مدل سیستم ترکیبی سیستم نمک زدایی اسمز معکوس به همراه سیستم خورشیدی فتوولتائیک مورد بررسی قرار می گیرد و برای هر بخش الگوریتم کنترلی مربوط به آن بخش طراحی و شبیه سازی می شود. برای ردیابی بیشینه توان در شرایط دمایی و تابشی مختلف در سیستم خورشیدی فتوولتائیک، از کنترلر فازی بهینه شده با الگوریتم بهینه سازی علف های مهاجم استفاده شده است. برای کنترل موتور الکتریکی، الگوریتم فازی-پی آی دی طراحی شده است. برای کنترل سیستم اسمز معکوس از الگوریتم مود لغزشی فراپیچشی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی برای سیستم ترکیبی اسمز معکوس فتوولتائیک، دارای عملکرد مناسبی در شرایط کاری مختلف است و قابلیت رفع و حذف اغتشاشات وارده بر سیستم را دارد.

    کلیدواژگان: نمک زدایی، اسمز معکوس، کنترل مود لغزشی فراپیچشی، دستگاه خورشیدی فتوولتائیک، ردیابی بیشینه توان، کنترل فازی
  • هانیه حسامی، مهدی برجی*، جواد رضاپور صفحات 589-614
    نقش مهم صفحات دو قطبی در پیل سوختی اکسید جامد، توزیع یکنواخت واکنش دهنده ها به مکان های انجام واکنش، جمع آوری جریان و جداسازی هر سلول از سلول دیگر است. بنابراین عملکرد یک پیل سوختی اکسید جامد به شدت وابسته به کانال های عبور جریان هوا و سوخت می باشد. در راستای بررسی چگونگی تاثیر هندسه کانال های جریان هوا و سوخت روی عملکرد، چگالی جریان و توان، نتایج شبیه سازی برای ارزیابی عملکرد دو نوع پیل سوختی با کانال های مستقیم و کانال های همگرا واگرا بحث شده اند. در این تحقیق یک مدل سه بعدی از پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای حمایت شده توسط آند با سوخت هیدروکربنی ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که اختلاف فشار بین کانال های همگرا واگرا سبب تولید جریان عرضی در کانال ها و دندانه ها برای توزیع بهتر واکنش دهنده ها در پیل سوختی با کانال های همگرا واگرا می گردد. این سرعت عرضی سبب افزایش 6 درصدی مصرف سوخت در پیل با کانال های همگرا واگرا نسبت به پیل با کانال های مستقیم معمولی در ولتاژ عملکردی 0/7 ولت می شود اما به دلیل کاهش مساحت کانال های این پیل نسبت به پیل معمولی، چگالی جریان در این پیل 10 درصد کمتر از پیل با کانال های مستقیم است. در ولتاژهای عملکردی بالاتر از 0/55 ولت، پیل سوختی با کانال های همگرا واگرا به علت وجود جریان های عرضی مصرف سوخت بیشتری نسبت به پیل سوختی با کانال های مستقیم دارد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، کانال های همگرا واگرا، طراحی صفحات دوقطبی، جریان عرضی
  • علی خنافری، آریا الستی*، محمد جعفر کرمانی، سعید اصغری صفحات 615-627

    امروزه به دلیل اهمیت روزافزون پیل سوختی غشاء پلیمری در تولید انرژی پاک، عیب یابی این مبدل انرژی اهمیت به سزایی یافته است. عیب یابی در پیل سوختی می تواند به طور محسوسی سبب افزایش عمر مفید و قابلیت اطمینان آن شود. بخش زیادی از عیوب مربوط به پیل سوختی غشاء پلیمری ناشی از برهم خوردن تعادل رطوبت در آن است. غوطه وری یکی از شایع ترین عیوب مرتبط با عدم تعادل پیل سوختی است؛ که هم در بخش کاتد و هم در آند توده ی پیل محتمل است. در کارهای گذشته عمدتا به کاتد به دلیل اینکه مبدا تولید آب است، به عنوان مکان محتمل برای بروز غوطه وری توجه شده است. در این مقاله آند نیز به عنوان مکان محتمل برای بروز این پدیده موردتوجه قرار گرفته است. روش این پژوهش بر این اساس است که از توده ی پیل در شرایط کارکرد سالم داده برداری می شود و تلاش می شود با استفاده از ورودی های مرتبط، سه پارامتر خروجی ولتاژ توده، افت فشار کاتد و افت فشار آند، با استفاده از روش فازی- عصبی تطبیقی تخمین زده شوند. در شرایط نامشخص ، مقایسه انحراف مقادیر واقعی خروجی ها از مدل با مقادیر مجاز انحراف ها (به ترتیب 0/0735 ولت، 0/0092 بار و 0/0047 بار) می تواند وقوع یا عدم وقوع غوطه وری را تعیین کند.

    کلیدواژگان: پیل سوختی غشاء پلیمری، توده ی پیل، فازی- عصبی تطبیقی، غوطه وری، افت فشار
  • امید رمضانی ازغندی، محمد جواد مغربی*، علیرضا تیمورتاش صفحات 629-648
    در این مقاله به کمک فعال کننده سطحی سدیم دودسیل سولفات، نانوصفحه های گرافن در سیال پایه آب پایدار گردید. نانوسیال تهیه شده در درصد وزنی های 0/145-0/01 در تبادل گر گرمایی صفحه ای واشردار در مجاورت سیال سرد (آب مقطر) قرار گرفت. تمام آزمایش ها برای جریان آرام در گستره اعداد رینولدز 1500-500 انجام گردید. اثر تغییر دبی و غلظت نانوسیال بر ضریب کلی انتقال حرارت و افت فشار بررسی شد. مشخص شد که بیشترشدن غلظت، باعث بیشترشدن هم زمان هردو عامل می گردد، درنتیجه کارایی و اثربخشی نانوسیال نیز مورد آنالیز قرار گرفت. مشخص گردید که بیشترشدن غلظت باعث بیشترشدن اثربخشی نانوسیال و کارایی می شود. بیشترین اثربخشی (%89) و کارایی (1/244) در دبی حداقل (2 لیتر بر دقیقه) و غلظت حداکثر (0/145 درصد وزنی) اتفاق می افتد. برای یافتن شرایط مطلوب (اثربخشی بالاتر)، به کمک روش تاگوچی، آزمایش ها آنالیز گردید و صحت آزمایش ها تایید شد. همچنین مشخص شد که کم شدن دبی (%98/56) اثر بیشتری بر نتایج نسبت به بیشترشدن درصد وزنی(%0/404) دارد.  میزان درصد خطا نیز %0/018 به دست آمد که دقت نتایج را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: نانوصفحه های گرافن، فعال کننده سطحی، درصدوزنی نانوسیال، اثربخشی، عملکرد
  • امیرحسین حسین*، فرهاد قدک، محمدعلی جزووزیری، محمد هادی اسلامی صفحات 649-669

    هواسرهای ماوراء صوت به عنوان سامانه های غیر قابل رهگیری و با قابلیت مانور عملیاتی بالا در سال های اخیر مورد توجه قرار دارند. از طرفی پرواز در محدوده ی بیشینه ی بازدهی آیرودینامیکی به علت تاثیر در افزایش برد و بالا بردن قابلیت مانور هواسر حائز اهمیت است. در این تحقیق بررسی پارامترهای پروازی هواسر ماوراء صوت شامل موقعیت و سرعت لحظه ای نسبت به پروفیل بدنه و مقدار زاویه ی اوج گیری با استفاده از روش تعیین مسیر پرواز جرم نقطه ای انجام شده است. نوع پروفیل بدنه با توجه به افزایش قابل توجه بازدهی آیرودینامیکی و سادگی باز طراحی سایر اجزاء، مقطع بیضی شکل انتخاب شده است. بررسی ضرائب آیرودینامیکی در عدد ماخ 6/7، دقت بالای روش نیوتونی اصلاح شده را به عنوان مبنای محاسبات نشان می دهد. نیروهای برآ و پسا در شرایط پروازی با تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی برای افزایش دقت تحلیل تصحیح شده است. تغییرات لحظه ای ضرائب آیرودینامیکی در هر گام زمانی بسته به ارتفاع و عدد ماخ موجب استفاده از کوپل دو طرفه ای میان تحلیل آیرودینامیک و پرواز جرم نقطه ای شده است. نتایج افزایش 54 درصد در برد هواسر و 29 درصد در سرعت برخورد آن با کاهش ارتفاع بدنه را نشان می دهد. این مقادیر در بررسی های مربوط به شعاع انحنای دماغه 16 و 74 درصد و در مطالعه زاویه اوج گیری اولیه 44 و 25 درصد می باشد.

    کلیدواژگان: هواسر ماوراء صوت، آیرودینامیک ماوراء صوت، پارامترهای پروازی، مسیر پرواز جرم نقطه ای
  • مهدی صادقیان، حامد شهبازی*، شهرام هادیان، پیمان نوروزی صفحات 671-686
    در راستای کاهش محدودیت ها و بررسی حرکات بدن فرد در حین ورزش، در این پژوهش دستگاهی مبتنی بر حسگرهای پوشیدنی معرفی شده است. این دستگاه برای توصیف کردن، کمیت دادن و طبقه بندی حرکت های حاصل از عملکرد مکانیکی بدن انسان استفاده می شود و به پردازش تصویر نیاز ندارد. حسگر پوشیدنی طراحی شده  از تعدادی ماژول به صورت بی سیم طراحی و ساخته شده که علاوه بر هزینه کم، قابلیت استفاده آسان در محیط های واقعی و بدون محدودیت حرکتی را دارد. در این روش توصیف کمی حرکت بدن فرد مورد آزمایش ، توسط ماژول های بی سیم ساخته شده و با استفاده از داده های جمع آوری شده توسط این ماژول ها صورت می پذیرد. در ادامه جهت تحلیل داده های استخراج شده از حرکات بدن یک ورزشکار، این داده ها بر روی محیط متلب شبیه سازی شده و برخی پارامترهای سینماتیکی و سینتیکی آن مورد بررسی قرار گرفته است. سپس مقایسه کیفیت حرکت یک ورزشکار حرفه ای و ورزشکار مبتدی مورد مقایسه قرار گرفت که کارایی دستگاه طراحی شده مورد سنجش قرار گرفت و نتایج حاصله آورده شده است. پس از ساخت چند نمونه از این ماژول حرکت سنج، از آن برای بررسی چندین حرکت ورزشی شامل حرکت لگدزدن در کاراته، حرکت جلو بازو با وزنه، راه رفتن استفاده شد. همچنین برای بررسی صحت داده های ثبت شده و محاسبه گشتاورها و نیروهای دینامیکی برای هریک از فعالیت های فوق یک مدل ریاضی در قسمت مدل سازی مکانیکی نرم افزار متلب توسعه داده شده است.
    کلیدواژگان: حسگر پوشیدنی، حرکت سنج، شبیه سازی حرکت، گشتاور، ارزیابی کمی
  • محسن رضائیان، مجید سلطانی* صفحات 687-702
    شیمی درمانی با تزریق داخل صفاقی یکی از روش های امیدبخش برای درمان متاستازهای صفاقی است که استفاده از آن به همراه جراحی سایتوریداکتیو نتایج خوبی را برای درمان این بیماری نشان داد ه است. با این وجود، نفوذ دارو به تومور در این روش محدود است و نیاز به مطالعه این روش شیمی درمانی به منظور رسیدن به یک فهم بهتر از دلایل این عمق نفوذ کم وجود دارد. بدین منظور در مقاله پیش رو یک مدل عددی برای بررسی دارورسانی در تزریق داخل صفاقی توسعه داده شده است. با استفاده از این مدل ابتدا توزیع فضا-زمانی غلظت داوری آزاد، متصل شده و واردشده به سلول سرطانی محاسبه شده است. سپس با محاسبه درصد عمق نفوذ دارو و کسر سلول های کشته شده میزان اثربخشی درمان ارزیابی شده است. نتایج برای یک تومور با قطر 10 میلی متر پس از 60 دقیقه درمان نشان داد دارو تنها در ناحیه محدودی در مرز بیرونی تومور در دسترس است. مقادیر کسر سلول های کشته شده و درصد عمق نفوذ دارو به ترتیب %1/2 و%11/4 به دست آمد که نشان از ضعیف بودن بازدهی این روش دارد. یافته های این مقاله می تواند به منظور دستیابی به بینش عمیق تر در مورد مکانیزم های انتقال دارو به تومور در تزریق داخل صفاقی در مطالعات عددی و تجربی آینده مورد استفاده قرارگیرد.
    کلیدواژگان: دارو رسانی، درگیری صفاقی سرطان، مدل سازی عددی، شیمی درمانی، تزریق داخل صفاقی
  • سمیه داود آبادی فراهانی، امیرمحمد زکی نیا، امیرحسین ربیعی* صفحات 703-724
    در این مقاله، کنترل فعال جریان ارتعاشات ناشی از جریان سیلندر دایروی قرار گرفته در داخل کانال ایزوترمال توسط روش تزریق جریان جت، مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین اثر تزریق جریان بر انتقال حرارت داخل کانال نیز مورد بازبینی قرار گرفته است. برای این منظور، سه شیار بصورت متقارن در دیواره های بالایی و پایینی کانال در فواصل 0، 1 و 4 برابر قطر استوانه می باشد از سطح کناری سیلندر جایگذاری شده اند. نوآوری اصلی مطالعه حاضر، بررسی اثربخشی روش ارائه شده بر حسب ارتفاع کانال می باشد. برای این منظور، 6 کانال با ارتفاع های 5/5، 6، 7، 8، 9 و 10 برابر قطر استوانه برای انجام شبیه سازی های تعامل جریان-سازه ای در نظر گرفته شده است. برای حل معادلات جریان و انرژی از روش حجم محدود استفاده شده است. برای کوپلینگ حرکت استوانه با میدان جریان از روش دینامیک شبکه استفاده شده است. نتایج عددی نشان می دهند که برای تمامی کانال ها با ارتفاع های مختلف، تزریق جت چه بصورت یکطرفه و چه دو طرفه، از شیار 3، اثری در جابجایی ندارد چراکه فاصله جت از سیلندر زیاد می باشد. با افزایش ارتفاع کانال می بایست، برای کاهش کامل نوسانات سیلندر، سرعت تزریق را افزایش داد. علت اصلی کاهش کامل ارتعاشات توسط روش تزریق جریان جت، در توقف روند ریزش گردابه ها دیده می شود.
    کلیدواژگان: ارتعاش القایی گردابه، جریان جت، کنترل جریان، ریزش گردابه ها، انتقال حرارت کانال
|
  • Mohamad Safarzadeh, Ghassem Heidarinejad, Hadi Pasdarshahri * Pages 493-507

    In this paper, the large eddy simulation was used and the one-equation method was adopted as the sub-grid method. In addition, the simulations are performed in three-dimensional, unsteady, and single-phase case and the Froude number is considered 0.000255. To investigate the effect of the combustion model, the combustion model of flamelet generated manifold is used in the simulation of fire in the room and the results of this combustion model are compared with infinite fast chemistry models and eddy dissipation models. Comparing the results, it can be seen that in the fire scenario in the room with a heat release rate of 62.9 kW, the mean temperature in the flame is approximately 1500 Kelvin. Also, the results of the eddy dissipation combustion model and infinite fast chemistry predict the temperature results better than the flamelet generated manifold combustion model; but, all three combustion models are close to experimental results with a relative error of less than 10%, in predicting the velocity. Due to the low computational cost of the flamelet generated manifold model and the ability to use detailed kinetics in this combustion model, as well as its acceptable accuracy, it is appropriate to use this model in the compartment fire simulation.

    Keywords: Compartment Fire, Large Eddy Simulation, Combustion Model, Flamelet Generated Manifold
  • Abbas Forouzi Feshalami, Ramin Kouhikamali * Pages 509-530
    Brine Concentration is a comprehensive process and has an effective role in reducing environmental pollution due to desalination plant wastewater. In this study, the equations, for feed-forward forced convective falling film brine concentrators, with the desired number of effects and thermal vapor compression have been solved by MATLAB code. Thermodynamic modeling results of a two stage brine concentrator represented that 6.25 ton/hr feed with 90000 ppm concentration produces 5 ton/hr fresh water and 1.25 ton/hr wastewater with 450000 ppm concentration. The gained output ratio of plant is 2.63 and the specific heat transfer area is 74.3 m2s/kg. Also, by thermohydraulic modeling, to control the sediment rate with the limitations of allowable pressure drop and stream velocity in different tube lengths and diameters and evaporator number of passes, heat transfer area and the number of tubes have been calculated. Finally, the effects of design variables on gained output ratio and specific heat transfer area are investigated. The results represented that effects number, feed, and driving steam temperature are the three most important variables since increasing the effects number causes a 17% increase in gained output ratio and 23.5% increase in the specific heat transfer area. Increasing 1 C in feed and motive vapor temperature lead to a 2.5% increase and 3% decrease in the specific heat transfer area. But these two don’t have any effect on gained output ratio.
    Keywords: Brine Concentrator Unit, Falling Film Evaporator, Thermodynamic, Thermohydraulic Design, Forced Convective Flow
  • Reza Zabihi, Farhad Talebi *, Roholah Rafee Pages 531-545

    In this paper, the effect of using three drift eliminators with a different number of waves in a constant total length on compensation water flow rate and cooling efficiency of cooling tower and collection efficiency and air pressure drop of drift eliminator is investigated. These drift eliminators were made of galvanized iron in three models: type A with one wave, type B with two waves, and type C with three waves. The main purpose of this study is to investigate the effect of using drift eliminators on the performance of the cooling tower. Accordingly, experiments were performed on the laboratory cooling tower under constant environmental conditions in terms of temperature and humidity, and parameters including air mass flow rate, water mass flow rate, and inlet water temperature to the tower were assumed as constant. The results of this study show that the use of these types of drift eliminators can increase the cooling efficiency of the cooling tower by 18.5% and reduce the compensatory water flow rate of the cooling tower by 20%. On the other hand, the use of these drift eliminators increases the air pressure drop by 70% per wave and the collection efficiency of the drift eliminator by 48%.

    Keywords: Drift Eliminator, Compensatory Water Flow, Cooling Efficiency, Collection Efficiency, Air Pressure Drop
  • Kourosh Javaherdeh *, Habib Karimi Pages 547-565

    Combined heat and power systems are used for renewable energies and reducing fossil fuels. This work, investigated energy efficiency, exergy, and exergy economic a Brayton cycle and refrigeration cycle with an ejector that used solar energy as a heat source. Inlet pressure turbine, outlet pressure turbine, inlet temperature turbine, and temperature of the evaporator are variable parameters, when one of the parameters changes, the other parameters are kept constant so that the thermodynamic analysis focuses on important parameters. Results showed that inlet pressure of initial flow in ejector and outlet velocity of flow on ejector are increased with increasing outlet pressure of turbine. The storage tank had the most exergy destruction rate among all components for the high-temperature difference that it’s almost 29% from all of the exergy destruction rates. Also, the highest cost per unit of power is related to the combined heat and power cycle that it’s about 53% of the total cost.

    Keywords: Exergy, Combined Heat Power, Ejector, Solar Energy
  • Hosein Darvishnezhad, Mostafa Nazari *, Mohsen Nazari, Mohammad Mohsen Shahmardan Pages 567-587

    Among desalination systems, the use of reverse osmosis has become very widespread due to its advantages. One of the challenges in desalination systems especially in the reverse osmosis method is the existence of a control algorithm to overcome the uncertainties and disturbances. Another challenge of such systems is their power supply. A high-pressure pump supplies the pressure behind the membrane in the reverse osmosis system. The use of renewable energy not only does not have any environmental effects but also provides sustainable energy for such systems. In this paper, to answer these two challenges, at first, the integrated model of the reverse osmosis desalination system with the solar photovoltaic system has been examined; then for each part, a control algorithm is designed and simulated. An optimized fuzzy controller has been designed to track the maximum power point at different temperatures and radiation conditions in the photovoltaic solar system. The fuzzy controller has been optimized with the invasive weed optimization algorithm. The electric motor has been controlled using a fuzzy proportional–integral–derivative algorithm. The super-twisting sliding mode control has been used for the reverse osmosis system. The simulation results show that the proposed algorithm for the combined reverse osmosis-photovoltaic system has a good performance in different operating conditions and can remove and eliminate disturbances on the system.

    Keywords: Desalination, Reverse Osmosis, Super-Twisting Sliding Mode Control, Photovoltaic Solar System, Maximum Power Point Tracking, Fuzzy Control
  • Hanieh Hesami, Mehdi Borji *, Javad Rezapour Pages 589-614
    The main important roles of bipolar plates in solid oxide fuel cells are the uniform distribution of reactants to the reaction sites, the collection of current, and the separation of each cell from another. Therefore, the performance of a solid oxide fuel cell is highly dependent on air and fuel flow channel design. In order to investigate how the geometry of air and fuel flow channels affects performance, current, and power density, simulation results are discussed to evaluate the performance of two types of fuel cells with direct ducts and converging-diverging ducts. In this research, a three-dimensional model of an anode-supported hydrocarbon fueled solid oxide fuel cell is presented. The results show that the pressure difference between the converging diverging channels produces a transverse flow in the channels and ribs which is in favor of better distribution of the reactants in the fuel cell with the converging diverging channels. This transverse velocity causes a 6% increase in fuel consumption in the cell with converging diverging channels than the cell with direct channels at a voltage of 0.7V, but due to the reduction of the reaction area of this cell compared to the usual cell, the current density is 10% lower. At voltages above 0.55V, fuel cells with converging diverging channels have a higher fuel consumption than fuel cells with direct channels due to the presence of transverse flows.
    Keywords: Solid Oxide Fuel Cell, Converging Diverging Channels, Bipolar Plates Design, Transverse Flow
  • Ali Khanafari, Aria Alasty *, Mohammad J. Kermani, Saeed Asghari Pages 615-627

    Today, due to the growing importance of polymer electrolyte membrane fuel cells in the production of clean energy, the diagnosis of this energy converter has become very important. Diagnosis can significantly increase the useful life and reliability of the fuel cell. A major part of the defects related to the polymer electrolyte membrane fuel cells is due to the disturbance of the moisture balance in them. Flooding is one of the most common defects associated with fuel cell imbalance, which is possible in both the cathode and the anode side of the cell. In previous works, the cathode has been considered as the only possible place for flooding, mainly because it is the source of water production. In this article, the anode is also considered as a possible place for this phenomenon. The method of this research is based on taking data from the stack under healthy operating conditions and trying to estimate the output parameters of stack voltage, cathode pressure drop, and anode pressure drop using related inputs using the adaptive neuro-fuzzy method. In conditions of uncertain operation in which the healthy or flooding operation of the stack is not known, comparing the deviation of the actual values of the outputs from the model with the allowable values of these deviations (0.735 [V], 0.0092 [bar] and 0.0047 [bar], respectively) can lead to determining flooding or normal conditions.

    Keywords: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Stack, Adaptive Neuro-Fuzzy, Flooding, Pressure Drop
  • Omid Ramezani Azghandi, Mohammad Javad Maghrebi *, Alireza Teymourtash Pages 629-648
    In this paper, graphene nanoplate was stabilized in a water-based fluid by sodium dodecyl sulfate as a surfactant. The prepared nanofluid in weight percentages of 0.01 -0.145 was placed in a gasket plate heat exchanger in the presence of cold fluid (deionized water). All experiments were performed for laminar flow in the range of Reynolds numbers of 500-1500. The effect of flow rate and concentration of nanofluid was investigated on the overall coefficient of heat transfer and pressure drop. The concentration increase causes both to increase at the same time. As a result, heat exchange efficiency and thermal effectiveness of the nanofluid were also analyzed. The highest thermal effectiveness (89%) and efficiency (1.244) occur at a minimum flow rate (2 liters per minute) and maximum weight percentage (0.145) Taguchi method was used to find the optimal conditions and confirm the validity of the experiments. It was also found that the decrease in the flow rate (98.56%) has a greater effect on the results of thermal effectiveness than the increase in concentration (0.404%). The error rate was 0.018%, which shows the accuracy of the results.
    Keywords: Graphene Nanoplate, Surfactant, Concentrations, Effectiveness
  • Amirhossein Hossein *, Farhad Ghadak, Mohammad Ali Jozvaziri, Mohammad Hadi Eslamy Pages 649-669

    Hypersonic glide vehicles have been considered as untraceable systems with high maneuverability in recent years. On the other hand, flying in the range of maximum aerodynamic efficiency is important due to its effect on increasing range and improving air maneuverability. In this research, the hypersonic glider flight parameters including position and instantaneous velocity relative to the body profile and the amount of climb angle have been investigated using the point mass flight path determination method. The type of body profile has been selected due to the significant increase in aerodynamic efficiency and simplicity of redesign of other components, elliptic cross section. The study of aerodynamic coefficients in Mach 6.7 shows the high accuracy of the modified Newtonian method as the basis of calculations, which is then, corrected according to the flight conditions by the computational fluid dynamics. Due to the instantaneous changes in aerodynamic coefficients at each time step, depending on the altitude and Mach number, a two-way coupling between aerodynamic analysis and point mass flight is used. The results show a 54% increase in range and a 29% increase in incident speed with a decrease in body height. These values are 16% and 74% in the studies related to the radius of nose curvature and 44%, 25% in the study of the initial climb angle

    Keywords: Hypersonic Glider, Hypersonic Aerodynamic, Flight Parameters, Point Mass Flight Path
  • Mahdi Sadeghiyan, Hamed Shahbazi *, Shahram Hadian, Peyman Norouzi Pages 671-686
    In this paper, a device based on wearable sensors is introduced to describe quantitative body movements in different sports. This device can be an alternative to Image processing techniques. Image processing devices have always been used to describe quantitative body movements, which in addition to being costly, have to be used in specific conditions. The device is built from a number of wireless modules that are easy to use in real-world environments with no limitations. In this method, a quantitative description of movement is made by wireless modules and is performed by the data collected from these modules. In order to analyze the data that was extracted from an athlete's body movements with these wearable sensors, the outputs are simulated in Matlab, and some of its kinematic and kinetic parameters have been studied. Then, at the end of this paper, the quality of movement of a professional athlete and a beginner athlete are compared, and the result is shown. Kinematic and dynamic analyzes on the above activities showed the following
    results
    The movements are generally correctly recorded. The kinematic analyzes performed for the various movements are consistent with the facts. For example, the kinematic analysis of the recorded motions showed that the coaching movement was more beautifully performed, and this was evident qualitatively during the movement.
    Keywords: Torque, Wearable Sensor, Gateway Analyze, Body Movement Simulation, Quantity Evaluation
  • Mohsen Rezaeian, Majid Soltani * Pages 687-702
    Intraperitoneal injection of chemotherapy has been proposed as a promising method for the treatment of peritoneal metastasis, and its use in conjunction with cytoreductive surgery has shown interesting results in the treatment of patients. However, drug penetration into the tumor is limited in this method, and a better understanding of the factors influencing this low penetration depth is necessary. For this purpose, in the present study, a numerical model has been developed to investigate drug transport during intraperitoneal chemotherapy. Using this model, first, the Spatio-temporal distribution of free, bound and internalized drug concentrations are calculated. Then, by calculating the drug penetration depth and the fraction of killed cells, the effectiveness of the treatment is evaluated. Results of a 10mm tumor after 60 minutes of treatment showed that the drug is available only in a limited area of the outer region of the tumor. The values of fraction of killed cells and drug penetration depth were 1.2% and 11.4%, respectively, which indicates a poor treatment efficiency. The findings of this paper can be used in future numerical and experimental studies to gain a deeper insight into the mechanisms of drug delivery to the tumor by intraperitoneal injection.
    Keywords: Drug Delivery, Peritoneal Carcinomatosis, Numerical Modeling, Chemotherapy, Intraperitoneal Injection
  • Somayeh Farahani, Amir Mohammad Zakinia, Amir Hossein Rabiee * Pages 703-724
    In this paper, the active flow control of flow-induced vibration of a circular cylinder placed in the isothermal channel affected by jet injection is studied. The effect of flow injection on heat transfer inside the channel has also been examined. For this purpose, three slots are placed symmetrically in the upper and lower walls of the channel at distances 0, D, and 4D where D is the diameter of the cylinder from the side surface. The main innovation of the present study is to evaluate the effectiveness of the proposed flow control method in terms of channel height. For this purpose, 6 channels with heights of 5.5D, 6D, 7D, 8D, 9D, and 10D are considered to perform fluid-solid interaction simulations. The finite element method has been used to solve the flow and energy equations. For coupling the movement of the cylinder with the flow field, the dynamic mesh method is used. Numerical results show that for all channels with different heights, jet injection, either unilaterally or bilaterally, from slot 3, has no effect on displacement because the distance of the jet from the cylinder is large. By increasing the height of the channel, the injection velocity must be increased to completely reduce the oscillations of the cylinder.
    Keywords: Vortex-Induced Vibration, Jet Flow, Flow Control, Vortex Shedding, Channel Heat Transfer