OTHERS_CITABLE
بررسی عددی اثر خواص ترموفیزیکی جنس بدنه مبدل گرمایی صفحه-تخت فیندار بر عملکرد چیلر جذب سطحی
در این پژوهش، به بررسی تاثیر خواص ترموفیزیکی جنس بدنه مبدل گرمایی فیندار بر عملکرد چیلرهای جذب سطحی پرداخته شده است. برای این منظور، یک بستر جاذب با مبدل صفحه-تخت و فینهای مستطیلی بهصورت سهبعدی و به روش حجم محدود شبیهسازی شده است. همچنین از سیلیکاژل SWS-۱L-آب بهعنوان جفتکاری استفاده شده است. بهمنظور بررسی خواص ترموفیزیکی جنس بدنه مبدل گرمایی دو پارامتر اصلی شامل ضریب هدایت گرمایی و ظرفیت گرمایی حجمی مورد بررسی قرار گرفتهاند. همچنین تاثیر این پارامترها بر توان سرمایش مخصوص و ضریب عملکرد سیستم بهازای ارتفاع و گامهای مختلف فین بررسی شده است. نتایج نشان داد که توان سرمایش مخصوص با افزایش ضریب هدایت گرمایی تا مقدار معینی افزایش مییابد، یا به عبارت دیگر یک حداقل ضریب هدایت گرمایی مناسب وجود دارد که با افزایش ارتفاع و گام فین بهترتیب افزایش و کاهش مییابد. همچنین نتایج نشان داد که اثر ظرفیت گرمایی حجمی بر توان سرمایش مخصوص بسیار اندک است، بهطوری که میتوان توان سرمایش مخصوص سیستم را مستقل از تغییرات ظرفیت گرمایی حجمی جنس بدنه مبدل گرمایی دانست. برخلاف توان سرمایش مخصوص، ضریب عملکرد سیستم تحت تاثیر ظرفیت گرمایی حجمی بوده و با افزایش مقدار آن، کاهش مییابد. شیب کاهشیافتن ضریب عملکرد با افزایش ارتفاع و گام فین کاهش مییابد. همچنین با افزایش ضریب هدایت گرمایی، ضریب عملکرد کاهش مییابد که البته این کاهش قابل توجه نیست.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-18241-fa.pdf
2019-03-01
515
526
چیلر جذب سطحی
مبدل گرمایی
مدلسازی عددی
ضریب هدایت گرمایی
ظرفیت گرمایی حجمی
Numerical Study of the Thermo-physical Properties Effects of a Finned Flat-tube Heat Exchanger Body Material on the Adsorption Chiller Performance
In this study, the thermo-physical properties effects of the heat exchanger body on the adsorption chillers performance have been investigated. For this purpose, an adsorbent bed with a rectangular finned flat-tube heat exchanger is simulated by employing a three-dimensional control volume scheme. Furthermore, silica gel SWS-1L-water has been used as a working pair. In order to investigate the effects of thermo-physical properties of the heat exchanger body material, two main parameters including the thermal conductivity coefficient and the volumetric thermal capacity are examined. Also, the effects of these parameters along with variations of the fin height and fin pitch on the specific cooling power (SCP) and the system coefficient of performance (COP) are investigated. The results indicated that the SCP increases with the increase in thermal conductivity coefficient up to a certain value, which increases and decreases with the increase in fin height and fin pitch, respectively. The results also showed that the effects of the volumetric thermal capacity on the SCP are negligible such that it can be considered independent of the heat exchanger body material volumetric thermal capacity. Unlike the SCP, the COP is strongly influenced by the volumetric thermal capacity. The increase in volumetric thermal capacity results in decreasing the COP. The slope of the decrease in the COP decreases with increasing the fin height and pitch. Also, by increasing the thermal conductivity coefficient, the COP slightly decreases.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-18241-en.pdf
2019-03-01
515
526
Adsorption Chiller
Heat Exchanger
Numerical Study
Thermal Conductivity Coefficient
Volumetric Heat Capacity
M.
Khatibi
1
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
AUTHOR
M.
Mohammadzadeh Kowsari
2
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
AUTHOR
H
Niazmand
niazmand@um.ac.ir
3
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
مدلسازی غیرخطی کوپلینگ ترموالکتریک و مطالعه تجربی و عددی عملکرد سامانه ژنراتورهای ترموالکتریک
در این مقاله یک حل تئوری غیرخطی بر مبنای روش المان محدود برای شبیهسازی ژنراتورهای ترموالکتریک ارایه شده است. بهمنظور استخراج خواص در آزمون تجربی و صحتسنجی حل تئوری ارایهشده، یک سامانه آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. سامانه شامل تعداد چهار ژنراتور ترموالکتریک پایه بیسموت تلوراید بوده که بین یک هیتر برقی و بلوکهای خنککننده آبی قرار گرفته و در اثر اختلاف دمای ایجادشده برق تولید میکنند. ابتدا معادلات حاکم با درنظرگرفتن کوپلینگ غیرخطی ترموالکتریک ارایه شده و سپس حل آن با استفاده از روش باقیماندههای وزنی با کدنویسی در نرمافزار متلب بهمنظور تحلیل غیرخطی ارایه شده است. در بخش بعدی طراحی و ساخت سامانه ترموالکتریک بررسی و روند انجام آزمایشهای مربوطه شرح داده شده است. خواص ژنراتور شامل ضریب سیبک و مقاومت الکتریکی داخلی به دست آمده که برای شبیهسازی در بخش بعدی استفاده میشود. سامانه ابتدا در نرمافزار انسیس-فلوئنت شبیهسازی شده و پارامترهای حرارتی- سیالاتی شامل توزیع دما و سرعت به دست آمده است. سپس شبیهسازی ترموالکتریکی با استفاده از کد المان محدود ارایهشده و نیز نرمافزار انسیس- ترمال الکتریک، انجام شد و مقادیر ولتاژ، توان تولیدی و بازده به دست آمده و با نتایج تجربی مقایسه و صحتسنجی شده است. نتایج حاصل بیانگر دقت مناسب مدلسازی ارایه شده است. همچنین تاثیر پارامترهای هندسی و شرایط مرزی دمایی بر عملکرد ژنراتورهای ترموالکتریک، با استفاده از حل تئوریک ارایهشده، بررسی شدهاست.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-21354-fa.pdf
2019-03-01
527
538
ژنراتور ترموالکتریک
حل غیرخطی
مطالعه تجربی
Nonlinear Model of Thermoelectric Coupling and Experimental and Numerical Analysis of Thermoelectric Generator Setup
In this paper, a nonlinear theoretical solution is proposed to simulate thermoelectric generators. A thermoelectric generator (TEG) setup was designed and constructed to measure the thermoelectric properties of a specified TEG, and, then, to validate the simulation results. The setup is composed of four bismuth telluride based TEGs, which are placed between an electrical heater and water cooled heatsinks to generate power as the result of the temperature difference. In the first section, the thermoelectricity phenomenon is introduced and governing equations are presented in order to develop the finite element solution by weighted residual Galerkin method. The FEM code is written in MATLAB software. In the second section, the designed and fabricated setup is explained and it is investigated how to perform the experiments. The TEG properties including the Seebeck coefficient and internal electrical resistance were measured, which are, then, used for setup simulation. First, the thermal-fluidic parameters including temperature and velocity distribution are obtained by simulation in Ansys-Fluent software. Then, the thermoelectricity simulation is performed by means of both the proposed finite element solution, and Ansys-Thermal electric software; so, the output voltage, power, and efficiency are calculated. The results indicate the accuracy of the modeling. Also, using the proposed finite element solution, the impact of the geometrical dimensions and temperature conditions on the TEG performance is investigated.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-21354-en.pdf
2019-03-01
527
538
Thermoelectric Generator (TEG)
Nonlinear Analysis
Experimental Study
M.
Abouali Shamshiri
1
Vehicle Engineering Department, Mechanical Engineering Faculty, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
M.
Asgari
asgari@kntu.ac.ir
2
Vehicle Engineering Department, Mechanical Engineering Faculty, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی عددی انتقال حرارت همرفت حول استوانه گرم پوشیدهشده از محیط متخلخل با دو پراکندگی تخلخل در کانال
در پژوهش حاضر انتقال حرارت همرفت حول یک استوانه گرم پوشیدهشده با محیط متخلخل حلقوی در یک کانال تخت مورد بررسی قرار گرفتهاست. برای بهبود انتقال حرارت از محیط متخلخل با رسانندگی حرارتی بالا استفاده شده و در عین حال برای کاهش افت فشار جریان دو پراکندگی تخلخل برای این محیط در نظر گرفته شده است. برای ایجاد دو پراکندگی تخلخل، از پرههای متخلخل با تخلخل ۰/۹ استفاده شده است که به طور یکنواخت به استوانه متصل شدهاند. در این حالت پرهها درجه اول تخلخل (تخلخل میکروسکوپی) و چیدمان پرهها در فضای پیرامون استوانه درجه دوم تخلخل (تخلخل ماکروسکوپی) را تشکیل میدهند. هدف از این پژوهش بررسی و بهینهسازی شرایط جریان برای دستیابی به بیشترین دمای خروجی و نرخ انتقال حرارت به ازای کمترین اتلافات فشاری است. این بهینهسازی در بازه اعداد رینولدز ۶۰ تا ۱۲۰ اعداد دارسی ۳-۱۰ تا ۵-۱۰، تخلخل ماکروسکوپی ۰/۲۵ تا ۰/۷۵ و نسبت شعاع خارجی به داخلی پرههای متخلخل ۱/۵ تا ۲ صورت گرفته است. مدلسازی مساله به کمک روش عددی شبکه بولتزمن صورت گرفته و صحت شبیهسازی توسط مطالعات عددی و آزمایشگاهی موجود مورد ارزیابی قرار گرفته است. بهینهسازی نتایج به کمک روش سطح پاسخ مرکب مرکزی سهسطحی انجام شده و نتایج عددی حاکی از صحت پیشبینیها در شرایط بهینه است. به این ترتیب نتایج حاصل از این تحقیق میتواند راهنمایی مفید در زمینه بهینهسازی مبدلهای حرارتی قلمداد شود.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-18991-fa.pdf
2019-03-01
539
548
انتقال حرارت همرفت
محیط متخلخل با دو پراکندگی تخلخل
روش شبکه بولتزمن
Numerical Investigation of Convection around Heated Circular Cylinder Wrapped with Bi-Disperse Porous Medium in Channel
In this study, convective heat transfer around a heated circular cylinder covered with an annular porous medium in a flat channel was numerically investigated. To enhance the heat transfer, the porous medium is chosen to have a high thermal conductivity, whereas it is equipped with two different dispersions to reduce the pressure drop through the channel. To create two different dispersions (bi-disperse porous medium), the cylinder is covered uniformly by multiple porous fins with a porosity of 0.9. In this regard, the fin porosity will be the first levels of porosity (microscopic porosity) and the arrangement of fins will be referred to as the second levels (macroscopic porosity) of the porous medium. The main goal of this research is to investigate and optimize flow conditions to achieve the highest outlet temperature and the highest heat transfer rate, where the pressure drop is reduced to a minimum value. This optimization is carried out for flow Reynolds number of 60 to 120, the Darcy number of 10-3 to 10-5, macroscopic porosity of 0.25 to 0.75, and outer to inner fin ratios of 1.5 to 2. Numerical simulations are conducted, using the lattice Boltzmann method and the validity of simulations is assessed by the use of numerical and experimental data available in the literature. To optimize, the response surface methodology (RSM) with a central composite design is used and numerical results indicate that predictions obtained by RSM are in good agreement with actual flow condition in the optimum configuration. This research can provide new insight into the optimization process in heat exchanger designs.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-18991-en.pdf
2019-03-01
539
548
Convection
Bi-disperse Porous Medium
Lattice Boltzmann Method
V.
Dabirpour
vahid.dabirpour@gmail.com
1
Department of Mechanical Engineering, Payame Noor University (PNU), Mashhad, Iran
AUTHOR
O.R.
Mohammadipour
o.mohammadipour@pnu.ac.ir
2
Department of Mechanical Engineering, Payame Noor University (PNU), Tehran, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی عددی و آزمایشگاهی تاثیر رژیم برخورد قطره با سطح بر عملکرد جداسازی قطرههای آب از هوا در دمیستر زیگزاگی
در مطالعه حاضر، عملکرد دمیستر زیگزاگی برای جداسازی قطرههای پراکنده مایع از جریان گاز، به روش عددی بررسی شده است. بهطور کلی قطرههای مایع در برخورد با پره دمیستر و تشکیل فیلم مایع، از جریان گاز جدا میشوند. با توجه به انرژی برخورد قطره به سطح، احتمال رخداد پدیده فروپاشی قطره و تبدیل آن به قطرههای کوچکتر وجود دارد. این موضوع، کاهش راندمان جداسازی سیستم را بهدنبال خواهد داشت. در این پژوهش، با تمرکز بر رژیم برخورد جریان در نزدیک سطح، سعی شده است تا تاثیر پارامترهای جریان و هندسه پره بر راندمان جداسازی و اُفت فشار جریان بررسی شود. برای شبیهسازی جریان و مسیر حرکت ذره از دیدگاه اویلر- لاگرانژ استفاده شده است. در این تحقیق، نمونه آزمایشگاهی دمیستر طراحی و ساخته شده است. نتایج حلگر عددی با استفاده از دادههای آزمایشگاهی این دمیستر اعتبار سنجی گردید. نتایج این مطالعه نشان میدهد با افزایش سرعت جریان گاز (افزایش انرژی برخورد)، راندمان جداسازی کاهش مییابد بهگونهای که با افزایش ۵/۲برابری سرعت جریان گاز، راندمان جداسازی به میزان۱۰% کاهش مییابد. همچنین مشخص شد که افزایش قطر و بزرگشدن قطرهها، افزایش راندمان جداسازی را به همراه خواهد داشت. از طرف دیگر انتخاب هندسه پره بر میزان اُفت فشار جریان عبوری از دمیستر اثر قابل توجهی دارد. بهگونهای که با افزایش ۵۰% در زاویه راس پره، اُفت فشار جریان ۵ برابر افزایش مییابد.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-19609-fa.pdf
2019-03-01
549
558
اویلر- لاگرانژ
دمیستر زیگزاگی
فروپاشی
آزمایش تجربی
شبیهسازی
Numerical and Experimental Investigation of the Effect of Droplet Collision Regime to Surface on the Performance of the Separation of Water Droplets from Air in a Zigzag Demister
In the present study, the performance of zigzag demister has been numerically investigated for the separation of dispersed liquid droplets from the gas flow. In general, liquid droplets are dispersed from the gas flow in contact with the vane demister and the formation of the liquid film. Depending on the energy of the droplet collision to the surface, it is likely to occur splash drop into smaller droplets, which will reduce the separation efficiency of the system. In this study, by focusing on the flow collision regime near the surface, it is attempted to investigate the effect of the flow parameters and vane geometry on the separation efficiency and the pressure drop of flow. The Euler-Lagrange is used to simulate the flow and particle motion path. In this research, an experimental model is designed and constructed. Numerical solver results are validated, using the experimental data. The result of this study shows that separation efficiency decreased with increasing gas flow velocity, such that by increasing the 2.5 times of gas velocity, the separation efficiency will lead to a 10% decrease. It was also found that increasing the diameter and increasing the droplet would increase the separation efficiency. On the other hand, choosing the geometry of vane has a significant effect on the amount of the pressure drop of the passing flow. In a way that, by increasing the 50% of the vane angle, the pressure drop will increase 5 times.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-19609-en.pdf
2019-03-01
549
558
Euler- Lagrange
Zigzag demister
Splash
Experimental
Simulation
M.
Karimi
1
Energy Conversion Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Guilan, Rasht, Iran
AUTHOR
R.
Kouhikamali
kouhikamali@guilan.ac.ir
2
Energy Conversion Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Guilan, Rasht, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی بیومکانیکی اثر زاویه اینکلینیشن بر توزیع تنش در استابولوم و استابولارکاپ پس از جراحی تعویض مفصل لگن
جراحی تعویض مفصل لگن یکی از موفقترین جراحیهای ارتوپدی است که در صورت بروز آرتروز در مفصل و تشدید وضعیت نامناسب آن، توسط جراح متخصص به بیمار توصیه میشود. اجزای مفصل مصنوعی در دراز مدت میتوانند با مشکلاتی همچون سایش، شلشدگی و جابهجایی همراه باشند. عدم تطابق ساختاری و مکانیکی اجزای مفصل مصنوعی با مفصل طبیعی بیمار پس از جراحی سبب میشود تا الگوی توزیع تنش روی استخوانها بهگونهای تغییر کند که قسمت اعظمی از بار توسط اجزای مفصل مصنوعی تحمل شده و درصد کمی از آن روی استخوان اعمال شود که در درازمدت سبب کاهش تراکم استخوان، شلشدگی و جابهجایی اجزای مفصل میشود. زاویه اینکلینیشن استابولارکاپ یکی از مهمترین عوامل تعیینکننده نحوه توزیع تنش در استخوان و پروتز است. در این پژوهش، بیماری ۲۴ساله که از ناحیه مفصل لگن دچار آسیب شده مورد مطالعه قرار گرفته و اثر زاویه اینکلینیشن بر توزیع تنش در استابولوم و استابولارکاپ وی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا با استفاده از تصاویر سیتیاسکن، مدل سهبعدی استخوان و خواص مکانیکی مربوط به آن استخراج شده است. آزمایش گیت بیمار انجام شده و با استفاده از نرمافزار اپنسیم، الگوی حرکتی و نیروی عضلات وی در طول سیکل گیت استخراج شدهاند. پروتز مفصل لگن طراحی شده و در انتها، تحلیل مکانیکی مفصل با استفاده از نرمافزار المان محدود آباکوس انجام شده و اینکلینیشن صحیح استابولارکاپ برای این بیمار استخراج شده است. نتایج بهدستآمده نشان میدهد که کاشت استبولارکاپ در زاویه اینکلینیشن ۴۵درجه در بدن این بیمار، سبب عملکرد بهتر پروتز و طول عمر بیشتر آن خواهد بود.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-19331-fa.pdf
2019-03-01
559
567
تعویض مفصل لگن
اینکلینیشن
تحلیل المان محدود
گیت
اپنسیم
Biomechanical Analysis of Effect of Inclination Angle on Stress Distribution in the Acetabulum and Acetabularcup after Total Hip Arthroplasty
Total Hip Arthroplasty (THA) is one of the most successful orthopedic surgeries, which is advised by the specialist in cases which osteoarthritis worsens in the hip joint. In the long run, functionality of THA may be subject to problems such as wear, loosening, and displacement. Structural and mechanical mismatches of artificial joint with the patient's natural joint after THA leads to the changes stress distribution pattern on the bones in a way that the majority of the load is on the artificial joint and a small percentage is implemented on the patient’s bone; in the long run, it reduces bone density and leads to loosening and displacement. One of the most important factors determining the stress distribution in the bone and prosthesis is the acetabularcup inclination in the acetabulum socket. In this study, a 24-year-old patient, who had been injured in the hip joint, is studied and the effect of the inclination angle on stress distribution in the acetabulum and acetabularcup is assessed. First, a 3D model of the patient’s bone is obtained, using CT-scan imaging and its mechanical properties are found. Gait analysis is carried out on the patient and the movement pattern and muscle forces in a gait cycle are found, using OpenSim software. The hip prosthesis is designed and the mechanical analysis of the joint is carried out, using ABAQUS finite element software, and the appropriate inclination angle for the acetabularcup for this patient is derived. The results show that the acetabularcup implantation in 45 degrees of inclination leads to better prosthesis functionality and a longer life.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-19331-en.pdf
2019-03-01
559
567
Total Hip Arthroplasty
Inclination
Finite Element Analysis
Gait
OpenSim
M.
Karimpour
1
Mechanical Engineering School, Tehran University, Tehran, Iran
AUTHOR
R.
Rahimian
reza.rahimian@ut.ac.ir
2
Mechanical Engineering School, Tehran University, Tehran, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
حل تحلیلی جریان دوبعدی خون در بالن با باز و بستهشدن بهصورت متناوب، کاربرد در دستگاههای کمکقلبی داخل و خارج آئورتی
هدف این مقاله مطالعه و بررسی پارامترهای همودینامیک خون مانند سرعتهای شعاعی و طولی، تغییرات فشار و تنش برشی دیواره در یک بالن با یک طرف بسته است. کاربرد این تحقیق در دستگاه کمکقلبی داخل آئورتی (مثلا آویسنا) یا خارج آئورتی همراه با بالن است که بهصورت متناوب باز و بسته میشود است. باز و بستهشدن این بالن باعث افزایش انرژی خون و پمپاژ بهتر آن به سمت سیستم خونرسانی بدن میشود. مساله بهصورت مدل دوبعدی با تقارن محوری و بهصورت حل تحلیلی برای رگ آئورت بررسی میشود. تحقیق پیش رو ادامه حل عددی دستگاه کمکقلبی داخل و خارجی آئورتی در مقالات گذشته نویسندگان حاضر بهصورت تحلیلی و دو بعدی را نشان میدهد. نتایج نشان میدهند که سرعت طولی جریان خون با حرکت از ابتدا یعنی طرف بسته به سمت انتهای بالن افزایش مییابد. در یک زمان معین با حرکت از دیوارههای بالن به سمت مرکز بالن، سرعت شعاعی خون کاهش مییابد که مبین سرعت نزدیک به صفر جریان خون در مرکز بالون است. هرچه به سمت انتهای بالن نزدیک میشویم فشار در طول بالن کاهش مییابد. اگرچه تنش برشی دیواره با کوچکشدن بالن افزایش مییابد اما مقدار متوسط آن از مقدار تنش برشی دیواره در حالت طبیعی در رگ آئورت کمتر است که میتواند بیانکننده این مطلب باشد که ماده انتخابشده برای جنس بالن، برای استفاده در طرح دستگاه کمکقلبی مناسب است.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-22689-fa.pdf
2019-03-01
569
576
وسایل کمکقلبی
بستهشدن بالن
آویسنا
مدل ریاضی
پارامترهای همودینامیکی
Analytical Tow-Dimensional Modeling of Blood Flow in a Balloon with Periodic Inflation and Deflation; Application in Intra- and Extra-Aortic Cardiac Assist Devices
The aim of this study is to investigate hemodynamic parameters such as radial and longitudinal velocities, pressure gradients, and wall shear stress of blood flow through a time-varying radius tube with one end closed. Application of this research is in the intra (as AVICENA) and extra cardiac assist devices, in which their balloons can increase the blood’s energy by its periodic inflation and deflation and it makes the blood to be pumped strongly into the aorta. The equation is considered as a two-dimensional model with axial symmetry and analyzed as an analytical solution for aorta. This research shows the continuation of the numerical analysis of the intra- and extra-aortic cardiac assist device in the past papers of the authors in an analytical and two-dimensional model. Results show that the longitudinal velocity is increased as we move from balloon inlet to the balloon outlet along the length of balloon. At a specific time as we move from the balloon walls towards to the centerline of the balloon, the radial velocity of blood flow decreases. It means that the blood flow radial velocity at the centerline of the balloon is close to zero. Pressure is decreased as we move from the end closed to the balloon outlet. Although the wall shear stress increases during contracting of balloon, its value is less than that of existing in aorta, thereby concluding that the chosen-balloon properties may be appropriate to be used for the balloon implanted in the aorta.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-22689-en.pdf
2019-03-01
569
576
Cardiac Assist Device
Balloon Contracting
AVICENA
Theoretical Model
Hemodynamic Parameters
S.
Rahmani
1
Biomechanics Department, Mechanical Engineering School, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
S.H.R.
Heidary
2
Biomechanics Department, Mechanical Engineering School, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
M.
Navidbakhsh
mnavid@iust.ac.ir
3
Biomechanics Department, Mechanical Engineering School, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
M.
Alizadeh
4
Biomechanics Department, Mechanical Engineering School, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل ناپایداری در مرز سیالهای ناهمگن با چگالی متغیر در حضور شوک فرودی
در این پژوهش ناپایداری فصل مشترک دو سیال نیمهمتناهی پس از اعمال شوک زمانی مورد بررسی قرار میگیرد. بدین منظور، تاثیر عواملی چون چگالی، سرعت سیالها و میدان مغناطیسی بر ناپایداری مورد توجه قرار میگیرد. با استفاده از معادلات مگنتوهیدرودینامیک، رابطهای برای محاسبه دامنه اختلال در نزدیکی فصل مشترک به دست میآید. نتایج تحلیلی و نموداری نشان میدهند که دامنه اختلال برای هر دو حالت چگالی ثابت و متغیر تابعیت زمانی یکسانی داشته و ناپایداری سیستم به پارامتر نرخ رشد وابسته است. این کمیت تابع مشخصات سیالها بوده و با توجه به چگالی، سرعت و میدان مغناطیسی میتواند حقیقی یا موهومی باشد و شرط پایداری با توجه به آن تعیین میشود. همچنین نشان داده میشود که بخش مکانی دامنه اختلال، در حالت چگالی ثابت مستقل از چگالی دو سیال بوده و در هر دو ناحیه کاملا متقارن است و بهصورت نمایی اُفت میکند. از سوی دیگر مشخص میشود که در حالت چگالی متغیر تابع معرف بخش مکانی دامنه اختلال به پارامترهای محیط و سیالها بستگی دارد، بنابراین بخش مکانی دامنه اختلال در دو سیال بهصورت نامتقارن اُفت میکند. علاوه بر این بررسی نتایج بهدستآمده در حالت خاص و حدی (چگالی ثابت) نتایج پژوهشهای پیشین را تایید میکند.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-19582-fa.pdf
2019-03-01
577
585
ناپایداری
اختلال
مگنتوهیدرودینامیک
سیال
چگالی متغیر
Analysis of Instability on the Boundary of the Inhomogeneous Fluids with Varying Densities in the Presence of Incident Shock
In the present study, the instability in the interface of two semi-infinite fluid layers with applying a shock is studied. To this end, the effect of various parameters such as fluid densities, velocities of fluids, and magnetic field on the instability is explored. By using the magneto-hydrodynamic equations, a general equation is developed for the evolution of perturbation amplitude near the interface. Analytical and graphical results indicate that the time dependent part of perturbation amplitude is the same for both the constant and varying density cases and the instability depends on the growth rate. Remarkably, the growth rate depends on the characteristics of the fluids and magnetic field and can be real or imaginary; hence, the stability condition is determined with respect to this parameter. Furthermore, it is shown that the spatial part of the perturbation amplitude in the constant density case, even with different densities, is symmetric and independent from the layer densities and damps exponentially in the two sides of the interface. On the other hand, it is shown that in the varying density case, the function of the spatial part of the perturbation amplitude depends on the parameters of the environment and the fluid; so the spatial part of the perturbation amplitude in the two fluid damps asymmetrically. Moreover, the results attained in the constant density case match the findings of the previous studies.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-19582-en.pdf
2019-03-01
577
585
Instability
Perturbation
Magnetohydrodynamic
Fluid
Varying density
A.
Mehramiz
mehramiz@sci.ikiu.ac.ir
1
Physics Department, Science Faculty, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
AUTHOR
M.
Alijabbari
2
Electrical Engineering Department, Engineering and Technology Faculty, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
AUTHOR
R.
Ashouri
3
Physics Department, Science Faculty, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
تخمین استحکام باقیمانده ساندویچ پانلهای پلیمری الیاف شیشه– پلیاستر با هسته فوم پلیاورتان به کمک آکوستیک امیشن
امروزه کاربرد کامپوزیتهای پایه پلیمری و ساندویچ پانلها بهعلت وزن پایینتر و خواص مکانیکی بهتر نسبت به فلزات در صنایع مختلفی مانند خودروسازی و صنایع دریایی رو به افزایش است. تشخیص شروع شکست و بررسی مکانیزم شکست در کامپوزیتها و بهخصوص ساندویچ پانلها از موارد بهروز تحقیق است. در این پژوهش از روش آزمون غیرمخرب آکوستیک امیشن برای تخمین استحکام باقیمانده ساندویچ پانل کامپوزیتی پلیاستر/الیاف شیشه با فوم پلیاورتان با سه نوع لایهچینی مختلف استفاده شده است. نمونههای ساندویچی تحت ضربه سرعتپایین در سه سطح انرژی مختلف قرار گرفته و سپس با استفاده از آزمون خمش سهنقطهای استحکام خمشی آنها با بهرهگیری از آکوستیک امیشن مورد ارزیابی قرار گرفته است. با تحلیل همزمان دادههای آکوستیک و نمودارهای نیرو- جابهجایی در آزمون خمش و ارتباط آنها، تخمین استحکام باقیماندهای از ساندویچ پانلهایی که از ضربات با انرژیهای مختلف دچار پیشآسیب شدهاند، به دست آمده است. بدین منظور از انرژی انباشته آکوستیک حین خمش و تابع سنتری بهدستآمده از نمودارهای نیرو- جابهجایی استفاده شده و با مقایسه با نمونه سالم و بدون پیشعیب صحهگذاری شده است. بررسی نتایج تجربی آزمون خمش ارتباط دقیق مابین دادههای تابع سنتری بهعنوان شاخص جدید استحکام باقیمانده و انرژی انباشته دادههای آکوستیک که حاوی اثرات مکانیزمهای مختلف شکست است را نشان داد. در مقایسه با نمونه با لایه چینی ترکیبی عمود بر هم ۹۰درجه و زاویهدار ۴۵درجه با حداکثر پیشضربه ۶۰ژول نسبت به نمونه بدون پیشآسیب، بیشترین اُفت استحکام معادل با ۲۷% را نشان داد.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-18550-fa.pdf
2019-03-01
587
596
آکوستیک امیشن
کامپوزیت ساندویچ پانل
استحکام باقیمانده
پیشآسیب ضربه
خمش
Estimating the Residual Strength of Polyurethane Foam Core Sandwich Panels with Fiber Glass- Polyester Skin Using Acoustic Emission
Today, application of polymeric composites and sandwich panels has increased in the industry due to their lower weight to volume ratio and also better mechanical properties in comparison with metals used in automotive and marine industries in diverse structures. Detection of failure initiation and examination of failure mechanism in composites, especially for sandwich, panels are state of art. In this research, the Acoustic Emission (AE), as a non-destructive testing method, was applied to estimate the residual strength of the polyester/glass fiber sandwich pannel with polyurethane foam with 3 different lay-up techniques. Sandwich panels were placed in 3 different energy levels under a low velocity impact and, then, with a three-point bending test, their bending strength was evaluated using the acoustic Emission. By simultaneously analyzing the acoustic data and examining the force-displacement diagrams obtained from the bending test and their correlation, the remained strength of the sandwich panels, priorly damaged by impacts of different energy levels, is estimated. For this purpose, the accumulated acoustic energy during bending and strain energy from the force-displacement diagrams have been used to calculate the recently presented Sentry function of pre-damaged samples to compare with a virgin case without previous defect. The results show that there is a direct relationship between Sentry function data as a new indicator of residual strength and accumulated energy of acoustic data that contains the effects of various failure mechanisms. In the largest destroyed sample with fiber layout of 90 and 45 degrees with respect to bending direction containing a maximum pre-impact of 60 Jules, the highest strength drop was up to 27% compared to the virgin sample.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-18550-en.pdf
2019-03-01
587
596
Acoustic Emission
Sandwich Panel Composite
Remaining Strength
Pre-damage Impact
Bending
A.M.
Zakizadeh
1
Manufacturing Department, Mechanical Engineering Faculty, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
AUTHOR
S.R.
Hamzeloo
rehamzeloo@sru.ac.ir
2
Manufacturing Department, Mechanical Engineering Faculty, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
AUTHOR
A.
Refahi Oskouei
3
Manufacturing Department, Mechanical Engineering Faculty, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی تحلیلی ارتعاشات حسگر و عملگرهای پیزوالکتریک کمعمق کروی
در این مقاله حل دقیق ارتعاشات آزاد یک درپوش کروی نازک از جنس پیزوالکتریک با استفاده از تئوری پوستههای کمعمق ارایه شده است. درپوش کروی پیزوالکتریک در دو حالت رفتاری حسگر و عملگر مورد بررسی قرار گرفته است. ماده پیزوالکتریک در راستای ضخامت قطبی شده و با استفاده از روش جداسازی متغیرها و توابع پتانسیل جدید، سه معادله حرکت پوسته کمعمق نازک به همراه معادله ماکسول بهصورت دقیق حل شده است. در ابتدا معادله حاکم بر جابهجایی عرضی پوسته بهطور مجزا به دست آمده و پس از استخراج جابهجایی عرضی، دیگر مجهولات مساله اعم از جابهجاییهای داخل صفحهای و تابع پتانسیل الکتریکی نیز به دست میآیند. در ادامه با اعمال شرایط مرزی مختلف مکانیکی و الکتریکی، فرکانسهای طبیعی برای پوسته کروی پیزوالکتریک در دو حالت حسگر و عملگر محاسبه شده است. برای اعتبارسنجی فرمولبندی حاضر و بررسی دقت فرکانسها نتایج بهدستآمده با تحلیل المان محدود مساله در نرمافزار آباکوس مقایسه و تایید شده است. همچنین تاثیر پارامترهای مختلف مانند نسبت شعاع داخلی به شعاع انحنای پوسته، نسبت ضخامت به شعاع داخلی پوسته و شرایط مرزی مختلف، روی فرکانسهای طبیعی مورد بررسی قرار گرفته است . نتایج نشان میدهد که خاصیت پیزوالکتریکی باعث افزایش انرژی کرنشی سازه شده و در هر دو حالت حسگر و عملگر باعث افزایش مقدار فرکانسهای طبیعی میشود. همچنین با تغییر شرایط از حالت عملگر به حالت حسگر، جسم یک افزایش را در مقادیر فرکانسهای طبیعی تجربه میکند.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-19205-fa.pdf
2019-03-01
597
608
ارتعاشات
درپوش کروی
پیزوالکتریک
حسگر و عملگر
حل تحلیلی
Analytical Solution for Vibration Analysis of Piezoelectric Shallow Spherical Sensors and Actuators
In this article, an exact analytical approach is presented to analyze free vibration of a thin piezoelectric spherical shell, using thin shallow shell theory. The piezoelectric spherical shell is modeled as a sensor or an actuator. The piezoelectric material is polarized through the thickness of the shell. Using the separation of variables method as well as some new potential functions, the equations of motion and Maxwell’s equation are exactly solved, simultaneously. First, the equation of the transverse displacement of the shell is separately obtained and after extracting the transverse displacement, other unknowns such as the in-plane displacements and electrical potential function are obtained. Then, applying mechanical and electrical boundary conditions, the natural frequencies of the shell are obtained for the sensor and actuator cases. In order to validate the accuracy of the present method, the obtained results are compared to those obtained by a finite element analysis in ABAQUS software. Also, the effects of various parameters such as inner radius to radius of curvature of the shell ratio, thickness to inner radius ratio, and different boundary conditions on the natural frequencies are considered. Results show that piezoelectricity effect causes an increase in strain energy of the structure leading to increasing the natural frequencies for both sensor and actuator shells. Also, by changing the conditions from actuator state to sensor one, the structure experiences an increase in the natural frequencies.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-19205-en.pdf
2019-03-01
597
608
Vibration
Spherical Cap
Piezoelectric
Sensor and Actuator
Analytical Method
P.
Darabi
pedrammdarabii@gmail.com
1
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Qom University of Technology, Qom, Iran
AUTHOR
M.
Fadaee
fadaee@qut.ac.ir
2
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Qom University of Technology, Qom, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
محاسبه تنشهای پسماند بهوسیله اندازهگیری کرنشهای رهاشده با استفاده از تقریبهای متفاوت خطی و غیرخطی
در این تحقیق نحوه آزادسازی کرنشهای رهاشده برای محاسبه تنشهای پسماند در روش سوراخکاری مرحلهای مورد توجه قرار گرفته است. برای این منظور یک قطعه ضخیم استوانهای از جنس آلومینیوم با ضخامت ۵میلیمتر مورد بررسی قرار گرفته است. سوراخکاری به روش مرحلهای و با سرعت بالا در چند گام متوالی انجام شده و کرنشهای رهاشده توسط یک کرنشسنج روزت ثبت شده است. برای تبدیل کرنشهای رهاشده به تنشهای پسماند، توزیع کرنشهای رهاشده به سه شکل تابع خطی، تابع درجه دو و تابع درجه سه در عمق سوراخ مورد مطالعه قرار گرفته است. برای هر حالت تنشهای پسماند طولی، محیطی، برشی، تنشهای اصلی و زاویههای اصلی برای هر گام در ضخامت قطعه محاسبه شده و بهوسیله ماتریس تنظیم تیخانوف همگرایی نتایج مورد ارزیابی قرار گرفته است. در پایان نتایج برای سه حالت مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصل از مقایسه تنشها و درجه منحنیها نشان میدهد که منحنی درجه سه برای ارزیابی کرنشهای رهاشده و تبدیل به تنشهای پسماند مناسبتر بوده و مقدار خطا در منحنی درجه دو از دو حالت دیگر بیشتر است.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-18500-fa.pdf
2019-03-15
609
620
تنشهای پسماند
اندازهگیری کرنشهای رهاشده
تنش پسماند غیریکنواخت
روش سوراخکاری مرحلهای
Calculating residual stresses by measured released strains using different linear and nonlinear approximations
In this study, the method of releasing strains for calculating residual stresses in hole drilling process has been considered. For this purpose, a thick piece of cylindrical aluminum of 5 mm thickness has been investigated. Stepwise and high-speed drilling was performed in several successive steps, and released strains were recorded by a rosette strain gauge. The distribution of released strains in 3 forms of functions in the depth of the hole has been studied to transform strains to stresses, a linear function, a second-order function, and a third-order function. For each case, the longitudinal, tangential, shear stresses, principle stresses, and principle angles in the thickness of the piece were calculated and the results of the convergence analysis by the Tikhonov regularization were evaluated. In the end, the results are evaluated and compared for 3 modes. The results of the comparison of stresses and the degree of curves have shown that the third-order curve is more suitable for evaluation of released strains and using to transform them to residual stresses, and the magnitude of the error in the second-order curve is greater than the two other modes.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-18500-en.pdf
2019-03-15
609
620
Residual Stresses
Measurement of Released Strains
Non-uniform Residual Stress
Incremental Hole Drilling Method
A.
Ghasemi
ghasemi@kashanu.ac.ir
1
Solid Mechanics Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Kashan, Kashan, Iran
AUTHOR
S.
AmirAhmadi
2
Solid Mechanics Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Kashan, Kashan, Iran
AUTHOR
B.
Asgari
3
Solid Mechanics Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Kashan, Kashan, Iran
AUTHOR
M.R.
Sareban
4
Solid Mechanics Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Kashan, Kashan, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
مطالعه عددی اثر تغییر همزمان پارامترهای هندسی بر عملکرد اجکتور نیروگاه طوس و انتخاب شرایط بهینه با کمک روش تاگوچی
اجکتورها کاربرد وسیعی در صنعت دارند، از صنایع غذایی گرفته تا سیکلهای تبرید و صنایع نیروگاهی. از آنجا که کندانسور نیروگاه بخار در شرایط خلا کار میکند، همواره مقداری هوا به داخل آن نشت میکند که باعث ایجاد خوردگی فلزی و کاهش بازده کندانسور میشود. بنابراین از اجکتور برای تخلیه هوای درون کندانسور استفاده میشود. به مرور زمان، نشت هوا در کندانسور بیشتر شده که بهبود بازده اجکتور را میطلبد. نسبت مکش یکی از تعاریف اصلی برای بازدهی اجکتور است و افزایش آن موجب افزایش بازده اجکتور میشود و همچنین بهطور چشمگیری به هندسه آن وابسته است. هدف این پژوهش بهبود بازده اجکتور نیروگاه طوس با تغییر همزمان دو پارامتر تاثیرگذار موقعیت خروجی نازل و زاویه همگرایی محفظه اختلاط است. هندسه اولیه اجکتور توسط نرمافزار فلوینت مورد شبیهسازی قرار گرفت و اعتبار نتایج با مطالعات آزمایشگاهی و عددی پیشین سنجیده شد. سپس با استفاده از روش تاگوچی و در گام اول، هندسههای مختلفی با تغییر همزمان در موقعیت خروجی نازل و زاویه همگرایی محفظه اختلاط انتخاب و در نرمافزار فلوینت طراحی و شبیهسازی شد. انتخاب هندسههای گام دوم با تحلیل نمودار سیگنال به نویز برای پارامترهای مذکور و نتایج نسبت مکش در گام اول صورت گرفت و این رویکرد بهطور مشابه در گام سوم نیز دنبال شد. نتایج نهایی علاوه بر بهبود ۳۴درصدی در نسبت مکش نشان داد که میزان بهینهای برای موقعیت خروجی نازل و زاویه همگرایی محفظه اختلاط وجود دارد که پیرامون آن، نسبت مکش بیشینه حاصل میشود.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-21758-fa.pdf
2019-03-01
621
629
اجکتور
نسبت مکش
جریان تراکمپذیر
تاگوچی
Numerical Study of Effects of Simultaneous Changes of Geometric Parameters on the Performance of Touss Power Plant Ejector and Selecting Optimal Conditions Using Taguchi Method
Ejectors are as widely used as in food industries to refrigeration cycles and power plants. Since condensers of steam power plants are operated in vacuum conditions, there is a continuous air leakage, which results in metal corrosion and reduction in efficiency. Therefore, ejectors are used in these systems to remove the air. Over time, leakage increases, which requires more efficiency of ejector. Entrainment ratio (ER) is defined as the main criterion for ejector efficiency and leads to better performance if increased and also depends considerably on geometry of ejector. The aim of this research is to increase efficiency of ejector of Touss Power Plant by simultaneously changing nozzle exit position (NXP) and converging angle of mixing chamber. The main geometry of ejector was simulated by FLUENT and primary results were validated with experimental and computational data. Then, different geometries with simultaneous change in NXP and converging angle of mixing chamber were selected in the first step of Taguchi method and simulated by FLUENT. Geometries of the second step of Taguchi method were selected and designed based on the results of signal-to-noise ratio for the above-mentioned parameters and the values of entrainment ratio in the first step. An identical approach was followed for the third step. Final results showed 34% increase in entrainment ratio and also revealed that there is an optimum value for NXP and converging angle of the mixing chamber around which the value of entrainment ratio is maximum.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-21758-en.pdf
2019-03-01
621
629
Ejector
Entrainment Ratio
Compressible Flow
Taguchi
M.R.
Moharreri
1
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
AUTHOR
H.
Ajam
h.ajam@um.ac.ir
2
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل انرژی و اگزرژی و بهینه سازی یک سیستم تولید چندگانه با تلفیق سیکلهای توربین گاز- راکتور هلیوم مدولار، تبرید جذبی، ریفرمینگ بخار آب و آب شیرینکن رطوبتزن- رطوبتزدا
در این مقاله، یک سیستم نوین تولید چندگانه بر مبنای سیکل توربین گاز- راکتور هلیوم مدولار ارایه شده است. سیستم یکپارچه از سیکل توربین گاز- راکتور هلیوم مدولار بهعنوان سیکل مبنا و از ترکیب زیرسیستمهای تولید هیدروژن، سیکل تبرید جذبی، سیستم آبشیرینکن تشکیل شده است. مدلسازی جامع ترمودینامیکی (انرژی و اگزرژی) روی سیستم پیشنهادی صورت گرفته است. اثر پارامترهای مختلف سیستم از قبیل دمای ورودی توربین، نسبت فشار کمپرسور، نسبت مولی کربندیاکسید به متان، دمای ژنراتور بخار و نسبت دبی جرمی سیستم آبشیرینکن روی عملکرد سیستم کلی مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین بهینهسازی سیستم کلی با استفاده از روش بهینهسازی تک و چندهدفه در مقایسه با حالت مبنا از نظر انرژی و اگزرژی بررسی شده است. نتایج نشان دادند که ماکزیمم مقدار توان خالص خروجی و بازده انرژی و اگزرژی سیستم کلی در نسبت فشار کمپرسور بین ۲/۴۵-۲/۳ بهترتیب برابر ۲۷۵مگاوات، ۷۲/۰۵ و ۴۹/۳۵% بهدست آمده و با افرایش دمای ورودی توربین، نرخ تولید گرما و بازده انرژی و اگزرژی سیستم کلی افزایش و نرخ تولید آب شیرین و سرما کاهش مییابد. علاوه بر این نقطه بهینه نسبت دبی جرمی سیستم آبشیرینکن برای بازده انرژی و اگزرژی سیستم کلی برابر ۲/۸۵۷ حاصل شده است. مطابق نتایج بهدست آمده در روش بهینهسازی چندهدفه، بازده انرژی و اگزرژی سیستم کلی در مقایسه با حالت مبنا بهترتیب برابر ۷۴/۴۱ و ۲۱/۵۰% بهدست آمده و میزان تخریب اگزرژی به میزان ۰/۷۴% کاهش یافته است.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-22545-fa.pdf
2019-03-01
631
642
تولید چندگانه
بهینهسازی
تولید هیدروژن
تبرید جذبی
تولید آب شیرین
Energy and Exergy Analysis and Optimization of a Multigeneration System by Coupling of GT-MHR Reactor, Absorption Refrigeration, Steam Reforming, and HDH Desalination Cycles
In this paper, a novel multi-generation system based on gas turbine-modular helium reactor cycle is presented. Integrated system consists of a Gas turbine-modular helium reactor cycle as a base cycle and from the combination of subsystems, hydrogen production, absorption refrigeration cycle, and desalination system. Thermodynamic comprehensive modeling (energy and exergy) was done on the suggested system. The effect of various system parameters, such as turbine inlet temperature, compressor pressure ratio, carbon dioxide to methane molar ratio, vapor generator temperature, and mass flow rate of the desalination system have been evaluated on the overall performance of the system. Also, optimization of the overall system using single and multi-objective optimization method has been investigated in terms of energy and exergy compared to the base case. The results showed that the maximum net power output and the energy efficiency and exergy of the overall system in compressor pressure ratio between 2.3-2.45 were 275 MW, 72.05%, and 49.35%, respectively, and with increasing turbine inlet temperature, heat production rate and energy and exergy efficiencies of overall system increases and the cooling production rate and freshwater decreases. In addition, the optimal point of the mass flow ratio of the desalination system for the energy and exergy efficiencies of overall system is 2.857. According to the results obtained in the multi-objective optimization method, the energy and exergy efficiencies of overall system were 74.41% and 50.21%, respectively, and exergy destruction has been reduced to 0.74% compared to base case.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-22545-en.pdf
2019-03-01
631
642
Multi-generation
Optimization
Hydrogen Production
Absorption Refrigeration
Desalination
S.
Ghavami Gargari
1
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
AUTHOR
H.
Ghaebi
hghaebi@uma.ac.ir
2
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
AUTHOR
M.
Rahimi
3
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی پارامتریک کارآیی یک راکتور خورشیدی چندلولهای به روش رهگیری اشعه مونت- کارلو
دریافتکننده خورشیدی که در مرکز کانونی سیستمهای متمرکزکننده خورشیدی قرار دارد عموماً شار تابشی شدیدی را تحمل میکند. تمرکز نامتقارن پرتوهای خورشیدی باعث میشود شار حرارتی روی قسمتهای مختلف دریافتکننده بهصورت یکنواخت توزیع نشود. این توزیع نامتقارن منجر به تنشهای حرارتی در دریافتکننده میشود که روی عملکرد آن تاثیر منفی گذاشته و طول عمر مفید آن را کاهش میدهد. از این رو کاهش توزیع غیریکنواخت شار تابشی روی قسمتهای مختلف دریافتکننده از جمله لولههای داخل آن امری ضروری است. هدف از این پژوهش بررسی توزیع شار متمرکز خورشیدی روی لولههای گرافیتی داخل یک راکتور خورشیدی ۵۰کیلوواتی است که قبلاً برای تجزیه حرارتی متان طراحی شده و در یک کوره خورشیدی آزمایش شده است. در این مطالعه با استفاده از روش رهگیری اشعه مونتکارلو توان خورشیدی جذبشده توسط قسمتهای مختلف این راکتور محاسبه شده و تاثیر ضریب جذب دیوارههای راکتور و سایز روزنه ورودی روی میزان و توزیع توان جذبشده توسط لولههای داخل راکتور بررسی شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان میدهد که روزنه ورودی ۱۶سانتیمتری بیشترین جذب توان را داشته و منجر به توزیع شار خورشیدی یکنواختتری میشود. جایگزینکردن دیوارههای منعکسکننده بهجای دیوارههای جاذب نیز توان بیشتری توسط لولهها جذبشده و توزیع شار بهتری را باعث میشود.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-22252-fa.pdf
2019-03-01
643
653
کوره خورشیدی
انرژی متمرکز خورشیدی
دریافتکننده مرکزی
توزیع شار
روش رهگیری اشعه مونتکارلو
A Parametric Study on Optical Performance of a Multi-Tubular Solar Reactor by Monte-Carlo ray Tracing Method
Cavity receiver in solar tower concentrator usually experiences highly intense radiation. Due to asymmetric concentration of solar rays, non-uniform heat flux distribution occurs on the different parts of the cavity receiver. This non-uniform distribution leads to uneven thermal expansion and stresses in receiver, which affects the reliable operation and reduces life time of receiver parts. Therefore, it is necessary to reduce the non-uniformity of solar flux on the surface of the absorber tubes and different parts of the solar reactor. The aim of this study was to focuses on the distributions of concatenated solar flux over graphite tubes of a 50kW solar reactor, which was previously designed for methane thermal dissociation at the focus of a solar furnace. In this study, the absorbed solar power on the different parts of the reactor is determined by Monte Carlo ray tracing method. Moreover, the effect of aperture size and the absorptivity of receiver parts on the net magnitude and distribution of absorbed power in reactor are investigated. The results prove that the 16cm aperture absorbs the maximum power and leads to even better solar flux distributions. Replacing the absorbing walls by the reflective walls will also result in more power absorbed by the tubes and better uniformity of flux distribution around the tubes.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-22252-en.pdf
2019-03-01
643
653
Solar Furnace
Concentrated Solar Power
Cavity Receiver
Flux Distribution
Monte-Carlo Ray Tracing Method
A.
Riahi
1
Energy Conversion Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Guilan, Rasht, Iran
AUTHOR
K.
Atashkari
atashkar@guilan.ac.ir
2
Energy Conversion Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Guilan, Rasht, Iran
AUTHOR
J.
Mahmoudimehr
mahmoudimehr@guilan.ac.ir
3
Energy Conversion Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Guilan, Rasht, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل ارتعاش آزاد ورقهای مدرج هدفمند چندلایه مگنتو- الکترو- الاستیک واقع روی بستر ارتجاعی با لحاظ اثرات لغزش بینلایهای
در این مطالعه برای تحلیل ارتعاش آزاد ورقهای مدرج هدفمند شامل لایههای دارای خواص مگنتو- الکترو- الاستیک (FGMEE)، یک روش حل سهبُعدی با استفاده از سری پیانو ارایه شده است. ورق مورد نظر روی بستر ارتجاعی قرار گرفته و اثرات لغزش بینلایهای نیز در تحلیل با استفاده از مدل فنر بینلایهای تعمیمیافته لحاظ شده است. بدون توجه به تعداد لایهها، معادلات حرکت، معادلات گوس (برای الکترواستاتیک و مگنتواستاتیک) و معادلات مربوط به شرایط مرزی و بینلایهای بهطور دقیق ارضا شده است. در این روش هیچ فرضی روی مولفههای جابهجایی، تنش و میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در طول راستای ضخامت در نظر گرفته نشده است. در نهایت معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم با استفاده از روش فضای حالت حل شده است. فرمولاسیون پیشنهادی از طریق مقایسه با سایر نتایج موجود اعتبارسنجی شده است. با قراردادن ورق تحت ارتعاش آزاد، تاثیر پارامترهای مربوط بهسختی بستر ارتجاعی، شاخص تغییرات خواص مواد و لغزش بینلایهای روی مقادیر فرکانسهای ورق مدرج هدفمند ساختهشده از لایههای دارای خواص مگنتو- الکترو- الاستیک مورد بررسی قرار گرفته است. روش حل دقیق بهدستآمده برای بررسی دقت تئوریهای ارایهشده برای ورقهای FGMEE چندلایه و نیز اعتبارسنجی برنامههایی که به روشهای المان محدود ارایه میشوند، قابل استفاده خواهد بود.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-18021-fa.pdf
2019-03-01
655
663
مواد هدفمند
حل دقیق
ورقهای مگنتو- الکترو- الاستیک
تحلیل ارتعاش آزاد
Free Vibration Analysis of Functionally Graded Magneto-electro-elastic Plates Resting on Elastic Foundations with Considering Interfacial Imperfections
In this study, a three-dimensional (3D) Peano series solution is presented for the dynamic analysis of functionally graded (FG). Layered magneto-electro-elastic (MEE) plates resting on elastic foundations with considering imperfect interfacial bonding and the interfacial imperfection is modeled using a generalized spring layer method. Regardless of the number of layers, the equations of motion, Gauss’ equations (for electrostatics and magnetostatics), and the boundary and interface conditions are satisfied exactly. In this method, no assumptions on deformations, stresses, magnetic and electric fields along the thickness direction are introduced. Finally, the governing partial differential equations are solved using state-space method. The proposed formulation is validated through comparison with other available results. Effects of a two-parameter elastic foundation, gradient index, bonding imperfection, applied mechanical and electrical loads on the dynamic response of the functionally graded magneto-electro-elastic (FGMEE) plate are discussed The obtained exact solution can be used to assess the accuracy of the theorems for layered FGMEE plates and validating finite element codes.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-18021-en.pdf
2019-03-01
655
663
Functionally Materials
Exact Solution
Magneto-electro-elastic Plates
Free Vibration Analysis
N.
Cheraghi
1
Civil Engineering Department, Engineering Faculty, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
AUTHOR
M.
Lezgy-Nazargah
m.lezgy@hsu.ac.ir
2
Civil Engineering Department, Engineering Faculty, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
AUTHOR
E.
Etemadi
3
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بهینهسازی چندموضوعی چندهدفه پیکربندی کپسول بازگشتی از نوع اورایون
در این پژوهش، بهینهسازی چندموضوعی پیکربندی کپسول بازگشتی با درنظرگرفتن ملاحظات آیروترمودینامیک، مسیر، پایداری و هندسه ارایه شده است. روش اتخاذشده بر مبنای تجزیه مساله اصلی به روالهای موضوعی است که تجزیه و تحلیل جداگانهای را برای هر یک از موضوعات انجام میدهد. پژوهش حاضر به چهار بخش اصلی پارامتریکردن شکل کپسول بازگشتی، تجزیه و تحلیل آیروترمودینامیکی، تجزیه و تحلیل مسیر بازگشت به جو و بهینهسازی تقسیم میشود. پیکربندی کپسول بازگشتی مورد مطالعه در اینجا، متعلق به خانواده کپسول اورایون است و شکل آن از سه سطح تحلیلی تشکیل شده که شامل یک دماغه کروی، یک بخش حلقهای و یک قسمت مخروطی ناقص در عقب کپسول بازگشتی است. اهداف بهینهسازی بیشینهسازی بازده حجمی، کمینهسازی مشتق پایداری طولی و کمینهسازی ضریب بالستیک هستند؛ همچنین در مساله حاضر، قیودی برای هندسه، بار حرارتی و شتاب منفی لحاظ شدهاند. با استفاده از الگوریتم ژنتیک چندهدفه مجموعهای از جوابهای بهینه پارتو نامغلوب به دست میآید، بنابراین روند بهینهسازی چندمنظوره چندهدفه اجازه میدهد تا یک جبهه پارتو از بهترین پیکربندیها شناسایی شوند. پیکربندیهای بهینه بهدستآمده بهطور واضح مصالحههای بین بازده حجمی، پایداری طولی و ضریب بالستیک را نشان میدهند. در نهایت نتایج مربوط به مشخصههای ابعادی و عملکردی کپسول بازگشتی ارایه شده است.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-24960-fa.pdf
2019-03-01
665
675
بهینهسازی چندموضوعی
بهینهسازی چندهدفه
کپسول بازگشتی
Multi-Disciplinary Multi-Objective Shape Optimization of Orion Type Re-entry Capsule
Multidisciplinary shape optimization of a re-entry capsule with aero-thermodynamic, trajectory, stability and the geometry considerations are presented in this research. The method is based on decomposition of the underlying problem into disciplinary routines performing separated analysis for each goal.The current research is separated into four main components: shape parameterization of re-entry capsule, aero-thermodynamic analysis, re-entry trajectory analysis and optimization.The re-entry capsule that is studied here belongs to the family of the Orion-like capsule and its shape composed of three analytic surfaces: a spherical nose, a ring section and a rear conical part. The objectives of the optimization are maximizing volumetric efficiency, minimizing longitudinal stability derivative, and minimizing the ballistic coefficient, subject to constraints on geometry, heating load, and deceleration. Utilizing a multi-objective genetic algorithm will result in a collection of non-dominated Pareto optimal solutions. Then, the multi-disciplinary multi-objective optimization process allows finding a Pareto front of the best shapes. Resulting optimal solutions obviously show the compromises among volumetric efficiency, longitudinal stability and ballistic coefficient. In the end, the results containing dimension’s characteristics of the re-entry capsule is presented.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-24960-en.pdf
2019-03-01
665
675
Multi-disciplinary Optimization
Multi-objective Optimization
Re-entry Capsule
A.R.
Ghaedamini Harouni
1
Multi-Disciplinary Multi-Objective Optimization of Orion Type Re-Entry Capsule
AUTHOR
S.H.
Hashemi Mehne
hmehne@ari.ac.ir
2
Multi-Disciplinary Multi-Objective Optimization of Orion Type Re-Entry Capsule
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی پایداری شریانهای دارای پلاک آترواسکلروز با درنظرگرفتن برهمکنش سیال- جامد
انحناداری عارضهای است که ممکن است در برخی از شریانهای بدن مانند کاروتید رخ دهد و موجب اختلال در خونرسانی به مغز و حتی در موارد شدید آن موجب ایسکمی و سکته شود. این انحناداری میتواند مادرزادی باشد یا ناشی از کاهش کشش محوری شریان و فشار خون بالا رخ دهد که در این صورت به آن کمانش میگویند. با توجه به اینکه پلاکهای آترواسکلروز با ایجاد گرفتگی در شریان و اختلال در الگوی طبیعی جریان خون میتوانند شریان را برای کمانش مستعد کنند، در این پژوهش طی یک شبیهسازی عددی، پایداری شریانهای دارای پلاک آترواسکلروز با درنظرگرفتن تغییر شکلهای بزرگ مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور هندسه ایدهآل و سهبٌعدی شریان کاروتید سالم و دارای پلاکهای متقارن و غیرمتقارن با درصدهای مختلف گرفتگی ساخته شد و در دو نسبت کشش محوری ۱/۵ و ۱/۳ و با درنظرگرفتن برهمکنش سیال- جامد و جریان سیال نوسانی در نرمافزار المان محدود آدینا تحلیل شد. جریان خون نیوتنی و آرام و دیواره شریان ناهمسانگرد و فراکشسان براساس مدل آگدن فرض شد. نتایج نشان میدهد که با ایجاد پلاک آترواسکلروز در شریان و افزایش درصد این گرفتگی، فشار بحرانی کمانش کاهش مییابد. تاثیر پلاکهای نامتقارن در کاهش فشار بحرانی، بسیار بیشتر از پلاکهای متقارن است. با کاهش نسبت کشش محوری از ۱/۵ به ۱/۳، فشار بحرانی کمانش ۳۹-۳۳% کاهش مییابد. در لحظه کمانش تنشهای وارده بر پلاک به میزان زیادی افزایش مییابند و در نتیجه پدیده خطرناک شکست پلاک محتملتر میشود.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-24405-fa.pdf
2019-03-01
677
686
کمانش شریان
آترواسکلروز
برهمکنش سیال- جامد
فشار بحرانی کمانش
شکست پلاک
Study of the stability of atherosclerotic arteries using fluid-structure interaction
Tortuosity is an abnormality that may occur in some arteries, such as carotid. It can reduce the blood flow to distal organs, and even in severe cases, causes ischemia and stroke. Tortuosity can be congenital or occurs due to hypertension and reduced axial pre-stretch of artery, in which case called buckling. Since atherosclerotic plaques disrupt the normal pattern of blood flow, and thus make the artery more susceptible to buckling, in this study, the effect of atherosclerotic plaques on arterial stability has been investigated using computational simulation of fluid-structure interaction under pulsatile flow and large deformation. Ideal and 3D geometry of normal and atherosclerotic carotid artery with different plaques (symmetric or asymmetric and in different percentage of stenosis) were constructed and used to simulate normal (1.5) and reduced (1.3) axial stretch ratio by ADINA. The blood flow was assumed to be Newtonian and laminar. Arterial wall was considered as an anisotropic and hyperelastic material based on the Ogden’s model. The results are verified by comparison with the available ones in the literature. It is observed that stenosis reduces the critical buckling pressure and arteries with asymmetric plaque have lower critical buckling pressure compared to the arteries with symmetric plaque. By reducing the axial stretch ratio from 1.5 to 1.3, the critical buckling pressure is reduced by 33-39 percent. Buckling increases the peak stress in the plaque and thus increases the risk of plaque rupture.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-24405-en.pdf
2019-03-01
677
686
artery buckling
atherosclerosis
fluid-structure interaction
critical buckling pressure
plaque rupture
A.
Manzoori
1
Applied Mechanics Division, Mechanical Engineering School, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
F.
Fallah
fallah@sharif.ir
2
Applied Mechanics Division, Mechanical Engineering School, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل و بررسی ترمواقتصادی بازیابی گرمای اتلافی حاصل از بهکارگیری گازهای خروجی در کنار آب خنککن محفظه موتور کشتی
سیستمهای بازیاب که از منابع اتلافی بهعنوان ورودی خود استفاده میکنند، از اهمیت فراوانی در صنعت برخوردارند، چرا که اینگونه سیستمها از جریانهایی بهره میگیرند که در صورت عدم استفاده به هدر خواهند رفت. موتور کشتیها یکی از مکانهایی است که مقدار قابل توجهی از انرژی به صورتهای مختلف به هدر میرود. در پژوهش حاضر ایده استفاده از این مسیرهای اتلافی و تولید توان مفید در قالب دو سیستم ارایه شده است. در سیستم نخست، تنها از گرمای گازهای خروجی موتور کشتی استفاده شده است؛ در حالی که در سیستم دوم بهطور تلفیقی از آب خنککن محفظه در کنار مسیر گازهای خروجی بهره گرفته شده است. بهمنظور انتخاب سیال کاری مناسب، پایشی در میان سیالهای ارگانیک موجود انجام یافته و پنج سیال کاری بهعنوان مبردهایی که از نظر شاخصهای فیزیکی، ایمنی و زیستمحیطی در نظر گرفته شده از مطلوبیت بالاتری برخوردار هستند، انتخاب شده است. تحلیلها نشان میدهند که استفاده از مبرد R۶۰۰a بالاترین توان خروجی را حاصل میکند که در بهترین حالت به حدود ۵۷۵kW میرسد. مقایسه دو سیستم بررسیشده نیز نشان میدهد که پیشگرمکردن سیال کاری توسط آب خنککن محفظه سبب بهبود عملکرد سیستم میشود و توان خروجی در حدود ۵۸-۳۱% در سیالهای کاری مختلف افزایش مییابد. بررسی نرخ بازگشت سرمایه در دو سیستم بررسیشده و سیالهای کاری گوناگون نیز نشان میدهد که پایینترین مقدار بازگشت سرمایه با استفاده از سیال کاری R۶۰۰a در سیستم دوم به دست میآید که برابر با ۳/۴۸سال است.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-19576-fa.pdf
2019-03-01
687
696
سیستم بازیاب
گازهای خروجی
ترمواقتصادی
صرفهجویی در مصرف سوخت
کاهش انتشار آلایندهها
Thermo-economic Analysis of Waste Heat Recovery by the Use of Engine Exhaust Gases beside the Jacket Cooling Water of the Marine Engine
Waste heat recovery systems, which make use of waste sources for their input energy, have considerable importance in industry since they utilize streams, which will be disposed to nature if not employed. Ship’s engines are one of the places, where a large amount of energy is wasted in different forms. In the present article, the idea of making use of these loss streams and consequently producing useful power in the outlet is proposed in the form of two systems. In the first system, the only stream of exhaust gases is utilized, while in the second system, the jacket cooling water is used together with the engine exhaust gases. Screening in the working fluids is conducted in order to select appropriate fluids, which have suitable characteristics in the physical, safety, and environmental aspects. The analyses indicate that using R600a presents the highest net power output, which reaches to the value of about 575 kW at the most. Comparison of the two introduced systems shows that preheating the working fluid by the jacket cooling water makes the better operation of the system and the power output is increased up to about 31-58% in different fluids. The lowest payback period in the systems is achieved through the use of R600a as the working fluid, which is about 3.48 year in the second system.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-19576-en.pdf
2019-03-01
687
696
Recovery System
Exhaust Gases
Thermo-economic
Fuel Conservation
Reduction of Pollutants
S.
Khalili Sarbangholi
1
Mechanical Engineering Faculty, University of Tabriz, Tabriz, Iran
AUTHOR
Y.
Aghdoud Chaboki
st_y_aghdoudchaboki@azad.ac.ir
2
Mechanical Engineering Faculty, University of Marine Sciences Imam Khomeini, Nowshahr, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی تحلیلی جریان نانوسیال عبوری بین صفحات کشسان غیرموازی در حضور میدان مغناطیسی با درنظرگرفتن اثر حرارتی ژول
هدف از انجام این پژوهش، بررسی انتقال حرارت و جرم در جریان نانوسیال عبوری از بین دو صفحه گسترشیافته/ فشردهشده غیرموازی در حضور میدان مغناطیسی، بهصورت کاملاً تحلیلی است. بهمنظور مدلسازی جریان نانوسیال، پدیدههای ترموفورتیک، پخش براوانی و ترم حرارتی ژول درنظر گرفته شده است. معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی با روش موسوم به دوآن- راچ و بهطور کاملاً تحلیلی حل شدهاند که این امکان را ایجاد میکند تا ضرایب نامعین موجود در پروفیلهای حدسی متغیرها، بدون استفاده از روشهای عددی محاسبه شوند. مقایسه نتایج حاضر با نتایج عددی سایر مراجع بیانگر تطابق بسیار خوبی است. اثرات عدد رینولدز، زاویه بین دو صفحه و عدد هارتمن بر میدانهای دما، سرعت و غلظت در حالتی که دو صفحه همگرا و نیز واگرا قرار دارند و بهصورت انبساط یافته یا فشردهشده مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیرات پدیده ترموفورتیک و پخش براونی بر عدد ناسلت به دست آمده است. این مطالعه نشان میدهد که در کانال واگرا، افزایش عدد هارتمن منجر به افزایش دما و کاهش غلظت شده است. در این حالت، ضخامت لایه مرزی حرارتی با افزایش زاویه بین دو صفحه افزایش پیدا میکند. همچنین افزایش پارامتر ترموفورتیک منجر به افزایش عدد ناسلت در کانال همگرا و واگرا میشود. با اعمال میدان مغناطیسی یکسان به دو کانال گسترشیافته و فشردهشده واگرا، مقدار غلظت در کانال گسترشیافته بیشتر بوده است. در مورد کانالهای همگرا، این مطلب کاملاً برعکس است.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-22721-fa.pdf
2019-03-01
697
708
نانوسیال
صفحات گسترشیافته/فشردهشده غیرموازی
اثر حرارتی ژول
روش دوآن- راچ
Analytical Investigation of MHD Nanofluid Flow between Non-Parallel Stretching/Shrinking Walls with Considering Joule Heating Effect
The aim of this research is an analytical investigation of heat and mass transfer for the MHD nanofluid flow passed between non-parallel stretchable/shrinkable walls. In order to model nanofluid flow, effects of Thermophoresis, Brownian diffusion, and Joule heating are considered. The governing mass, momentum, and energy equations are solved analytically by applying Duan-Rach method, which caused to get a solution for the undetermined coefficients from conjectured profiles of variables without using numerical methods. Comparison between the current results with the numerical results of other references shows good agreement. The effects of the Reynolds number, opening angle parameter, and the Hartman number on the temperature, velocity, and concentration profiles have been investigated in the case of both convergent and divergent plates, either stretched or shrunk. Also, the effects of the Thermophoretic and Brownian parameters on the Nusselt number are obtained. This study indicates that increasing the Hartman number decreases the concentration profile and increasing in the temperature profile for divergent channels. In this case, as the opening angle parameter rises, the thickness of the thermal boundary layer increases. Also, for convergent and divergent channels, the increase in the thermophoretic parameter causes increases the Nusselt number. By applying an identical magnetic field to two divergent stretching and shrinking channels, the concentration profile in the stretching channel is more than the shrinking one. For convergent channels, this treatment of concentration profile is completely vice versa.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-22721-en.pdf
2019-03-01
697
708
Nanofluid
Non-parallel Stretchable/Shrinkable Walls
Joule Heating Effect
Duan-Rach Method
F.
Karami
1
Heat & Fluid Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Kashan, Kashan, Iran
AUTHOR
M.
Sabzpooshani
spooshan@kashanu.ac.ir
2
Heat & Fluid Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Kashan, Kashan, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
مطالعه آزمایشگاهی اثر نانوسیال سورفاپور بر انرژی آزاد سطحی سنگ کلسیت
هدف از این پژوهش بررسی آزمایشگاهی انرژی آزاد سطحی روی سطح سنگ کلسیت و همچنین روی سطح کلسیت پیرشده در نانوسیال سورفاپور با استفاده از اندازهگیری زاویه تماس است. بدین منظور نمونههای کلسیت با برش در ابعاد تقریبی cm۳۴/۰×۳×۳ و صیقلیکردن برای ایجاد زبریهای مختلف تهیه شد. خلوص و میزان زبری نمونهها بهترتیب از آزمونهای پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ نیروی اتمی تعیین شدند. با استفاده از زاویه تماس استاتیک روی سطح کلسیت و کلسیت پیرشده در نانوسیال، انرژی سطحی توسط سه روش میانگین هندسی، میانگین حسابی و نمودار زیسمن نشان از انرژی آزاد سطحی بین ۴۰-۳۰میلینیوتن بر متر و غلبه نیروهای قطبی بر پراکندگی در سطح کلسیت است. پس از پیرشدن سطح کلسیت در نانوسیال، انرژی سطحی به کمتر از ۱۲میلینیوتن بر متر رسید. این کاهش انرژی سطحی نشاندهنده افزایش زاویه تماس سیالات روی سطح کلسیت پیرشده در نانوسیال است. نتایج این تحقیق به درک بهتر خصوصیات سطحی کلسیت در حضور نانوسیال و همچنین چگونگی تغییر خاصیت ترشوندگی آن به شرایط ترشونده با گاز با درنظرگرفتن زاویه تماس استاتیک کمک میکند.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-17925-fa.pdf
2019-03-01
709
718
نانوسیال
سنگ کلسیت
انرژی آزاد سطح
زاویه تماس استاتیک
Experimental Study of Surfapore Nanofluid Effect on Surface Free Energy of Calcite Rock
The aim of this study was to investigate the surface free energy on the surface of calcite rock and also on the surface of aged calcite in Surfapore Nanofluid using a contact angle measurement. For this purpose, calcite surfaces were prepared by cutting to an approximate size of 3×3×0.4cm3 and grinded and polished to achieve different roughnesses. The purity and roughness of the samples were determined by X-ray diffraction and atomic force microscopy, respectively. Using the static contact angle on the surface of calcite and calcite aged in the Nanofluid, surface energy determined by three methods of geometric mean, arithmetic mean and Zisman plot showed surface free energy between 30-40mN/m, and polar forces overcome dispersion at calcite surface. After aging calcite surface in the Nanofluid, surface energy reached less than 12mN/m. This surface free energy reduction indicates an increase in the contact angle of the fluids on the aged calcite surface in the Nanofluid. The results of this study will help to better understand the surface properties of calcite in the presence of Nanofluid, as well as how to change its wettability to gas wet conditions, taking into account the static contact angle.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-17925-en.pdf
2019-03-01
709
718
Nanofluid
Calcite Rock
Surface Free Energy
Static Contact Angle
M.
Azadi Tabar
1
Chemical & Petroleum Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
M.H.
Ghazanfari
ghazanfari@sharif.edu
2
Chemical & Petroleum Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی عددی رفتار آئروالاستیک ساختمانهای بلند با لحاظ اندرکنش سازه و باد
کاربرد دینامیک سیالات محاسباتی بهمنظور ارزیابی عددی آثار باد بر ساختمانهای بلند با توجه به افزایش توان محاسباتی رایانهها در سالهای اخیر در حال توسعه است. با توجه به ریزشهای گردبادی پیرامون ساختمانهای انعطافپذیر، لاغر و بلند ناشی از جریان باد با اعداد رینولدز نسبتاً بالا، بررسی رفتار آئروالاستیک ساختمانهای بلند امری ضروری است. در این مقاله، جریان آشفته باد با ۴ سرعت متفاوت پیرامون ساختمان بلند استاندارد CAARC بهصورت عددی شبیهسازی شده است. از مدل شبیهسازی گردابههای بزرگ برای لحاظ اثر آشفتگی در حل معادلات جریان استفاده شده و پاسخ ساختمانهای بلند به نیروهای حاصل از باد با حل معادله دیفرانسیل حرکت تعیین شده است. بهمنظور انتقال دادهها بین دو حوزه حل سیالاتی و سازهای در هر گام زمانی، از روش کوپلشدگی دوطرفه استفاده شده است. طبق نتایج حاصل از شبیهسازی عددی، ضرایب فشار، خطوط جریان و میدان فشار لحظهای پیرامون ساختمان بلند مطابقت خوبی با مشخصههای متداول جریان پیرامون اجسام هوابند دارد. سرعت بحرانی متناظر با پدیده قفلشدگی در این مساله با استفاده از عدد استروهال، برابر با ۱۰۰متر بر ثانیه محاسبه شده است. همچنین تاریخچه زمانی جابهجایی بام ساختمان در جهت باد و عمود بر امتداد آن بهازای سرعتهای متفاوت وزش باد استخراج شده و بهترتیب میانگین و انحرافمعیار آنها محاسبه شده است. افزایش مداوم دامنه نوسانهای عرضی ساختمان تحت وزش باد با سرعت ۱۰۰متر بر ثانیه مشاهده شده است. این نکته بیانگر کارآیی و قابلیت فرآیند عددی حاضر در تشخیص ناپایداری آئروالاستیک بهازای سرعت پیشبینیشده است.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-21929-fa.pdf
2019-03-01
719
730
دینامیک سیالات محاسباتی
اندرکنش سازه و سیال
مهندسی باد
قفلشدگی
شبیهسازی گردابههای بزرگ
Numerical Investigation of Aeroelastic Behavior of Tall Buildings Considering Wind-Structure Interaction
The application of computational fluid dynamics is being developed in recent years in order to evaluate the numerical impact of wind damage on high-rise buildings due to the increasing computing power of computers. With regard to the turbulent downturns around flexible, slender and long-winded buildings with relatively high Reynolds numbers, the study of aeroelastic behavior of tall buildings is essential. In this paper, the turbulent wind flow is simulated numerically with four different velocities around the high standard CAARC building. Large Eddy Simulation has been used to solve the turbulence effect in solving fluid flow equations and the response of tall buildings to wind forces is determined by solving the differential equation of motion. A two-way coupling method is used to transfer data between two areas of fluid and structural solution in each step of time. According to the results of the numerical simulation, the pressure coefficients, streamlines and instantaneous pressure field around the tall building are in good agreement with the common characteristics of the flow around the airborne objects. The critical speed corresponding to the lock in phenomenon in this problem is calculated using a Strouhal number equal to 100m/s. Also, the history of displacement of the roof of the building in the direction of the wind and perpendicular to its length have been extracted for different wind velocities and the mean and their standard deviations respectively have been calculated. The continuous increase in the range of the fluctuations of the building under the wind blowing at 100m/s is observed. This point indicates the efficiency and capability of the numerical process in detecting aeroelastic instability with a predicted speed.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-21929-en.pdf
2019-03-01
719
730
Computational Fluid Dynamics
Fluid-Structure Interaction
Wind Engineering
Lock-in
Large Eddy Simulation
M.
Shirzadeh Germi
1
Civil Engineering Department, Engineering Faculty, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
AUTHOR
H.
Eimani Kalehsar
hek@uma.ac.ir
2
Civil Engineering Department, Engineering Faculty, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی نحوه رشد آسیب و تعیین عمر در بارگذاری تناوبی دما بالا
دف این مطالعه، بررسی عمر با توجه به آسیبهای واردشده توسط مکانیزمهای اصلی توسعه آسیب در پرههای توربین و مدلکردن نحوه رشد آسیب است. برای این منظور آزمایش خستگی سیکل پایین کرنش- کنترل روی فولاد زنگنزن مارتنزیتی ۴۱۰ در حالت تمپرشده در دمای C°۵۶۵ در سه محدوده کرنش ۰/۸، ۱ و ۱/۵ با دمای ثابت C°۵۰۰ و زمان نگهداری ۱۵ثانیه در هر سیکل انجام شده است. اثر برهمکنش خزش- خستگی روی عمر و همچنین آسیب واردشده به پره توربین در شرایط مختلف بررسی شد. نتایج نشان داد که با تغییرات دامنه کرنش از ۰/۸به ۱/۵، عمر قطعه از ۲۰۵ به ۶۵ سیکل تغییر میکند و این در حالی بوده که سطح شکست نمونهها نیز با هم متفاوت است. در مرحله بعد مدل کافین- مانسون اصلاحشده برای نشاندادن آسیب و تاثیر همزمان آن روی عمر قطعه بررسی شد. نتایج نشان داد که با کاهش تعداد رسوبات مرزدانهای و تاثیر آن روی حفرات ایجادشده در قطعه، آسیب واردشده کمتر میشود و در نتیجه عمر پره توربین افزایش مییابد. آزمونهای کشش دمای بالا و خستگی سیکل پایین تنش- کنترل دمای بالا نیز در حالتهای تمپر مختلف، برای فولاد زنگنزن ۴۱۰ و ۴۲۰ انجام گرفت و نتایج نشان داد که در شرایط یکسان افزایش دمای تمپر از ۲۰۰ به C°۵۶۵ باعث کاهش عمر از ۲۲۱۸ به ۱۹۵۲ سیکل شده است.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-25309-fa.pdf
2019-03-01
731
742
عمر
آسیب
خستگی
فولاد زنگنزن
پرههای توربین
Study of Damage Propagation and Life Assessment in High Temperature Cyclic Loading
The aim of this study is to investigate the life-span according to the damage caused by the main mechanisms of damage development in turbine blades and to model the growth of the damage. For this purpose, the low cycle fatigue test on martensitic 410 stainless steel was immersed in tempered glass at 565°C in three strain gauges 0.8, 1 and 1.5 with a constant temperature of 500°C and 15 seconds per cycle. The effect of creep-fatigue interaction on life and also damage to turbine blade in different conditions was investigated. The results showed that with the variation of the strain amplitude from 0.8 to 1.5, the life of the piece varies from 205 to 65 cycles and this is while the level of failure of the samples varies. In the next step, the modified Coffin-Manson model was used to indicate the damage and its simultaneous effect on the life of the piece. The results showed that decreasing the number of grain boundaries and its effect on the cavities created in the piece decreases the damage and thus the life of the turbine blade increases. High-temperature tensile tests and low-tensile fatigue-temperature control were also performed in different tempering modes for 410 and 420 steel stainless steel and The results showed that, under the same conditions, the temperature increase from 200 to 565°C resulted in a decrease in life from 2218 to 1952 cycles.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-25309-en.pdf
2019-03-01
731
742
Life
Damage
Fatigue
Stainless Steel
Turbine Blades
A.
Mir
1
Materials Science & Engineering Faculty, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
M.
Aghaie-Khafri
maghaei@kntu.ac.ir
2
Materials Science & Engineering Faculty, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی عددی اثر درصد و موقعیت گرفتگی بر همودینامیک دوشاخگی شریان کرونری چپ
شریانهای کرونری بهدلیل تغذیه قلب، نقش حیاتی دارد و در صورت ایجاد گرفتگی در آنها فرد با خطر ابتلا به سکته قلبی مواجه میشود. بیماری شریان کرونری، بیماری پیشروندهای است که با تجمع ذرات چربی روی دیواره شریان، ایجاد و در ادامه منجر به ضخیمشدن دیواره و تشکیل لایههایی از پلاک روی دیواره شریان و در نهایت ایجاد گرفتگی میشود. در پژوهش حاضر، بهمنظور دریافت اثر درصد و موقعیت گرفتگی بر الگوی توزیع جریان و تنش برشی و در پی آن پیشرفت پلاکهای آتروسکلروتیک، شریان کرونری چپ و انشعابات اصلی آن یعنی شریان نزولی قدامی و شریان محیطی در شرایط مختلف گرفتگی براساس دستهبندی مدینا، درصد گرفتگیهای ۵۰ و ۷۵% و سه موقعیت مختلف قرارگیری پلاکگرفتگی نسبت به مرکز انشعاب، مدلسازی شد. طبق نتایج بهدستآمده، مقادیر تنش برشی و درصد جریان ورودی به شاخه جانبی با افزایش درصد گرفتگی کاهش یافتند. بهعنوان نمونه در مدینای (۱,۱,۱)، دبی ورودی به شاخه جانبی در گرفتگی ۵۰%، به میزان ۴۱% دبی شاخه اصلی و در گرفتگی ۷۵%، به میزان ۳۷% دبی شاخه اصلی به دست آمد. مقادیر تنش برشی در گرفتگی ۷۵% کمتر از یک و حتی ۵/۰پاسکال و در محدوده بحرانی قرار دارند. با افزایش فاصله پلاک از مرکز انشعاب، تنش برشی و نسبت دبی شاخه جانبی افزایش مییابد و احتمال توسعه پلاک کاهش مییابد. بر مبنای روند توسعه پلاکگرفتگی، مدینای نوع (۱,۰,۱) دارای بالاترین احتمال برای رشد پلاکهای آتروسکلروتیک و انسداد کامل رگ نسبت به انواع دیگر مدینا است.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-22415-fa.pdf
2019-03-01
743
752
دوشاخگی شریان کرونری
شاخه جانبی
گرفتگی رگ
نسبت جریان
تنش برشی دیواره
Numerical Evaluation of the Effect of Percentage and Location of Stenosis on the Hemodynamic Bifurcation of the Left Coronary Artery
Coronary arteries play a vital role in heart nutrition, and if they get stenosis, they will be at risk of developing a heart attack. Coronary artery disease is a progressive disease that is caused by the accumulation of fat particles on the wall of the arteries, leading to thickening of the wall and the formation of layers of plaque on the wall of the arteries and ultimately causing stenosis. In the present study, in order to obtain the effect of percentage and position of stenosis on the pattern of flow and WALL SHEAR STRESS distribution, followed by the progression of atherosclerotic plaques, left coronary artery and its main branches, the anterior and anterior artery, in different conditions according to Medina classification, 50 and 75%, and three different positions of lesion locations based on their distance from carina relative to the center of the branching were modeled. According to the results, WALL SHEAR STRESS and flow ratio and the percentage of inflow into the lateral branch decreased with increasing percentage of stenosis. For example, in Medina type (1.1.1), in 50% diameter stenosis, the flow ratio was 41% of the main branch and it was 37% in 75% diameter stenosis. WALL SHEAR STRESS values are less than 1, even 0.5 Pascal and in critical range in 75% diameter stenosis. Increasing the spacing of the plaque from the center of the branch, the WALL SHEAR STRESS and lateral branch flow ratio increase, and the likelihood of the expansion of the plaque decreases. Based on the development of stenosis severity, modal type (1.0.1) has the highest probability of developing atherosclerotic plaques and total vein occlusion compared to other types of medina.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-22415-en.pdf
2019-03-01
743
752
Coronary Artery Bifurcation
Side Branch
Stenosis
Flow Ratio
Wall Shear Stress
F.
Niknejad
1
Biomechanics Department, Science and Technology in Medicine Faculty, Science & Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
AUTHOR
N.
Fatouraee
nasser@aut.ac.ir
2
Biological Fluid Dynamics Research Laboratory, Biomedical Engineering Faculty, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
AUTHOR
M.
Nabaei
3
Biological Fluid Dynamics Research Laboratory, Biomedical Engineering Faculty, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی عددی رفتار آیرودینامیک ایرفویل تحت حرکت نوسانی پلانج در مجاور سطح
هنگامی که یک وسیله پرنده به یک سطح آبی یا خاکی نزدیک میشود، در الگوی میدان جریان سیال اطراف آن تغییراتی به وجود میآید که آن را اثر سطحی مینامند. در این پژوهش پدیده اثر سطحی و اثر آن در ضرایب آیرودینامیک و الگوی جریان اطراف ایرفویلهای NACA۰۰۱۲ و LH۳۷ در رژیم مادون صوت تراکمناپذیر در دو حالت استاتیک و دینامیک با حرکت پلانج بهصورت عددی بررسی شده است. حل میدان جریان براساس معادلات ناویر- استوکس بههمراه مدل آشفتگی k-𝜔 sst انجام شده است. ابتدا تاثیر پدیده اثر سطح بر تغییر ضریب برآ با درنظرگرفتن فواصل مختلف از سطح در حالت استاتیک بررسی شده است. سپس در هر فاصله از سطح، ایرفویل با یک فرکانس و دامنه مشخص تحت نوسان پلانج سینوسی قرار گرفته و رفتار ضریب برآ در طول زمان بررسی شده است. نتایج تحلیل استاتیک نشاندهنده تغییر رفتار منحنی برآ و نیز توزیع فشار روی سطح ایرفویل در فواصل بسیار نزدیک به سطح متاثر از پدیده اثر سطح بوده است که بهصورت کاهش برآ تا یک ارتفاع مشخص و سپس افزایش آن مشاهده میشود. تحلیلهای دینامیک نیز نشاندهنده تغییر در دامنه نوسانات ضریب برآ و وجود یک اختلاف فاز در نقاط تحقق حداقل و حداکثر برآ، با نزدیکشدن ایرفویل به سطح هستند. خطوط جریان اطراف ایرفویل برای فواصل مختلف از سطح نیز نشاندهنده تغییر الگوی جریان حول آن با نزدیکشدن به سطح است.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-20511-fa.pdf
2019-03-01
753
763
پدیده اثر سطح
مادون صوت
NACA0012
LH37
حرکت دینامیک پلانج
Numerical Study of Aerodynamic Behavior of a Plunging Airfoil in Ground Effect
When a flying vehicle is approaching a watery or earthy surface, the flow pattern around it is changed that is called the ground or surface effect. In this study, the phenomenon of ground effect and its effects on aerodynamic coefficients and flow pattern around NACA0012 and LH37 airfoils are numerically investigated. The analysis is done for statically and dynamically airfoils with plunging motion at subsonic incompressible flow regime. The Navier-Stocks governing equations are used with k-𝜔 SST turbulence model. At first the effects of ground effect on lift coefficient of airfoils are studied in various distance from surface, statically. Then at each position of airfoils from the surface the lift coefficient behavior of airfoils at sinusoidal plunging motion with the specified amplitude and frequency is investigated. the statically results show that the lift coefficient of airfoils and pressure distribution over them are changed when they approach the surface with respect to far from it, which is seen as decreasing to a certain height and then increasing it. Dynamically analyzes also indicate a change in the oscillation amplitude of the lift coefficient and the existence of a phase difference at the points of achievement of minimum and maximum lift, when the airfoils are an approach to the surface. The streamlines also showed the changes in flow field patterns around the airfoils, when they approach the surface.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-20511-en.pdf
2019-03-01
753
763
Ground Effect
Subsonic
NACA0012
LH37
Plunging Motion
M.
Hadi Doolabi
mhadidoolabi@mut.ac.ir
1
Aerodynamic Department, Aerospace Faculty, Malek Ashtar University Of Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
M.
Bakhtiari far
2
Aerodynamic Department, Aerospace Faculty, Malek Ashtar University Of Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
S.H.
Sadati
3
Aerodynamic Department, Aerospace Faculty, Malek Ashtar University Of Technology, Tehran, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی انتقال حرارت نانوسیال در جریان الکترواسموزی و فشاری متناوب در یک میکروکانال با استفاده از روش شبکه پوآسون- بولتزمن
در مطالعه حاضر، میدان جریان الکترواسموزی و فشاری نانوسیال در پتانسیل سطح همگن در میکروکانال با اعمال معادله پواسون- بولتزمن و فرض جریان دوبُعدی، آرام، تراکمناپذیر و پایا بررسی شده است. توزیع نانوذرات در سیال پایه بهشکل همگن در نظر گرفته شده و در نتیجه جریان نانوسیال بهشکل تکفاز است. در این مدلسازی نانوسیال از مدل پاتل استفاده شده که در آن وابستگی ضریب هدایت حرارتی به دما لحاظ شده است. بهمنظور تایید صحت حل عددی، نتایج حاصل با حل تحلیلی موجود برای هر بخش مقایسه شده و مطابقت خوبی به دست آمده است. سپس در ادامه، تاثیر پارامترهایی از قبیل درصد مولار یون، کسر حجمی و قطر نانوذرات روی جریان سیال و انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج نشان میدهد که با ثابتنگهداشتن میدان الکتریکی و افزایش گرادیان فشار، عدد ناسلت موضعی کاهش و با ثابتنگهداشتن گرادیان فشار و افزایش میدان الکتریکی، عدد ناسلت افزایش مییابد. عدد ناسلت متوسط برای قطر نانوذرات ۱۰۰، ۱۱۰ و ۱۲۰نانومتر بهترتیب ۴۵، ۳۵ و ۲۵% افزایش پیدا میکند. زمانی که ۰/۰۵=r باشد، با افزایش غلظت یون از ۴-۱۰ تا ۲-۱۰ عدد ناسلت متوسط به اندازه ۱۰% افزایش مییابد. همچنین میتوان با انتخاب زاویه فاز مناسب برای محرکهای متناوب الکتریکی و فشاری، میزان و جهت سرعت و شکل تقعر پروفیل سرعت را کنترل نمود.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-17740-fa.pdf
2019-03-01
765
776
جریان الکترواسموزی
میکروکانال
روش شبکه بولتزمن
نانوسیال
محرک الکتریکی و فشاری متناوب
Study of Heat Transfer of Periodic Electroosmotic/Pressure Driven Nanofluid Flow in a Microchannel Using the Poisson-Boltzmann Method
In the present study, the electroosmotic and pressure driven flow of nanofluid in a microchannel with homogeneous surface potential is investigated by using the Poisson-Boltzmann equation and the flow field is assumed to be two-dimensional, laminar, incompressible, and steady. Distribution of nanoparticles in the base fluid is assumed to be homogeneous; therefore the nanofluid flow is modeled as a single phase. The thermal conductivity of the nanofluid is modeled by using the Patel model to account for temperature dependency. In order to validate the numerical solution, the results are compared with available analytical solutions and the comparison shows a good match with the results. Then, the effects of different parameters such as ion molar percentage, volume fraction, and nanoparticles’ diameter on the flow field and heat transfer are examined. The results show that by fixing the electric field and increasing the pressure gradient, the local Nusselt number will decrease, and by fixing the pressure gradient and enhancing the electric field, the Nusselt number increases. The average Nusselt number increases about 45, 35 and 25% while nanoparticles’ diameters are 100, 110 and 120nm, respectively. For Γ=0.05, the average Nusselt number increases 10% while ion concentration changes from 10-4 to 10-2. Furthermore, the direction and magnitude of velocity and concavity of the velocity profile can be controlled by choosing a suitable phase angle between electrical and pressure driven flow parameters.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-17740-en.pdf
2019-03-01
765
776
Electroosmotic Flow
Microchannel
Boltzmann Method
Nanofluid
Periodic Electroosmotic and Pressure Driven
N.
Sheikhizad
1
Energy Conversion Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Guilan, Rasht, Iran
AUTHOR
M.
Kalteh
mkalteh@guilan.ac.ir
2
Energy Conversion Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Guilan, Rasht, Iran
AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE
کنترل مد لغزشی فراپیچشی مرتبه بالای تطبیقی بهینه یک ربات اسکلت خارجی پایینتنه
اغتشاشات خارجی و نامعینیهای داخلی با دامنه نامعلوم و همچنین وجود اتصال بین بدن انسان و ربات از مشکلات عمده در کنترل و پایداری رباتهای اسکلت خارجی است. کنترلکننده مد لغزشی، یک روش مقاوم برای مقابله با اغتشاشات و نامعینیها با دامنه معلوم سیستم است. یکی از معایب این کنترلکننده، وجود پدیده چترینگ است که برای کاهش اثرات این پدیده از لایه مرزی استفاده میشود. در این حالت نهتنها پدیده چترینگ بهطور کامل حذف نمیشود، بلکه خاصیت مقاومبودن کنترلکننده نیز کاهش مییابد. در این مقاله بهمنظور مقابله با اغتشاشات و عدم قطعیتهای با دامنه نامعلوم سیستم و همچنین مقابله با پدیده چترینگ بهعنوان عامل اساسی در افزایش انرژی مصرفی و کاهش سرعت همگرایی سیستم، از روش کنترل بهینه مد لغزشی فراپیچشی مرتبه بالای تطبیقی استفاده شده است. مدل دینامیک برای ربات اسکلت خارجی پایینتنه دوپا با درنظرگرفتن چهار عملگر روی مفاصل ران و زانوی پاهای چپ و راست بهکمک روش لاگرانژ استخراج شده است. بهمنظور دستیابی به عملکرد بهینه، پارامترهای کنترلکننده با کمینهکردن معیار خطای ITAE و نرخ تغییرات ورودی کنترلی، با استفاده از الگوریتم جستوجوی هارمونی تعیین شدهاند. عملکرد کنترلکننده پیشنهادی با عملکرد کنترلکنندههای بهینه مد لغزشی فراپیچشی تطبیقی و مد لغزشی معمولی مقایسه شده که نتایج بیانگر برتری روش کنترل مد لغزشی مرتبه بالای تطبیقی بهینه نسبت به دیگر کنترلکنندههای طراحی شده است.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-24120-fa.pdf
2019-03-01
777
787
ربات اسکلت خارجی
مدلسازی دینامیک
کنترل مد لغزشی مرتبه بالا
کنترل تطبیقی
الگوریتم بهینهسازی جستوجوی هارمونی
Optimal Adaptive High-Order Super Twisting Sliding Mode Control of a Lower Limb Exoskeleton Robot
External disturbances and internal uncertainties with an unknown range, as well as the connection between the human body and robot, are major problems in control and stability of exoskeleton robots. In order to deal with disturbances and uncertainties with the known range of the system, the sliding mode controller is used as a robust approach. The chattering phenomenon is one of the drawbacks of sliding mode controller, which boundary layer is employed to reduce the effects of this phenomenon. In this case, not only the chattering phenomenon is not completely eliminated, but the robust characteristics of the controller are mitigated. In this paper, in order to cope with the disturbances and uncertainties with unknown range, and guard against chattering as a key ingredient of excessive energy consumption and convergence rate reduction, optimal adaptive high-order super twisting sliding mode control has been applied. The dynamic model of a lower limb exoskeleton robot is extracted using the Lagrange method in which four actuators on the hip and knee joints of the left and right legs are considered. To achieve optimal performance, controller parameters are determined using Harmony Search algorithm by minimizing an objective function consisting of ITAE and control signal rate. The proposed controller performance is compared with optimal adaptive supper twisting sliding mode and optimal sliding mode controllers which shows the superiority of the optimal adaptive high-order sliding mode controller rather than other designed controllers.
http://mme.modares.ac.ir/article-1-24120-en.pdf
2019-03-01
777
787
Exoskeleton Robot
Dynamic Modeling
High-Order Sliding Mode Control
Adaptive Control
Harmony Search Algorithm
M.
Mokhtari
1
Mechatronics Department, Mechanical Engineering Faculty, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
AUTHOR
M.
Taghizadeh
mo_taghizadeh@sbu.ac.ir
2
Mechatronics Department, Mechanical Engineering Faculty, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
AUTHOR
M.
Mazare
3
Mechatronics Department, Mechanical Engineering Faculty, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
AUTHOR