فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - سال پنجاه و سوم شماره 3 (پیاپی 104، پاییز 1402)

مجله مهندسی مکانیک
سال پنجاه و سوم شماره 3 (پیاپی 104، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/14
  • تعداد عناوین: 20
|
  • امیر مصطفی پور اصل*، وحیده کاظم لو، رضا گلزاریان، محرم شاملی، مرتضی فرهید صفحات 1-7

    امروزه استفاده از ماهواره های کوچک برای مقاصد مخابراتی، تحقیقاتی و مخابراتی در حال گسترش است. یکی از مشکلات اساسی این ماهواره ها طراحی و ساخت سیستم پیشران این ماهواره ها می باشد. در ماهواره ها سیستم پیشران در دو مورد بکار می رود. یکی در صرف انرژی و ایجاد نیرو برای ماهواره بر برای ترک کره زمین و دومی برای ایجاد نیرو برای تثبیت، تصحیح و یا انتقال مداری محموله یا ماهواره ای که در مدار قرار می گیرد. موضوع این مقاله، طراحی و ساخت مخزن ذخیره گاز بوتان از جنس فولاد ضد زنگ تحت فشار انفجار 10 بار برای سیستم پیشران ماهواره در سایز کوچک می باشد. به این منظور ابتدا قطر و طول لازم برای مخزن برای تامین حجم  تعیین شده و ضخامت مخزن به روش نظری، مطابق استاندارد ASTM محاسبه شد. بعد از محاسبه ضخامت، جهت اطمینان از عملکرد مطلوب مخزن، شبیه سازی المان محدود در نرم فزار ABAQUS انجام شد. برای اینکار در 12 حالت مختلف از نظر اعمال فشار استاتیکی و انفجاری، محیط اتمسفر و خلا، دمای کاری زیر صفر و بالای صفر انجام گرفت. در مرحله بعدی  در بدترین حالت، در چند ضخامت دیگر نیز شبیه سازی انجام شد تا حداقل ضخامت مخزن حاصل شود. با توجه به تمام تحلیل های انجام شده، ضخامت مناسب مخزن 5/1 میلیمتر تعیین شد. سپس برای اولین بار در کشور، سامانه مدیریت پیشرانه مناسب در شرایط جاذبه صفر جهت جداسازی فاز مایع از گاز طراحی شد. به این منظور از توری های فلزی فشرده بعنوان ماده متخلخل و دو صفحه تلاطم گیر استفاده شد. در نهایت طبق طراحی انجام شده، مخزن مورد نظر ساخته شده و تحت بازرسی های مختلف در فشار بالاتر از فشار کاری قرار گرفت. نتایج نشان داد در فشار 20 بار و در شرایط خلا، هیچگونه نشتی، تغییر شکل و اشکال در عملکرد مخزن ایجاد نشد.

    کلیدواژگان: مخزن ذخیره، ماهواره کوچک، رانشگر فضائی، سامانه مدیریت پیشرانه، شبیه سازی، المان محدود
  • پدرام شمسی زاده، ابراهیم افشاری* صفحات 9-18

    مرطوب سازی گاز های واکنشگر در پیل سوختی غشا پلیمری به دلیل حفظ رطوبت غشا امری حیاتی است. مرطوب سازهای غشایی به دلیل عملکرد مناسب، ساختار ساده و عمر بالا، کاربرد گسترده ای در مرطوب سازی گازهای واکنشگر دارند. در این تحقیق، عملکرد یک مرطوب ساز غشایی در حضور موانع متقارن در هر دو کانال به صورت عددی، سه بعدی و دایم با نرم افزار Fluent بررسی شده و عملکرد آن با مرطوب ساز ساده مقایسه گردیده است. سپس تاثیر ابعاد هندسی مانع زانویی با درنظرگرفتن پارامترهای نرخ بازیاب آب و دمای نقطه ی شبنم در خروجی کانال گاز خشک به عنوان معیار های سنجش عملکرد بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش دبی گاز خشک، عملکرد مرطوب ساز کاهش می باید. با نصب مانع دمای گاز خشک خروجی افزایش یافته که منتج از افزایش انتقال گرما در مرطوب ساز است. در میان متغیر ها، طول بال جلو، فواصل بین موانع، ارتفاع مانع، ارتفاع و فاصله ی مانع ها از سقف و کف کانال ها؛ فاصله از سقف و کف بیشترین تاثیر را بر عملکرد مرطوب ساز دارد. حداکثر بهبود حاصل شده میان حالات بررسی شده برای نرخ بازیاب و دمای نقطه ی شبنم در خروجی کانال گاز خشک به ترتیب 3 درصد و 5/3 درجه سلسیوس بوده است.

    کلیدواژگان: مدل سازی عددی، مرطوب ساز غشایی، پیل سوختی غشا پلیمری، دمای نقطه ی شبنم، هندسه ی مانع، عملکرد
  • زینب غلامی شعبانی، عبدالمجید خشنود* صفحات 19-24

    دستگاه آسیاب پروازی وسیله ای است که به مطالعه بر روی پرواز حشرات می پردازد. به کمک این وسیله می توان پارامتر های اصلی عملکرد پرواز همچون مسافت، سرعت و مدت زمان پرواز را محاسبه و مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. این وسیله علاوه بر حوزه هوافضا که به ارتقاء و بهینه سازی وسایل پرنده موجود می پردازد و می تواند الهام بخش ساخت ریز پرنده های بال زن باشد، در علوم کشاورزی نیز به منظور مبارزه با آفات و تولید محصولات کشاورزی بیشتر و مرغوب تر مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله به طراحی و ساخت یک نمونه دستگاه آسیاب پروازی پرداخته شده است که در عین سادگی، اطلاعات مفید و گسترده ای از عملکرد پرواز حشرات را در اختیار پژوهشگران قرار می دهد. بعد از توضیح مختصری درباره انواع روش های موجود در تحقیق بر روی پرواز حشرات و معرفی دستگاه های آسیاب پروازی، ابتدا معادلات حاکم بر دستگاه ارایه، سپس، نحوه ساخت و روش آزمایش بیان و به بررسی و مقایسه داده های حاصله از آزمایش و مقایسه آنها با دستگاه های مشابه و ارتقاء یافته، پرداخته شده است، و در نهایت، مزایا و معایب این دستگاه بیان می شود.

    کلیدواژگان: آسیاب پروازی، هوافضا، کشاورزی، مسافت پرواز، مدت زمان پرواز، سرعت پرواز
  • مهران عبدالعلی پور* صفحات 25-34

    امروزه مزایای اقتصادی، زیست محیطی و فنی به عنوان یک رویکرد مناسب برای سیستم های تولید همزمان بوده و رویکرد استفاده از گرمای اتلافی برای این سیستم ها ارزش خود را بیش از پیش نشان می دهد. در این مطالعه سیستم تولید همزمان متشکل از چرخه برایتون فوق بحرانی دی اکسید کربن، چرخه رانکین آلی، الکترولایزر غشاء پروتونی و واحد اسمز معکوس است. ابتدا تحلیل انرژی و اگزرژی روی سیستم پیشنهادی انجام پذیرفته است، در ادامه روی این سیستم پیشنهادی مطالعه پارامتری انجام شده و در نهایت از دیدگاه بیشترین توان خالص چرخه، مورد بهینه سازی قرار گرفته است. نتایج بهینه سازی نشان می دهد که مقادیر توان خالص تولیدی، بازده های حرارتی و اگزرژی، هیدروژن تولیدی و آب شیرین شده به ترتیب 252366 کیلووات، 1/43 درصد، 37/58 درصد، 13/12 کیلوگرم بر ساعت و 52/55 کیلوگرم بر ثانیه می باشد. همچنین سیستم تولید همزمان پیشنهادی، دارای نتایج بهتری از دیدگاه بازده قانون اول نسبت به مطالعه پیشین می باشد.

    کلیدواژگان: چرخه فوق بحرانی دی اکسید کربن، تحلیل انرژی، تحلیل اگزرژی، سیستم تولید همزمان، آب شیرین، الکترولایزر
  • مصطفی رحیمی، فرهاد صادق مغانلو*، خدیجه سمندری صفحات 35-40

    بررسی جریان توسعه یافته درون فضاهای با مقیاس واقعی از اهمیت خاصی برخوردار است و به کمک آن می توان در خصوص پخش ذرات آلاینده و نیز توزیع دما اظهار نظر نمود. در تحقیق حاضر معادلاتی مشابه با گذر جریان یک بعدی از درون یک روزنه که به نام روش توانی ناحیه ای شناخته می شود برای بررسی الگوی جریان در درون یک اتاقک استفاده شد. این معادله به همراه معادله بقای جرم برای سلولهای تعریف شده درون دامنه مورد نظر با یک روش تکراری و عددی ابتکاری حل شده و نتایج بصورت توزیع سرعت بدست آورده شد. دامنه دوبعدی مورد مطالعه دارای ارتفاع 1 متر و طول های 5/0 و 5/1 متر بود که در آن دریچه های ورود و خروج هوا در موقعیت های متفاوتی لحاظ شدند. به منظور ایجاد مطابقت بهتر با نتایج تجربی، از ضرایب افت متغیر مابین سلولها استفاده گردید و نشان داده شد که در این صورت می‍توان در نتایج بدست آمده اصلاحات قابل توجهی ایجاد نمود. با وجود اصلاحات ایجاد شده در توزیع سرعت، وجود جریانهای چرخشی و برگشتی با استفاده از روش استفاده شده حتی با ضرایب متغیرقابل پیش‍بینی نبود.

    کلیدواژگان: مدل ناحیهای، الگوی جریان، حل دستگاه معادلات غیر خطی، قانون توانی، روشهای عددی
  • عدنان محمدی، محمدحسن جوارشکیان* صفحات 41-49

    در این تحقیق گستره وسیعی از خانواده آسم مشتمل بر  AUSM+ ،  AUSM+UP،  SLAUوAUSM+M ، در یک چهارچوب عددی، بر مبنای روش حجم محدود، جهت حل معادلات اویلری دوبعدی پیش شرطی شده، در یک شبکه بی سازمان توسعه داده شده و عملکرد این طرح ها در جریان غیر قابل تراکم مورد بررسی قرار گرفته است.  در میدان هایی که سرعت سیال پایین است، حل گرهای چگالی مبنا نرخ همگراییشان کاهش پیدا می کند. جهت حل این مشکل در سرعت های کم از روش پیش شرطی ترکل بر مبنای ماتریس بقایی استفاده شده است. مضاعف بر این در سرعت های کم نامیزانی بین المان های موجود در شارهای جابجایی و فشاری این خانواده منتج به کاهش دقت می شود. بنابراین، استخراج دقیق روابط لازم جهت حل مشکل نامیزانی مطرح شده در سرعت های پایین خانواده آسم توسعه داده شده است. بعلاوه، جهت تسریع بیشتر نرخ همگرایی و کاهش سختی معادلات در سرعت های پایین ، بخش زمانی معادلات به کمک روش دوگامی اصلاح شده بشفورت-مولتون گسسته شده است. جهت بررسی دقت و کارایی خانواده آسم توسعه داده شده، آزمایش های غیر لزج دو بعدی پایا حول ایرفویل NACA0012، ایرفویل سه المانه 30P-30N  و نیم-استوانه و برای گستره وسیعی از  اعداد  ماخ کم و بسیار کم تدوین شده است. نتایج حاصله نشان می دهد، در خانواده آسم بررسی شده، توازن مناسبی میان المان های سرعت همگرایی و بهبود دقت وجود ندارد و در سرعت های پایین افزایش دقت لزوما توامان با کاهش زمان همگرایی نیست.

    کلیدواژگان: خانواده آسم، ماخ پایین، پیش شرطی، نرخ همگرایی پایین، مخدوش شدن دقت، نامیزانی
  • امید رسولی، مسعود ابراهیمی* صفحات 51-60

    این تحقیق، به امکان سنجی استفاده از انرژی جریان آب در کانالهای انتقال آب سد گاوشان جهت تولید پراکنده برق با توربین های هیدروسینتیک که با سرعتهای جریان آب کمتر از 2 متر بر ثانیه کار می کنند می پردازد. دلیل این مساله پتانسیل بالای تولید توان در این نوع جریانها می باشد. ابتدا مشخصات هیدرولیکی جریان  استخراج و سپس پروفیل پره های توربین بوسیله نظریه اشمیتز محاسبه شده اند. سپس با مدلسازی در نرم افزار Solidworks و تحلیل در نرم افزار Ansys مقدار توان محاسبه شد. نتایج شبیه سازی توربین هیدروسینتیک برای سه کانال و چهار حالت از یک تونل انتقال آب طراحی گردید. نتایج نشان می دهد که بازده این توربین ها حدود 90 درصد خواهد بود. در صورت استفاده از توربین با قطر 4 متر و سرعت آب 2 متر بر ثانیه می توان علاوه بر تامین برق مورد نیاز یک روستای نزدیک تونل، می توان سالیانه 39366 کیلووات ساعت برق را به شبکه فروخت. همچنین دوره بازگشت سرمایه 4/3 سال و مقدار ارزش حال خالص پروژه مثبت می باشد و سالانه 109 تن کاهش تولید کربن دی اکسید رخ خواهد داد.

    کلیدواژگان: کانال انتقال آب، توربین های هیدروسینتیک، اقتصادی، زیست محیطی، سد گاوشان
  • محسن میرزاجانی*، محمدحسین طباطباوکیلی صفحات 61-70

    در بسیاری از رویدادهای ضربه - تماس مسیله انتشار موج در یک میله کامپوزیت مطرح است. در این مسایل، امکان ایجاد شکاف و برخورد دوباره جسم و میله وجود دارد، که نیاز است شرط مرزی تعریف گردد که قادر به مدلسازی این فرآیند پیچیده باشد. همچنین، روش عددی که بتواند مدلسازی دقیقی از فرآیند انتشار موج تنش را ارایه دهد بسیار مهم است. با استفاده از روش المان موج و معرفی شرط مرزی مربوط به مسایل ضربه - تماس، می توان انتشار موج تنش در میله های کامپوزیت را مدلسازی کرد. این شرط مرزی شامل تماس های مکرر و بازگشت های کوتاه مدت است که در نقاط مختلف یک جسم و در لحظات زمانی متفاوت می تواند ایجاد شود. در پژوهش حاضر، از روش المان موج و شرط مرزی ضربه-تماس معرفی شده برای مدلسازی انتشار موج در میله های چندلایه استفاده شده است. نتایج بدست آمده از این روش با حل تحلیلی ارایه شده برای مسایل ساده تر مقایسه شده و سپس مسایل با ماهیت انتشار موج پیچیده تنش مدلسازی شده است. نشان داده شده که این روش قابلیت تحلیل مسایل با دقت خوبی را دارا است.

    کلیدواژگان: ضربه طولی، روش المان موج، میله کامپوزیت چند لایه، ضربه های متوالی، شرایط مرزی ضربه - تماس
  • مرتضی جهان، میلاد عظیمی* صفحات 71-79

    سیستم های تنسگریتی، ساختارهای شبکه ای فضایی سبک متشکل از المان های فشاری و کششی بوده که قابلیت استفاده در سازه های تنظیم پذیر را دارا می باشند. پایداری اولیه این سازه ها، با ایجاد شرایط پیش- تنش میان المان ها ایجاد می‎شود. این سیستم‎ها دارای میرایی ساختاری پایینی بوده که در حضور بارهای دینامیکی دچار چالش‎ می شوند. بنابراین، پیش‎بینی رفتار و استخراج مشخصه‎های دینامیکی این سازه‏ها برای دستیابی به یک طراحی ایمن ضروری است. در این مقاله، به تحلیل ارتعاشات سازه تنسگریتی یک تا چهار طبقه با مقطع مربعی پرداخته شده است. معادلات دینامیک غیرخطی سیستم بر مبنای مختصات گره ها، با استفاده از رویکرد لاگرانژ و روش المان محدود استخراج شده ‎است. فرم یابی اولیه سازه تنسگریتی با روش چگالی نیرو برای سازه های یک تا چهار طبقه با مقطع و ارتفاع ثابت صورت پذیرفته است. طراحی مقطع المان ها بر مبنای حداقل جرم صورت پذیرفته و مدلسازی دینامیکی قابلیت رصد تغییر شکل های الاستیک/پلاستیک با انواع شرایط مرزی و بارگذاری های استاتیکی- دینامیکی در راستاهای مختلف هر گره با لحاظ سفتی گرانشی را دارا می باشد. شبیه سازی ‎های دینامیکی در قالب بررسی فرکانس های طبیعی، شکل مودها، پاسخ های زمانی جابجایی گره ها، تغییر شکل المان های سیستم و نیروهای داخلی در قالب یک مطالعه مقایسه ای، عملکرد ساختار تنسگریتی و اثر افزایش طبقات را نمایش می دهد.

    کلیدواژگان: ارتعاشات، چگالی نیرو، دینامیک غیر خطی، سازه تنسگریتی، سفتی گرانشی، فرم یابی
  • سهیل میرزااحمدی، داود اکبری*، ایرج احدزاده، سید ابوالفضل حسینی یزدی صفحات 81-90

    آماده سازی کامپوزیتها قبل از جوشکاری و استفاده از پلیمر گرمانرم توام با نانوذرات از روش های ایجاد اتصالات نوین می باشد. در این پژوهش استحکام مکانیکی اتصال کامپوزیتهای گرماسخت آماده سازی سطحی شده با H شیمیایی و با بکارگیری پلیمر پلی وینیل کلراید در حضور نانو ذره اکسید آلومینیوم بررسی شده است. آنالیز حرارتی پلی وینیل کلراید حاوی درصدهای وزنی مختلف نانو ذرات اکسید آلومینیوم بیانگر افزایش 45 درصدی رسانایی گرمایی است. مدل رگراسیون براساس مدل سطح پاسخ با استفاده از پارامترهای موثر زمان جوشکاری، درصد وزنی نانو ذرات و رسانایی گرمایی بدست آمده از آنالیز واریانس جهت پیش بینی بیشینه نیرو و جابجایی شکست اتصال ارایه شده است. نتایج نشان دهنده بیشینه استحکام شکست 59 مگاپاسکال و بیشینه کرنش شکست 04/0 نمونه جوش داده شده در حضور 1 درصد وزنی نانو ذرات اکسید آلومینیوم می باشد. افزایش به ترتیب 3/1 و 1/2 برابری بیشینه استحکام کششی و کرنش شکست محل اتصال در قیاس با نمونه های پلی وینیل کلراید خالص بیانگر بهبود خواص مکانیکی می باشد. بررسی ریزساختار با میکروسکوپ الکترونی نشان می دهد که یک اتصال یکنواخت در راستای خط جوش برقرار شده است.

    کلیدواژگان: نانو ذرات، نانو کامپوزیت، جوشکاری فراصوتی، آماده سازی سطحی شیمیایی، مدل سطح پاسخ، مدل رگراسیون چندمتغیره
  • حسام عباسی، عادل اکبری مجد*، کامران صباحی صفحات 91-99

    موج فشاری یک ناپایداری دینامیکی در کمپرسور است که توسط نوسانات چرخه حدی تعیین می شود و منجر به اعوجاجات با دامنه بزرگ در دبی حجمی و فشار می شود. این حالت یک مد کارکرد ناپایدار سیستم کمپرسوری است که در دبی های پایین اتفاق می افتد، عملکرد و کارآیی کمپرسور را محدود میکند و منجر به صدمه به کمپرسور و ملحقات به واسطه ی بارهای حرارتی و مکانیکی بزرگ می شود. امروزه استفاده از روش های کنترل فعال برای افزایش دامنه عملکرد کمپرسور بسیار مورد توجه قرار گرفته است، اما حضور اغتشاشات و نایقینی ها با دامنه نامشخص کنترل فعال موج فشاری را با چالشهایی مواجه می کند. در این مقاله‏ برای مقابله با ناپایداری موج فشاری در حضور اغتشاشات نامعلوم یک روش کنترل پسگام مدلغزشی پیشنهاد می شود. یک استراتژی جدید تطبیقی مبتنی بر کنترل پسگام طراحی می شود که نیازی به آگاهی از حد بالای عدم قطعیت پارامتری و اغتشاش ندارد. اثبات پایداری با استفاده از نظریه لیاپانوف انجام می شود. کنترل کننده پیشنهادی می تواند اثرات نامعینی و عدم قطعیت در ویژگی‏های کمپرسور و دریچه گاز و دینامیک‏های مدل نشده را پوشش‏دهد‏ و علاوه بر این در برابر اغتشاشات متغیر با زمان در دبی و فشار اعمال شده به سیستم مقاوم است. نتایج شبیه سازی انجام شده در محیط MATLAB ضمن نشان دادن مزیت و توانمندی الگوریتم ارایه شده بیانگر این نکته است که کنترل کننده پیشنهادی علاوه بر مقاوم بودن، قادر به تضمین پایداری سیستم در حضور اغتشاش و نامعینی می باشد.

    کلیدواژگان: ناپایداری موج فشاری‏، کنترل پسگام‏، کنترل مدلغزشی، منحنی مشخصه کمپرسور، معادلات مور-گریتزر
  • احسان مهرابی گوهری*، محمد سفید، علیرضا ملوزه صفحات 101-110

    در این پژوهش، با بکارگیری روش ترکیبی شبکه بولتزمن و  نمایه هموار، برای بستر با سیال غیرنیوتنی قانون توانی،  اثر تغییر پارامترهای هندسی و سیال بر رفتار انبساطی بستر  مطالعه شده است. بررسی ها برای 7 هندسه متفاوت و 4 سیال نیوتنی و غیرنیوتنی با اندیس قاعده توانی 0.8 تا 1 انجام شده است. نتایج بستر با سیال  نیوتنی تخلخل بیشتری نسبت به بستر با سیال غیرنیوتنی نشان می دهند. همچنین افزایش اندیس قاعده توانی سبب افزایش تخلخل بستر شده و تخلخل بستر غیرنیوتنی با افزایش چگالی ذرات جامد و ارتفاع اولیه بستر کاهش یافته است. بررسی نسبت تخلخل در بسترغیر نیوتنی نشان داد که با افزایش قطر ذرات جامد این نسبت کاهش و با افزایش قطر بستر سیالی، افزایش می یابد. علاوه بر این مقایسه نتایج بستر با محلول کربوکسی متیل سلولز 0.1%  به عنوان سیال نشان داد که تاثیر کاهش قطر ذرات در بستر برای افزایش نسبت تخلخل 2 برابر بیشتر از تاثیر افزایش قطر بستر است. در نهایت خروجی های مدل نشان دادند نسبت تخلخل برای بستر شامل ذرات جامد با قطرهای مختلف، کمتر از بستر حاوی ذرات با قطرهای برابر است.

    کلیدواژگان: بستر سیالی مایع-جامد، روش شبکه بولتزمن، روش نمایه هموار، سیال غیرنیوتنی قانون توانی، تخلخل بستر سیالی، حداقل سرعت سیالیت
  • محمدپارسا دولت یار، علی قاسمیان*، احمد محمودی کهن، هاجر بابایی نژاد، علیرضا محمدی صفحات 111-120

    یکی از مسایل چالش برانگیز در انواع خودروها مبحث خنک کاری و انتقال حرارت است. این موضوع در خودروها با کاربری خاص نیازمند طراحی منحصر به فرد خود می باشد. در این مقاله سامانه خنک کاری یک خودروی کار طراحی شده و مشخصه های مختلف آن بررسی می گردد. در ابتدا به کمک یک مدل یک بعدی در نرم افزار GT-SUITE، دمای مایع خنک کننده موتور بر اساس عملکرد مبدل حرارتی و نرخ های جریان مایع خنک کننده رادیاتور محاسبه شده و سپس این مدل یک بعدی با  یک مدل CFD سه بعدی برای بررسی الگوهای جریان هوا از طریق ورودی دهلیز (و مبدل های حرارتی خنک کننده) کوپل می شود. به کمک الگوریتم طراحی سامانه خنک کاری ارایه شده در این مقاله، می توان تاثیر مشخصه های هندسه دهلیز بر عملکرد سامانه خنک کاری خودرو را بررسی کرد. استفاده از قاب فن، قاب رادیاتور و گریل ورودی و خروجی سبب افزایش دبی 20% و بهره گیری از زاویه گریل ورودی 70 درجه به جای 35 درجه ابتدایی موجب افزایش 74/21% دبی هوای عبوری از رادیاتور می گردد.

    کلیدواژگان: مدیریت حرارتی، خودرو، سامانه خنک کاری، جریان هوای زیر کاپوت، دینامیک سیالات محاسباتی، کوپل شبیه سازی یک بعدی و سه بعدی
  • رضا برخورداری، سید مهدی گنجیانی* صفحات 121-130

    در این پژوهش به بررسی رشد آسیب و تبدیل فاز مارتنزیت، در دمای محیط برای فولادهای ضد زنگ 304، 316 و 321 به صورت عددی و تجربی پرداخته شده است. هر آزمون شامل دو مرحله می باشد، مرحله ی اول آزمون کشش استاندارد و مرحله ی دوم آزمون پراش پرتوی X به منظور تعیین فازهای موجود در قطعه ی کشیده شده می باشد. در مرحله ی اول آزمون های کشش به ازای جابجایی های مختلف به صورت بارگذاری-باربرداری انجام شده است و نمودارهای نیرو _جابجایی مربوط به آن و رشد آسیب با استفاده از شیب باربرداری بدست آمده است. سپس، نمونه ها توسط دستگاه واتر جت برش داده می شوند و تحت آزمون پراش پرتوی X قرار گرفته و فازهای موجود در قطعه وکسر حجمی مارتنزیت آنها تعیین شده است. به کمک خواص بدست آمده از آزمون های تجربی، مدل عددی با اجرای کد UMAT در نرم افزار ABAQUS انجام شده است. این شبیه سازی شامل دو بخش تبدیل فاز از آستنیت به مارتنزیت و رشد آسیب می باشد که در این پژوهش با ترکیب این دو مدل، مدل های نهایی ارایه گردیده که قادر است به صورت همزمان هر دو پدیده را در دمای محیط پیش بینی کند. در نهایت نتایج آزمون های تجربی و شبیه سازی های عددی، مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: آسیب، فولاد آستنیتی، آزمون پراش پرتوی X، آزمون کشش، تبدیل فاز، شبیه سازی عددی
  • مهدیه شوندی، سعید گودرزوند چگینی، سامان فرامرزی، مصطفی مافی* صفحات 131-141

    هیدروژن مایع راه حلی برای ذخیره و انتقال برق است که توسط منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی زمین گرمایی تولید می شود. در این مقاله، یک چرخه رانکین آلی و الکترولیز غشا پروتونی، چرخه تبرید جذب آبی آمونیاکی و یک چرخه مایع سازی هیدروژن برای ذخیره انرژی زمین گرمایی به عنوان هیدروژن مایع شبیه سازی و تحلیل می شوند. توان تولید شده توسط چرخه رانکین آلی برای تولید گاز هیدروژن در الکترولایزر استفاده می شود، علاوه بر این، سرمایش حاصل از چرخه تبرید جذبی برای پیش خنک کردن گاز هیدروژن تا دمای منفی 9/26 درجه سانتیگراد استفاده می شود که در ادامه هیدروژن در دمای منفی 253 توسط چرخه مبرد ترکیبی مایع می شود . نوآوری این مطالعه مبتنی بر استفاده از انرژی سرد حاصل از تبرید جذبی در چرخه تولید هیدروژن مایع و ادغام فرآیند تولید  هیدروژن مایع با سیستم انرژی زمین گرمایی است. با استفاده از انرژی، اگزرژی، و تجزیه و تحلیل اقتصادی، بازده چرخه نهایی در مقایسه با سیستم اولیه بهبود یافت. مصرف ویژه انرژی واحد مایع سازی 81/8 کیلووات ساعت برای هر کیلوگرم هیدروژن بود. در سه سال زمان بازپرداخت، با استفاده از آنالیز اقتصادی در سه سال دوره بازپرداخت حداقل قیمت فروش 2 دلار و 11 سنت محاسبه شد که کمتر از چرخه مشابه تولید هیدورژن مایع ارایه شده در گذشته بود.

    کلیدواژگان: چرخه مایع سازی هیدروژن، مصرف انرژی ویژه، تحلیل اقتصادی، انرژی زمین گرمایی، الکترولایزر غشاء پروتونی
  • معین طاهری*، زهره مرادی صفحات 143-152

    فناوری نانو امروزه در حوزه های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از ابزار کاربردی این فناوری نوین، میکروسکوپ نیروی اتمی است. از میکروسکوپ نیروی اتمی در تصویربرداری، ساخت تجهیزات ریزمقیاس، استخراج خواص بافت های زیستی و جابه جایی استفاده می گردد. جابه جایی ذرات با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی در دو فاز مورد توجه قرار می گیرد. فاز نخست، پیش از حرکت ذره ی هدف و فاز دوم، در حین حرکت ذره ی هدف است. تعیین مسیر دقیق ذره در فاز دوم نانوجابه جایی از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از پارامترهای مهم در شبیه سازی فاز دوم، مدل اصطکاکی مورد استفاده است. در این پژوهش برای نخستین بار از سه مدل اصطکاکی دقیق لاگره، لون و گرین وود- ویلیامسون، جهت بررسی سه بعدی فاز دوم نانوجابه جایی استفاده شده است. ذره ی هدف مورد بررسی نانوذره ی طلا می باشد که ابعاد و هندسه ی آن به صورت تجربی با تصویربرداری به وسیله ی میکروسکوپ نیروی اتمی به دست آمده است. نتایج به دست آمده نشان داده است که مدل لاگره کمترین میزان جابه جایی و مدل گرین وود- ویلیامسون، بیشترین میزان جابه جایی را پیش بینی نموده اند.

    کلیدواژگان: مطالعه ی تجربی، نانوجابه جایی، سه بعدی، فاز دوم، مدل های دقیق اصطکاکی، نانوذرات طلا
  • روح الله فرهادی*، مرتضی تاکی، مجید رهنما صفحات 153-162

    گردآور های خورشیدی و صفحات فتوولتایی به طور معمول با زاویه ای ثابت نسبت به افق، مقابل خورشید قرار داده می شوند. زاویه بهینه، تاثیر بسزایی در دریافت بیشینه انرژی دارد. از آنجایی که بررسی جامعی برای تعیین زاویه بهینه در استان خوزستان صورت نگرفته است، در این پژوهش مراکز شهرستان های استان خوزستان شامل بیست و شش شهر مد نظر قرار گرفتند. میزان انرژی دریافتی روی سطح شیبدار بر اساس متوسط 16 ساله داده های تابش خورشیدی و مدل ایزوتروپیک و غیر ایزوتروپیک (مدل HDKR) محاسبه شد. زوایای مختلف از 20- تا 90 درجه با گام 1/0 با استفاده از کدهای فرترن امتحان و زاویه متناظر با بیشینه انرژی دریافتی به عنوان زاویه بهینه تعیین گردید. مقایسه نتایج به دست آمده با پژوهش های پیشین نشان داد مدل HDKR عملکرد بهتری دارد و میانگین زاویه بهینه شهرستان های استان خوزستان به صورت تقریبی 26 درجه با انحراف معیار 8/0 به دست آمد.

    کلیدواژگان: انرژی، افت، پنل خورشیدی، فرترن، مدل ایزوتروپیک، مدل HDKR
  • نوید بهادرانی، مهدی قناد*، محمدحسین سوهانی صفحات 163-171

    در این مقاله، معادله دیفرانسیل حاکم بر استوانه های جدار ضخیم متقارن محوری تحت فشار، ساخته شده از مواد همگن و همسانگرد با تغییرشکل های بزرگ به کمک نظریه ی الاستیسیته ی صفحه ای غیرخطی(NPET)  استخراج شده است. به دلیل وجود تغییرشکل های بزرگ در جهت شعاعی و درنتیجه معادلات سینماتیک با جملات غیرخطی، معادله دیفرانسیل حاکم از نوع مرتبه ی دو غیرخطی با ضرایب متغیر است که به کمک تکنیک اغتشاشات در دو حالت تنش صفحه ای و کرنش صفحه ای حل شده است. با توجه به معادلات تعادل، شرایط مرزی و هم چنین شرایط انتهایی متفاوت استوانه، تنش های شعاعی، محیطی و محوری و نیز جا به جایی شعاعی به صورت تحلیلی به دست آمده است. با توجه به نتایج حاصل از حل تحلیلی، تاثیر ضخامت، جنس و شرایط مرزی بر مقادیر تنش ها و جابه جایی در پوسته ی استوانه ای، بررسی شده است. به منظور راستی آزمایی نتایج حاصل از حل تحلیلی، مدل سازی اجزای محدود استوانه ی مذکور به کمک نرم افزار ABAQUS انجام و نتایج دو روش حل با یکدیگر مقایسه شده اند. این پژوهش نشان می دهد که روند حل تحلیلی ارایه شده برای پوسته های استوانه ای تحت بارگذاری فشاری از دقت خوبی برخوردار است.

    کلیدواژگان: استوانه ی جدار ضخیم، تحلیل الاستیک، تحلیل تنش، تغییرشکل بزرگ، نظریه ی کلاسیک، تکنیک اغتشاشات
  • محدثه عبیدی، سارا هیات حسینیان، رضا سهیلی فرد، رضا حسن زاده قاسمی* صفحات 173-178

    سارس کرونا ویروس 2 منجر به بیماری کووید-19 به عنوان یک بیمار ی همه گیر توسط سازمان جهانی بهداشت (WHO) گزارش شده است. در این ویروس یکی از پروتیازهای سیستیین ضروری که پروتیاز اصلی نامیده می شود، هدف دارویی مناسبی برای بسیاری از مهارکننده های گیاهی و شیمیایی است. بررسی وابستگی اتصال مهارکننده ها به پروتیاز اصلی سارس کرونا ویروس2 یکی از عوامل تاثیرگذار در کارایی آن هاست. در این مقاله وابستگی اتصال داروهای گیاهی ازجمله نیجلیدین از گیاه سیاه دانه و لیکوریتیژنین از گیاه شیرین بیان بر پروتیاز اصلی از سارس کرونا ویروس 2 با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی هدایت شده موردبررسی قرارگرفته و با داروی شیمیایی رمدسیویر مقایسه شده است. نتایج نشان دادند که در بین لیگاندهای گیاهی، نیجلیدین بیشترین نیروی جداشدگی را به خود اختصاص می دهد. این امر در حالی است که رمدسیویر به عنوان یک مهارکننده شیمیایی دارای بیشترین نیروی جداشدگی در مقایسه با مهارکننده های گیاهی است. همچنین انرژی الکترواستاتیک و واندروالس برای مجموعه رمدسیویر و پروتیاز اصلی نسبت به سایر مهارکننده های گیاهی مقدار منفی تری را نشان می دهد. بنابراین باوجود امتیاز اتصال بالای ترکیبات سیاه دانه و شیرین بیان، رمدسیویر تحت عنوان یک ترکیب شیمیایی وابستگی اتصال بیش تری را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: سیاه دانه، شیرین بیان، پروتئاز اصلی، سارس کرونا ویروس 2، مهارکننده، شبیه سازی دینامیک مولکولی هدایت شده
  • پژمان نیک اندیش* صفحات 179-188

    به منظور بهبود کارآیی مدارهای هیدرولیکی، تغییر حجم جابجایی پمپ و دبی خروجی از آن بر اساس بار وارد بر عملگر، ضرورت دارد. بکارگیری سوپاپ کنترل جابجایی در کنار پمپ دبی متغیر، امکان انطباق دبی روغن خروجی پمپ با بار وارد بر عملگرهای هیدرولیک را فراهم می کند. در این مقاله، در ابتدای کار، روابط ریاضی حاکم بر پمپ دبی متغیر با سوپاپ کنترل جابجایی ارایه می گردد. سپس، به منظور تعیین متغیرهای پمپ هیدرولیکی، حل روابط ریاضی حاکم بر آن، در سه وضعیت کاری سوپاپ کنترل جابجایی پمپ در حالت پایا انجام گرفت. همچنین، تاثیر بار وارد بر محور موتور هیدرولیکی و سطح مقطع روزنه ی سوپاپ کنترل جریان در حد فاصل پمپ و موتور بر متغیرهای حالت مدار مورد بررسی قرار گرفت. هم خوانی مناسب نتایج تجربی با نتایج حاصل از حل روابط ریاضی در حالت پایا و وضعیت های کاری مختلف سوپاپ کنترل جابجایی، درستی روابط ریاضی حاکم بر مدار هیدرولیکی شامل پمپ دبی متغیر با سوپاپ کنترل جابجایی و موتور جابجایی متغیر را تایید کرد.

    کلیدواژگان: پمپ دبی متغیر، مدل ریاضی، حجم جابجایی، روزنه، سوپاپ کنترل جابجایی، حالت پایا
|
  • A. Mostafapour *, V. Kazemloun, R. Golzarian, M. Shameli, M. Farhi Pages 1-7

    Todays, the use of small satellites for communication, research and military purposes is expanding. One of the main problems of these satellites is the design and construction of the propulsion system. The propulsion system used in two cases. One is to provide power to leave the earth and the second one is to provide power to stabilize, correct or transfer the orbit of satellite. The main purpose of this article is design and manufacture of a butane storage tank made of stainless steel under 10 bar explosion pressure for a micro size satellite. For this purpose, the required diameter and length of tank determined then thickness of tank calculated based on the theoretical method, according to the ASTM standard. In order to ensure the optimal performance of the tank, finite element simulation performed in ABAQUS software. Simulation done in 12 different cases. Simulation done in several other thicknesses to obtain the minimum working thickness of tank. According to all the analysis, the appropriate thickness was determined to be 1.5 mm. Then, proper propulsion management system designed in zero gravity condition to separate liquid phase from gas. For this purpose, compressed metal meshes used as a porous material. Finally, the tank was manufacture and inspected according to the design. 

    Keywords: Storage Tank, Micro Satellite, Propulsion System, Propellant Management Devices, Simulation, Finite Element
  • P. Shamsizadeh, E. Afshari * Pages 9-18

    Humidification of polymer membrane fuel cell (PEMFC) reactant gases is necessary for keeping the membrane humidified. Planar membrane humidifiers are widely used for reactant gas humidification due to their proper performance, simple structure, and long life span. In this study performance of a planar membrane humidifier with symmetrical L-shaped obstacles in both channels is investigated numerically by ANSYS fluent and its performance is compared with a simple planar humidifier. The Effects of geometrical parameters are studied by 3D numerical modeling. Accordingly, two parameters of water recovery ratio (WRR) and dew point temperature at the dry channel outlet are considered the main performance criteria. Results show performance decreases with the increase of the gasses mass flow rates. Dry gas outlet temperature noticeably increases by the L-shaped obstacles insertion which indicates better heat transfer. The effect of four geometrical parameters of the obstacle consisting of obstacle length, height, the distance between the obstacles and the top and bottom of the channels, and their relative distance are investigated. Three values are considered for each geometrical variable, and the distance between the obstacles and the membrane exhibits more influence on the performance of the humidifier. The geometrical study improves the performance of the obstacles and raises the WRR and the dew point temperature by about 3% and 3.5 degrees, respectively.

    Keywords: Numerical modeling, membrane humidifier, PEM fuel cell, dew point temperature, baffle geometry, performance
  • Z. Gholami Shabani, A. Khoshnood * Pages 19-24

    The insect flight mill is a device that used for studying insect flight. With this tool, the main parameters of flight such as distance, speed and duration can be calculated and analyzed. In addition to the aerospace field, which focuses on improving and optimizing existing flying devices and can be inspiring for the construction of micro air vehicle (MAV), it is also used in agriculture to combat pets and increase the quantity and quality of agriculture products. This article discusses the design and construction of a sample insect flight mill device that provides researchers with valuable and extensive information on insect flight performance while being simple. After a brief explanation of the various exiting methods in insect flight research and the introduction of insect tethered flight device, the governing equations of the device are presented. Then, the construction method and testing procedure are described, followed by an analysis and comparison of the obtained data with similar and upgraded devices. Finally, the advantages and disadvantages of the device are discussed.

    Keywords: Insects flight mill, Aerospace, Agriculture, Flight distance, Flight speed, Flight duration
  • M. Abdolalipouradl * Pages 25-34

    Nowadays, the economic, environmental, and technical advantages are a suitable approach for multigeneration systems, and the approach of using waste heat for these systems shows its value more than ever. In this study, a multigeneration system consists of a supercritical carbon dioxide (S-CO2) Brayton, Organic Rankine Cycle (ORC), Proton Exchange Membrane (PEM) electrolyzer, and Reverse Osmosis (RO) system. First, energy and exergy analysis has been done on the proposed system, then a parametric study has been performed on this proposed system and finally, it has been optimized from maximum output power viewpoint. The optimization results also show that 252366 kW, 43.1%, 58.37%, 12.13 kg/hr, and 55.52 kg/s, respectively, are calculated for the values of generated power, thermal and exergy efficiencies, hydrogen production, and produced fresh water. Moreover, the new multi-generation system that uses supercritical CO2 in Bryton has better thermal efficiency compared to the previous study.

    Keywords: Supercritical carbondioxide cycle, energy analysis, exergy analysis, multigeneration system, desalinated water, electrolyzer
  • M. Rahimi, F. Sadegh Moghanlou *, Kh. Samandari Pages 35-40

    Investigating the flow pattern developed whitin spaces with relatively large scales that can be caused by forced or natural convection is of particular importance based on which, one can comment on the spread of polluting particles, temperature distribution and thermal comfort conditions. Calculating the developed flow field whitin such spaces using numerical methods, requires relatively large memory and long calculation time. Whereas, suitable zonal methods can predict accurate flow patterns with a very small amount of calculations. In the present research, equations similar to that of one-dimensional flow passing through an orifice, which is known as the zonal power law method, were used to predict the flow between the adjacent cells. These equations along with the mass conservation equation defined for each cell of the domain were solved using an innovative numerical method and the velocity distribution was specified. The 2-D sample domain had 1 m height and two different lengths of 0.5 and 2 m where the air inlet and outlet were considered at different positions. The air velocity at the inlet was 2 m/s. In order to make a better match with the experimental results, variable loss coefficients between the cells were used and significant improvement was found in the results. Despite the comformity made in the velocity distribution, the existence of recirculating flows predicted by the numerical methods could not be obtained using the employed method even with the variable coefficients.

    Keywords: Zonal Method, Flow Pattern, Solving Nonlinear Set of Equation, Power Law, Numerical Methods
  • A. Mohammadi, M. H. Djavareshkian * Pages 41-49

    In this research, a spectrum variety of AUSM-family, including AUSM+, AUSM+UP, SLAU, and AUSM+M, in a numerical framework, based on the finite volume method to solve preconditioned two-dimensional Eulerian equations, was developed in an unstructured grid and the performance of this family has been investigated in incompressible flow. Where fluid velocity is low, convergence rate of density base solvers is distorted. Turkle's preconditioning method based on the conservation variable has been utilized to remedy the poor convergence at low speeds flows. In addition, at low speeds, the imbalance between the elements in this family's convective and pressure fluxes results in a deterioration of accuracy. Therefore, the necessary mathematical literature has been developed to solve the imbalance problem raised at the low speeds of the AUSM family. In addition, to further accelerate the convergence rate and reduce the stiffness of the equations at low speeds, the time part of the equations has been discretized utilizing the modified second-order Bashforth-Moulton method. To investigate the accuracy and efficiency of the developed AUSM family, steady two-dimensional inviscid tests around the NACA0012 airfoil, three-element 30P-30N airfoil, and half-cylindrical have been constructed for a wide range of low and highly- low Mach numbers. The results show no optimal trade-off between convergence rate and accuracy improvement within AUSM family. The accuracy improvement is not accompanied by reduced convergence time necessarily in low velocity flow field.

    Keywords: AUSM family, Low Mach, precondition, poor rate of convergence, accuracy deterioration, imbalance
  • O. Rasooli, M. Ebrahimi * Pages 51-60

    Present research investigates the feasibility of using hydropower in water transfer canals of Gavshan dam to generate distributed electricity with hydrokinetic turbines which operate at water velocity of less than 2 m/s. The reason for this is the high potential for power generation in this type of currents. For this purpose, first the hydraulic characteristics of water flow were extracted. Then, the turbine blade profiles were first calculated by Schmitz theory, then by modeling in SolidWorks and analysis in ANSYS-FLUENT, the amount of power is obtained. The results were validated and a turbine was designed for each canal/tunnel. The results show that the efficiency of hydroturbines will be about 90%. By using a hydrokinetic turbine with a diameter of 4 m and a water velocity of 2 m/s, the electricity demand of a village near the tunnel would by supplied and annually 39366 kWh of electricity can be sold to the public grid. Furthermore, the payback period is 3.4 years and the net present value of the project is highly positive. The reduction in carbon dioxide production is 109 tons/year.

    Keywords: Water transfer canals, hydrokinetic turbine, economic, environmental, Gavshan dam
  • M. Mirzajani *, M. H. Tabatabavakili Pages 61-70

    In many impact-contact events we face the problem of wave propagation on a composite rod. In this type of problem, there is a possibility of developing a gap and re-collision between the object and the rod, which requires defining a boundary condition capable of modeling this complex process. Also, a numerical method that can provide accurate modeling of the stress wave propagation process is very critical. Using the wave element method with boundary conditions related to impact-contact problems, we have been able to model stress waves propagating in multi-layer rods. It includes repeated contact and short-term rebound at different points on the body and at various time instants. In the present research, the wave element method and the impact-contact boundary condition have been used to model wave propagation in multi-layer rods. The results obtained from this method are compared with the analytical solution presented for simpler problems, and then problems with the nature of complex stress wave propagation are modeled. It has been shown that the introduced method has the ability to analyze problems with good accuracy.

    Keywords: Longitudinal impact, Wave Element Method, multi-layered composite rod, Successive impacts, impact-contactboundary conditions
  • M. Jahan, M. Azimi * Pages 71-79

    Tensegrity systems are lightweight spatial grid structures that are composed of compression and tension elements that can be used in adjustable structures. The primary stability of these structures is achieved by creating pretension conditions between the elements. These systems have low structural damping, which makes them vulnerable to dynamic loads. As a result, it is essential to predict the behavior and extract the dynamic characteristics of these structures to achieve a safe design. This article presents the vibration analysis of a one to four stage tensegrity structure with a square cross-sectional area. A Lagrangian approach and the finite element method were used to extract the nonlinear dynamic equations of the system based on the coordinates of the nodes. For one to fourstage tensegrity systems with fixed cross-sections and heights, the force density method is used as an initial form finding method. Each element's cross-section is designed to have a minimum mass, and dynamic modeling allows for observing elastic/plastic deformations under various boundary conditions, as well as static and dynamic loading on each node, taking gravity stiffness into account. Dynamic simulations in the form of comparative studies have been conducted to investigate natural frequencies, mode shapes, time responses of nodal displacements, elements deformations, and internal forces for one to four-stage tensegrity structures.

    Keywords: Vibration, Force density, Nonlinear dynamics, Tensegrity structure, Gravitational stiffness, Form finding
  • S. Mirzaahmadi, D. Akbari *, I. Ahadzadeh, S. A. Hosseini-yazdi Pages 81-90

    Preparing composites before welding and using nanocomposites is one of the new methods of joining. In this research, the mechanical strength of thermosetting composites surface prepared by chemical etching using polyvinyl chloride (PVC) polymer in the presence of aluminum oxide nanoparticles has been investigated. Thermal analysis of PVC containing different weight percentages of aluminum oxide nanoparticles shows a 45% increase in thermal conductivity. A regression model based on the response surface methodology using the effective parameters of welding time, weight percentage of nanoparticles and thermal conductivity obtained from variance analysis was developed to predict the maximum force and displacement of joint failure. The results show the maximum breaking strength and strain of 59 MPa and 0.04 of the welded sample, respectively, in the presence of 1% by weight of aluminum oxide nanoparticles. The increase of 1.3 and 1.2 times of the maximum tensile strength and breaking strain of the joint, respectively, in comparison with pure PVC samples, indicates the improvement of mechanical properties. Examining the microstructure with SEM shows that a uniform connection has been established along the weld line.

    Keywords: Nanoparticles, Ultrasonic welding, Chemically pretreated surface, Response Surface Methodology, Multipleregression model
  • H. Abbasi, A. Akbarimajd *, K. Sabahi Pages 91-99

    Surge is a dynamic instability in the compressor that is determined by limit cycle fluctuations and leads to large-amplitude distortions in flow rate and pressure. This mode is an unstable mode of operation of the compressor system that occurs in low flows and not only limits the performance and efficiency of the compressor, but also leads to damage to the compressor and accessories due to large thermal and mechanical loads. Today the use of active control methods to increase the operating range of the compressor has received much attention. Given the need for available surge controllers to be fully aware of the characteristic curve of the compressor system, presence of uncertainties and disturbances can deteriorate the performance of the controller. In this paper a finite time backstopping sliding mode controller is designed for overcome surge instability in the presence unknown uncertainties. An adaptive control rule is proposed which does not need knowledge of upper limit of disturbances or uncertainties. Lyoponov theory is used to stability analysis. The proposed controller can cover the effects of uncertainty and uncertainty on the compressor and throttle characteristics and unmodified dynamics, and in addition is resistant to time-varying disturbances in the flow and pressure applied to the system. The simulation results performed in MATLAB, indicate that the proposed regression controller, in addition to being robust, is able to ensure the stability of the system in the presence of turbulence and uncertainty.

    Keywords: Surge instability, Back-stepping Control, Sliding mode control, characteristic curve of the compressor
  • E. Mehrabi Gohari *, M. Sefid, A. R. Maloozeh Pages 101-110

    In this research, by using the combined lattice Boltzmann and smooth profile method, for power law non-Newtonian fluidized bed, the effect of changing the geometric and fluid on the expansion behavior of the bed has been studied. Investigations have been carried out for 7 different geometries and 4 Newtonian and non-Newtonian fluids with a power law index of 0.8 to 1. The results of the bed with Newtonian fluid show more porosity than the bed with non-Newtonian fluid. Also, increasing the index of the power law caused an increase in the porosity of the bed, and the porosity of the non-Newtonian bed decreased with an increase in the density of solid particles and the initial height of the bed. Investigating the porosity ratio in the non-Newtonian bed showed that with the increase in the diameter of the solid particles, this ratio decreases and increases with the increase in the diameter of the fluid bed. In addition, comparing the results of the bed with carboxymethyl cellulose 0.1% solution as fluid showed that the effect of reducing the particle diameter in the bed, to increase the porosity ratio is 2 times more than the effect of increasing the diameter of the bed. Finally, the output of the model showed that the porosity ratio for the bed containing solid particles with different diameters is lower than the bed containing particles with equal diameters.

    Keywords: Liquid-solid fluidized bed, Lattice Boltzmann method, smoothed profile method, Power-law non-Newtonian liquid, fluidized bed porosity, minimum fluidization velocity
  • M. P. Dolatyar, A. Qasemian Moqadam *, A. M. Kohn, H. Babaeinejad, A. R. Mohammadi Pages 111-120

    One of the challenging issues in all types of cars is cooling and heat transfer. This issue requires its own unique design in cars with special use. In this article, the cooling system of the heavy-duty vehicle is designed and its various characteristics are investigated. First, with the help of a 1D model in GT-SUITE software, the temperature of the engine coolant is calculated based on the performance of the heat exchanger and the flow rates of the radiator coolant, and then this 1D model is coupled with a 3D- CFD model to examine the air flow patterns through the underhood. With the help of the cooling system design algorithm presented in this paper, it is possible to check the effect of the geometry characteristics of the air inlet channel on the performance of the cooling system. Using fan frame, radiator frame and inlet and outlet grill increases the flow rate by 20% and using the angle of the inlet grill at 70 degrees instead of the initial 35 degrees increases the flow rate of air passing through the radiator by 21.74%. 

    Keywords: Thermal management, Vehicle, Cooling system, Underhood flow, Computational fluid dynamics, 1D, 3Dsimulation coupling
  • R. Barkhordari, M. Ganjiani * Pages 121-130

    In this research, the evolution of damage and martensitic transformation of AISI 304, 316 and 321 stainless steels have been studied experimentally and numerically at room temperature. At first stage, the standard tensile tests have been performed and in the second stage the XRD has been tested and the available phases and the volume fraction of martensite have been obtained. The tensile tests have been performed for a variety of loading-unloading elongation. Damage is obtained using this loading-unloading slop. The graph of force-deformation has been achieved. The samples were cut by water jet machine and the X-ray diffraction tests have been performed on the stretched samples to obtain the volume fraction of martensite. Numerical simulations have been performed by the implementing the UMAT code in ABAQUS. In the simulations, the properties achieved from experimental tests are employed. The numerical simulations have two separated sections: damage-plastic and martensitic phase transformation. In this research, these two phenomena are considered simultaneously. This model can explain both phenomena at ambient temperature. The verifications have been compared simulation results with experimental data.

    Keywords: Damage, Austenitic Steel, X-ray diffraction tests, Tensile Test, Transformation Phase, Numerical Analysis
  • M. Shavandi, S. Goodarzvand Chegini, S. Faramarzi, M. Mafi * Pages 131-141

    Liquid hydrogen is a solution for storing and transmitting electricity that is produced by renewable energy sources such as geothermal energy. In this paper, a Rankine cycle with a proton exchange membrane electrolyzer, an ammonia absorption refrigeration cycle, and a hydrogen liquefaction cycle are simulated and analyzed for storing geothermal energy as liquid hydrogen. The power generated by the Rankine cycle is used to produce hydrogen gas in the electrolyzer. Additionally, the cooling obtained from the absorption refrigeration cycle is used to pre-cool the hydrogen gas to a temperature of -9.26 ℃, and then the hydrogen is liquefied at -253 ℃ by a mixed refrigeration cycle. The innovation of this study is based on using the cold energy obtained from the absorption refrigeration cycle in the liquid hydrogen production cycle and integrating the liquid hydrogen production process with the geothermal energy system. By using energy, exergy, and economic analysis, the final cycle efficiency was improved compared to the initial system. The special energy consumption of the liquefaction unit is 81.8 kWh per kilogram of hydrogen. In a three-year payback period, using economic analysis, the minimum selling price is calculated to be $2.11, which is lower than a similar liquid hydrogen production cycle presented in the past.

    Keywords: Hydrogen liquefaction cycle, specific energy consumption, economic analysis, geothermal energy, proton membraneelectrolyzer
  • M. Taheri *, Z. Moradi Pages 143-152

    Today, nanotechnology is used in various fields. One of the practical tools of this new technology is the Atomic Force Microscope (AFM). AFM is used in imaging, making microscale equipment, extracting the properties of biological tissues and manipulation. Manipulation of particles using AFM is considered in two phases. The first phase is before the movement of the target particle and the second phase is during the movement of the target particle. Determining the exact path of the particle in the second phase of nanomanipulation is of great importance. One of the important parameters in the simulation of the second phase is the friction model used. In this research, for the first time, three exact friction models of LuGrr, Leuvn and Greenwood-Williamson have been used to investigate the 3D second phase of nanomanipulation. The target particle under investigation is a gold nanoparticle, whose dimensions and geometry were obtained experimentally by imaging with an AFM. The obtained results have shown that the LuGre model predicts the lowest amount of displacement and the Greenwood-Williamson model predicts the highest amount of displacement.

    Keywords: Experimental Study, Nanomanipulation, 3D, Second Phase, Accurate Friction Models, Gold Nanoparticle
  • R. Farhadi *, M. Taki, M.Rahnama Pages 153-162

     Solar collectors and photovoltaic panels are usually exposed to the sun at a fixed angle relative to the horizon. The optimal angle has a significant effect on receiving maximum energy. Since there is not a comprehensive study to determine the optimal angle in Khuzestan province, in this research, the centers of counties in Khuzestan province, including twenty-six cities, were considered. The energy received on an inclined surface was calculated based on the average of 16 years of solar radiation data and the isotropic and non-isotropic models (HDKR model). Different angles from -20 to 90 degrees with a step of 0.1 were examined using Fortran codes, and the angle corresponding to the maximum received energy was determined as an optimal angle. Comparing the obtained results with previous studies showed that the HDKR model has better performance, and the average optimal angle of the cities of Khuzestan province was approximately 26 degrees with a standard deviation of 0.8 degrees.

    Keywords: Energy, Fortran, HDKR model, Isotropic model, Loss, Solar panel
  • N. Bahadorani, M. Ghannad *, M.H. Sohani Pages 163-171

    In this paper, governing equation of pressurized axisymmetric cylinders made of homogeneous and isotropic materials with large deformations is derived using the Nonlinear Plane Elasticity Theory (NPET). Because of large deformations along the radial direction and hence existence of nonlinear terms in kinematic equations, the governing equation is a nonlinear second-order equation with variable coefficients, which is solved in plane stress and plane stress states using perturbation theory. According to the equilibrium equation, boundary conditions and different end conditions of the cylinder; radial and circumferential normal stresses and radial displacement in cylindrical shells are calculated analytically. The effect of thickness, material and boundary conditions on stresses and displacement in cylindrical shell is studied by the results obtained from analytical solution. For investigating the accuracy of the results obtained from the analytical solution, the numerical finite element modeling of mentioned cylinder is done with ABAQUS software and the results of the two methods are compared. This research reveals that the obtained results by the mentioned analytical solution procedure have good accuracy for cylindrical shells under pressure loading.

    Keywords: Thick-walled cylinder, Elastic analysis, Stress analysis, Large deformation, Classical theory, Perturbation technique
  • M. Abidi, S. Heyat Hoseinian, R. Soheilifard, R. Hassanzadeh Ghasemi * Pages 173-178

    SARS-CoV-2 which caused to Covid-19 was reported as an epidemic by the World Health Organization (WHO). In this virus, one of the essential cysteine proteases, which is called the main protease, can be used as a drug target for many herbal and chemical inhibitors. One of the factors in the effectiveness of drugs inhibitory is the binding affinity of them to main protease. In this paper, the comparison of the binding affinity of herbal compounds (Nigelidine, from black seed and Liquiritigenin from licorice plant) with Remdesivir on the main protease from SARS-CoV-2 has been investigated using steered molecular dynamics simulation. The results showed that Nigelidine has the highest rupture force among herbal ligands. Despite of the fact that Remdesivir has the highest rupture force compared to herbal inhibitors. Also, the electrostatic and van der Waals energy for Remdesivir and main protease shows a more negative value than other herbal inhibitors. Therefore, despite of the high dock score of the compounds of black seed and licorice, Remdesivir as a chemical compound shows more binding affinity.

    Keywords: Black seed, Licorice, Main protease, SARS-CoV-2, Inhibitor, Steered Molecular Dynamic
  • P. Nikandish * Pages 179-188

    In order to improve the efficiency of hydraulic circuits, it is necessary to change the displacement volume of the pump and its output flow based on the load on the actuator. The use of a displacement control valve next to a variable flow pump makes it possible for the pump output oil flow to adapt to the load on the hydraulic actuators. In this paper, first of all, the mathematical relationships governing the variable flow pump with the displacement control valve are presented. Then, in order to determine the variables of the hydraulic pump in steady-state conditions, the mathematical relations governing it are solved in three working positions of the pump displacement control valve. Also, the effect of the load on the hydraulic motor shaft and the cross-sectional area of the flow control valve between the pump and the motor on the circuit state variables was investigated. The appropriate closeness of the experimental results with the results of solving mathematical relations in steady-state conditions and different working conditions of the displacement control valve confirmed the correctness of the mathematical relations governing the hydraulic circuit including variable displacement pump with control valve and variable displacement motor.

    Keywords: Variable Flow Pump, Mathematical Model, Displacement Volume, Orifice, Displacement Control Valve, Steady-state