دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 12 2021 11 22 Investigations on semi-empirical heat transfer models for heat flux of HCCI engine fueled with natural gas ارزیابی مدل‌های نیمه‌تجربی انتقال حرارت برای تعیین شار حرارتی در موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن با سوخت گاز طبیعی 797 810 11150 FA مسعود رابطی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل امید جهانیان دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل علی‌اکبر رنجبر دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل سید محمد صفی الدین اردبیلی دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران Journal Article Homogeneous charge compression ignition (HCCI) has attracted lots of attention due to the high thermal efficiency, lower NOx, and Soot exhaust emissions. Heat transfer from the gases to the combustion chamber walls has effective impact on the combustion process and the formation of engine-out emissions in HCCI engine. In this study for the first time a zero-dimensional single-zone model coupled with detailed chemical kinetics was used to evaluate the semi-empirical heat transfer models of Annand, Woschni, Hohenberg along with Assanis and Hensel to calculate heat flux in an HCCI engine fueled with natural gas. For this purpose, the 3D-CFD model coupled with detailed chemical kinetics was firstly validated by using experimental data, and then the 3D derived model was used as a base model for evaluating zero-dimensional model. Furthermore, the response surface model (RSM) was employed for investigating the effect of input parameters of engine including intake pressure (1, 1.25, and 1.5bar), equivalence ratio (0.3, 0.5, and 0.7), and engine speed (800, 1100, and 1400rpm) on the output parameters i.e., in-cylinder pressure and heat flux. In most cases were assessed, the zero-dimensional simulation results indicated that Annand technique provided the best model for heat flux simulation. Besides, the model of Hohenberg overpredict the heat flux in comparison with the calculated values derived from the 3D model, while Assanis and Hensel models underpredict the heat flux compared with the evaluated value of the 3D model. Furthermore, Woschni’s model cannot be used to model the heat flux in HCCI engine. احتراق اشتعال تراکمی‌ مخلوط همگن به دلیل بازده حرارتی بالا و تولید اکسیدهای نیتروژن و دوده ناچیز، توجهات بسیاری را به خود جلب کرده است. انتقال حرارت از گازها به دیواره‌های محفظه احتراق تاثیر زیادی بر روی احتراق و فرایند شکل‌گیری آلاینده‌ها در موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن دارد. در این مطالعه برای اولین بار با در نظر گرفتن سوخت گاز طبیعی، از مدل صفربعدی تک‌ناحیهای کوپل با سینتیک مفصل شیمیایی برای ارزیابی مدل‌های نیمه‌تجربی انتقال حرارت آناند، وشنی، هوهنبرگ، آسانیس و هنسل جهت تعیین شار حرارتی در موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن استفاده شد. برای این منظور ابتدا مدل سه‌بعدی دینامیک سیالات محاسباتی کوپل با سینتیک مفصل شیمیایی با داده‌های تجربی صحت‌سنجی شد و مدل سه‌بعدی به‌عنوان مرجع و پایه مقایسه برای ارزیابی مدل صفربعدی قرار گرفت. از روش سطح پاسخ به‌منظور بررسی اثر پارامترهای ورودی عملکردی موتور شامل فشار ورودی (5/1 ،25/1 ،1) بار، نسبت هم‌ارزی (7/0 ،5/0 ،3/0) و دور موتور (1400 ،1100 ،800) دوربردقیقه بر پارامترهای خروجی فشار درون سیلندر و شار حرارتی استفاده شد. نتایج مدل‌سازی صفربعدی نشان داد که در بیشتر مواردی که مورد بررسی قرار گرفت مدل آناند بهترین قابلیت را برای پیش‌بینی شار حرارتی ارائه میدهد. همچنین مدل هوهنبرگ شار حرارتی را بیشتر از مقدار محاسبه شده توسط مدل سه‌بعدی پیش‌بینی می‌کند درحالیکه مدل‌های آسانیس و هنسل شار گرمایی را کمتر از مقدار ارائه شده توسط مدل سه‌بعدی برآورد نمودند. علاوه بر این مدل وشنی نمی‌تواند برای مدل‌کردن شار حرارتی در موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن در این شرایط استفاده شود.

https://mme.modares.ac.ir/article_11150_accfa1212a61b379ba0b009549113863.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 12 2021 11 22 Effect of alkali treatment on the mechanical properties of date palm fibers and their adhesion to epoxy resin مطالعه تجربی اثر فرآوری قلیایی بر خواص مکانیکی الیاف نخل خرما و چسبندگی آن با رزین اپوکسی 811 822 11151 FA محمد راوندی دانشکده مهندسی مکانیک،دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی سهیل داریوشی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایرانپژوهشکده فرآیند پلیمرها احمد باطنی دانشکده مهندسی مکانیک،دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی Journal Article The fibers of date palms, which are widely available in the south of Iran, are a variety of natural fibers that can be used as a reinforcement in polymer composites. This work investigates the effect of alkali treatment on the mechanical properties of date palm fibers and their adhesion to thermoset polymer. The sodium hydroxide (NaOH) solution at three different concentrations (1 wt%, 3 wt%, and 5 wt%) was used to treat the fibers. The single fiber tensile test and fiber pull-out tests were performed to measure the mechanical properties and fiber/matrix interfacial share strength, respectively. Comparing the SEM images of the untreated and treated fibers showed that the 3% NaOH treatment could effectively remove non-cellulosic materials, i.e. lignin and wax, with minimum damage to the fiber surface. The experimental results showed a clear improvement of the mechanical properties and fiber/matrix adhesion after treatment. It was found that the 3% NaOH solution is the optimal concentration to achieve the maximum improvement in the fiber and bonding properties. الیاف موجود در قسمت های مختلف نخل خرما، که از گیاهان بومی زیستاقلیم جنوب ایران است، از انواع الیاف طبیعی به شمار میروند که می توان از آنها به عنوان تقویت کننده کامپوزیتهای پلیمری بهره جست. در این پژوهش اثر فرآوری قلیایی بر روی خواص مکانیکی الیاف نخل خرما و چسبندگی آن با پلیمر گرماسخت مورد مطالعه تجربی قرار گرفته است. از محلول سدیم هیدروکسید (NaOH) در سه غلظت 1%، 3%، و 5% برای فرآوری قلیایی الیاف استفاده شده است. خواص مکانیکی الیاف بوسیله تست کشش تک لیف و استحکام برشی در فصل مشترک الیاف و ماتریس بوسیله تست Pull-out اندازه گیری شد. بررسی تصاویر SEM سطح الیاف نخل خرما قبل و بعد از فرآوری نشان دهنده بهبود کیفیت سطح الیاف و حذف لایه های لیگنین و واکس پس از فرآوری با غلظت 3% بود. همچنین، فرآوری باعث افزایش معناداری در استحکام کششی، مدول الاستیسیته و کرنش شکست الیاف گردید. نتایج تست Pull-out و بررسی تصاویر SEM سطح الیاف پس از تست نیز نشان دهنده افزایش چسبندگی ماتریس به الیاف بعد از فرآوری بود. بیشترین میزان افزایش در خواص مکانیکی و چسبندگی الیاف و ماتریس در غلظت 3% مشاهده شد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11151_0f9447c0f2b0d49e7f24c4c2e6f3bda5.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 12 2021 11 22 Experimental evaluation of the effect of dimensionless hydrodynamic coefficients on the performance of a multi-chamber oscillating water column converter in laboratory scale ارزیابی تجربی میزان اثرگذاری ضرایب بی‌بعد هیدرودینامیکی بر عملکرد یک مبدل ستون نوسانی آب چند محفظه ای در مقیاس آزمایشگاهی 823 834 11152 FA بهراد علی زاده خارکشی دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران 0000-0001-6522-6914 روزبه شفقت دانشیار مهندسی مکانیک، گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران 0000-0003-4827-5727 امید جهانیان دانشیار مهندسی مکانیک، گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران کورش رضانژاد محقق ارشد، موسسه فنی عالی لیسبون، دانشگاه لیسبون،لیسبون، پرتغال رضوان عالمیان محقق ارشد، گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران Journal Article Wave conditions have a significant effect on the hydrodynamic behavior of OWC. As the interactions of the WEC and the incident waves are important, therefore, due to the importance of coefficients in evaluating the performance of the OWC, in this paper, the experimental evaluation of dimensionless hydrodynamic coefficients of a MC-OWC is applied. To define the experimental tests, considering the installation location of the converter on the break water, the conditions of the Caspian Sea implemented. Calibration and uncertainty analysis have performed, experimental tests have been carried out in the wave tank of the BNUT. According to the results, assuming a dimensionless water depth, with increasing dimensionless frequency of the wave, the dimensionless coefficient of transmitted wave, the dimensionless coefficient of reflected wave, dimensionless coefficient of discharge and the dimensionless coefficient of pressure increase. The results showed that due to the change of dimensionless wave number from 1.9 to 3.3, discharge coefficients, reflected wave, pressure and transmitted wave are 1.6 times, 2.2 times, 2.8 times, respectively, are 3.5 times, the dimensionless coefficient of the transmitted wave is highly sensitive to the wave conditions; the dimensional coefficient of discharge will have less changes compared to other coefficients. On the other hand, the results showed that the OWC in this study has an efficiency of 41.8% in the best case. This efficiency occurs at the dimensionless natural frequency of 0.88 and the dimensionless water intake depth of 0.032; under these conditions, the amplitude of water fluctuations inside the OWC reaches 9.6 cm. شرایط امواج دریا تاثیر بسزایی بر رفتار هیدرودینامیکی ستونهای نوسانی آب دارد؛ به‌گونه‌ای که اثرات متقابل مبدل و امواج ورودی، در تعیین و ارزیابی ضرایب هیدرودینامیکی بی‌بعد بسیار مهم هستند. لذا با توجه به اهمیت این ضرایب در ارزیابی عملکرد مبدل‌های ستون نوسانی آب، در این مقاله، به ارزیابی تجربی ضرایب هیدرودینامیکی بی‌بعد در شرایط عملکردی مبدل ستون نوسانی چندمحفظهای پرداخته می‌شود. برای تعریف آزمون‌های تجربی، با درنظر گرفتن موقعیت نصب مبدل بر روی موج‌شکن، از شرایط دریای مازندران استفاده شده است. پس از کالیبراسیون تجهیزات و نیز آنالیز عدم قطعیت، آزمون‌های تجربی در استخر موج دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل انجام شده است. با توجه به نتایج به‌دست آمده، با فرض یک عمق آبخور بی‌بعد و ثابت، با افزایش فرکانس بی‌بعد موج برخوردی، ضریب بی‌بعد موج انتقال یافته، ضریب بی‌بعد موج انعکاس یافته، ضریب بی‌بعد تخلیه و ضریب بی‌بعد فشار افزایش می‌یابند. از طرف دیگر نتایج نشان می‌دهند، در اثر تغییر عدد بی‌بعد موج از 9/1 تا 3/3، ضرایب بی‌بعد تخلیه، موج انعکاس یافته، فشار و موج انتقال‌یافته به ترتیب 6/1 برابر، 2/2 برابر، 8/2 برابر و 5/3 برابر می‌شوند؛ یعنی ضریب بیبعد موج انتقال یافته حساسیت بالایی نسبت به شرایط موج دارد؛ ضریب بی‌بعد تخلیه در مقایسه با دیگر ضرایب، تغییرات کمتری خواهد داشت. از طرفی نتایج نشان دادند که مبدل آزمایشگاهی در این تحقیق در بهترین حالت دارای راندمان 8/41% میباشد. این راندمان در فرکانس طبیعی بیبعد 88/0 و عمق آبخور بیبعد 032/0 رخ میدهد؛ در این شرایط دامنه نوسانات آب درون ستون نوسانی به 6/9 سانتیمتر میرسد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11152_c8bcfd3fedd67f9abb731ef4aca58448.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 12 2021 11 22 Impact of Climate Change on Economic and Environmental Performance of Wind Turbine Based on Life Cycle Assessment Method تاثیر اقلیم آب و هوایی بر عملکرد اقتصادی و زیست محیطی توربین بادی به روش ارزیابی چرخه حیات 835 848 11153 FA امیرعلی سیف الدین اصل گروه انرژی های نو و محیط زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران سید فرحان موسویان دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، ایران احمد حاجی نژاد گروه انرژی های نو و مهندسی محیط زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران Journal Article The increasing consumption of non-renewable energy sources such as oil and gas and reducing their reserves make it more necessary to pay attention to clean and renewable resources. In this situation, wind energy is known as one of the safest options for generating electrical energy. In this study, with the aim of evaluating the impact of climate change on the economic and environmental characteristics of wind turbines, numerical modeling was developed in MATLAB software. In order to evaluate the effects of the mentioned parameters as a case study, this numerical modeling for the parameters expressed in 4 cities of Iran, including Rasht, Tehran, Abadan, and Sanandaj, as the representatives of the main climates of Iran has been analyzed. According to the results of the economic point of view, which represents the Levelized cost of the energy production unit, Abadan was recognized as the most economical case with a Levelized cost of 1.04 $ per kilowatt-hour of energy. Also, the environmental aspect of the analysis, which is based on the life cycle assessment method, considering the amount of carbon dioxide produced during the system life cycle and its pricing based on penalty policies, Rasht with a mild climate and emissions of 156 kg. Carbon dioxide per year and the lowest fine cost (annual cost $ 2.26) showed the most suitable option among other cities. افزایش روز افزون مصرف انرژی های تجدید ناپذیری همچون نفت و گاز و کاهش ذخایر آنان، لزوم توجه به منابع پاک و تجدیدپذیر را بیش از پیش ضروری میسازد. در این شرایط انرژی باد یکی از مطمئن ترین گزینه ها برای تولید انرژی الکتریکی شناخته میشود. در این پژوهش با هدف ارزیابی تاثیر تغییر اقلیم های آب و هوایی بر مشخصه های اقتصادی و زیست محیطی توربین های بادی یک مدلسازی عددی در نرم افزار متلب، انجام گردید. جهت ارزیابی تاثیرات پارامتر های مذکور به عنوان یک مطالعه موردی این مدلسازی عددی برای پارامترهای بیان شده در 4 شهر ایران شامل شهرهای رشت، تهران، آبادان و سنندج به عنوان نمایندگان اقلیم های اصلی آب و هوایی کشور ایران مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بر اساس نتایج دیدگاه اقتصادی که معرف هزینه تراز شده واحد انرژی تولید شده میباشد، شهر آبادان با هزینه تراز شده 1/04 دلار به ازای هر کیلووات ساعت انرژی به عنوان اقتصادی ترین شهر شناخته شد. همچنین جنبه زیست محیطی تحلیل که بر مبنای روش ارزیابی چرخه حیات بوده، با درنظرگیری مقدار کربن دی اکسید تولیدی در طول چرخه عمر سیستم و قیمت گذاری آن بر مبنای سیاست های جریمه ای، شهر رشت را با اقلیم معتدل مرطوب و با مقدار انتشار 156 کیلوگرم کربن دی اکسید در سال و کمترین هزینه جریمه ای (هزینه سالیانه 2/26 دلار) در میان شهر های دیگر مناسب ترین گزینه نشان داد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11153_498f940d9b933c529b06aa96d18f7eda.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 12 2021 11 22 Evaluation of chip formation process in the grinding of GFRP and CFRP ارزیابی انرژی فرایند تشکیل براده در سنگ‌زنی کامپوزیت با الیاف کربن و شیشه 849 857 11154 FA محمد خوران گروه مهندسی مکانیک، مجتمع آموزش عالی اسفراین، اسفراین، ایران حسین امیرآبادی دانشکده فنی و مهندسی، نیشابور بهمن آذرهوشنگ استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه فورت وانگن، توتلینگن، آلمان Journal Article Today, polyether ether ketone composites are widely used in the medical and aerospace industries due to their high strength-to-weight ratio, anti-allergic properties, high buckling resistance and fatigue. Grinding has a high specific energy among traditional cutting processes. Usually a high portion of energy will converts to heat. Because heat has an important role in polymer grinding, the heat modeling of it is necessary. In addition to the energy of chip formation during material removal, there are other energies such as plowing and friction energy. The contribution of each of these energies affects the efficiency of the process. By theoretical calculating of the cutting energy and comparing it with the experimental specific grinding energy, the portion of chip formation energy versus friction and plowing energy can be calculated. By performing differential scanning calorimetry test and theoretical calculations, the amount of chip formation energy was 0.089 and 0.119 J/mm^3 for GFRP and CFRP, respectively. While the experimental results of grinding showed a minimum specific energy of 2.2 J/mm^3 and 2.4 J/mm^3 for GFRP and CFRP, respectively. This difference indicates the very high portion of plowing energy in the grinding of this material and especially polymeric materials. The percentage of the chip-forming energy that enters the workpiece as heat was calculated to be 27%. Therefore, it can be stated that all energy except 73% of the chip formation energy enters the workpiece. امروزه کامپوزیت‌های پلی‌اتر اتر کتون به‌دلیل نسبت استحکام به وزن و سفتی بالا، خواص ضدآلرژیکی، مقاومت بالا در مقابل کمانش و خستگی به وفور در صنایع پزشکی و هوا-فضا مورد استفاده قرار می‌گیرند. سنگ‌زنی دارای انرژی مخصوص بالایی در بین فرایندهای سنتی براده برداری می‌باشد. معمولاً سهم بسیار بالای از انرژی فرایند به گرما تبدیل خواهد شد. با توجه به اینکه حرارت نقش بسیار مهمی را در سنگزنی پلیمرها بازی میکند، لزوم مدلسازی حرارت آن احساس میگردد. علاوه بر انرژی‌ تشکیل براده در حین براده برداری ماده، انرژی‌های دیگری چون شخم‌زنی و اصصکاک نیز وجود دارند. سهم هر یک از این انرژی‌ها در راندمان فرایند تاثیر گذار است. می‌توان با محاسبه انرژی برش و مقایسه آن با انرژی مخصوص سنگزنی بصورت تجربی، سهم انرژی تشکیل براده را در مقابل انرژی اصطکاک و شخم‌زنی محاسبه نمود. با انجام آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی و محاسبات تئوری، مقدار انرژی تشکیل براده برابر 0.089 ژول بر میلیمتر مکعب برای کامپوزیت با الیاف شیشه و 0/118 ژول بر میلی متر مکعب برای کامپوزیت با الیاف کربن بدست آمد. در صورتی که نتایج تجربی سنگزنی نشان دهنده حداقل انرژی مخصوص 2/2 و 4/2 ژول بر میلیمتر مکعب به ترتیب برای کامپوزیت با الیاف شیشه و کربن بود. این اختلاف نشان دهنده سهم بسیار بالای انرژی شخمزنی در سنگزنی این ماده و به طور خاص مواد پلیمری است. سهم انرژی تشکیل براده که به‌صورت حرارت وارد قطعهکار میشود 27درصد محاسبه شد. میتوان بیان کرد همه انرژی به جز 73 درصد از انرژی تشکیل براده، وارد قطعهکار میگردد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11154_67f36d6c644a9701979d7059161f3546.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 12 2021 11 22 Design, Construction and Control of a Motion Generating Mechanism for an Interactive Cycling Simulator طراحی، ساخت و کنترل یک مکانیزم تولید حرکت برای یک شبیه‌ساز تعاملی دوچرخه-سواری 859 872 11155 FA محمدجواد مهرسروش دانشگاه تهران خلیل عالی پور دانشگاه تهران علیرضا هادی دانشگاه تهران، دانشکده علوم و فنون نوین بهرام تارویردی زاده دانشگاه تهران کیوان آرزو دانشگاه تهران Journal Article Sports simulation mechanisms practically have a lot of appeal and application to implement virtual reality environments. Cycling simulator has a more special place in sports and urban transportation due to the popularity of cycling activities. In this paper, the design and construction of a new motion generating mechanism for an interactive cycling simulator is presented. First, by using the references, the range of velocity and acceleration that the user should experience while cycling has been extracted, and by analyzing other cycling simulators, the required degrees of freedom and its range have been determined. Then, a new motion generating mechanism with two degrees of freedom is designed. Genetic algorithm has been used for dimensional optimization of the mechanism parameters. Kinematics and dynamic equations of the mechanism have been extracted. According to the dynamic model of the mechanism, a controller has been designed using the feedback linearization method and the performance have been investigated. Finally, the designed motion generating mechanism has been constructed and the position control has been implemented on the platform. مکانیزمهای شبیه ساز ورزش جذابیت و کاربرد زیادی در عمل به منظور پیاده سازی محیطهای واقعیت مجازی دارد. شبیهساز دوچرخهسواری، با توجه به عمومیت فعالیت دوچرخه سواری در ورزش و حمل و نقل شهری جایگاه ویژهتری دارد. در این مقاله، طراحی و ساخت یک مکانیزم نوین تولید حرکت برای شبیهساز تعاملی دوچرخهسواری ارائه شده است. ابتدا با به کارگیری نتایج تحقیقات گذشته، حدود سرعت و شتابی که کاربر حین دوچرخهسواری بایستی تجربه کند استخراج شده و ضمن تحلیل سایر شبیهسازهای دوچرخهسواری، درجات آزادی مورد نیاز و حدود آن تعیین شده است. سپس مکانیزم تولید حرکت جدید با دو درجه آزادی برای این کاربرد ارائه شده است. از الگوریتم ژنتیک برای تحلیل ابعادی مکانیزم استفاده شده و روابط سینماتیکی و دینامیکی مکانیزم استخراج شده است. با توجه به مدل دینامیکی مکانیزم، کنترل کنندهای به روش خطیسازی بازخورد طراحی شده و نتایج و عملکرد آن در نرمافزارهای شبیهساز مورد بررسی قرار گرفته است. سپس مکانیزم تولید حرکت طراحی شده، ساخته شده و ایرادات آن برطرف گردیده است. در پایان کنترل موقعیت بطور موفقیتآمیز روی آن پیاده سازی شده است.

https://mme.modares.ac.ir/article_11155_f1efa5d88238b08b7d0d285f2909295b.pdf