دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 22 12 2022 11 22 Experimental Investigation of the Effect of Iron Oxide Nanofluid (Fe3O4) and Secondary Flow Injection on the Thermal Performance in Horizontal Pipe بررسی تجربی تاثیر استفاده از نانوسیال اکسید آهن (Fe3O4) و تزریق جریان ثانویه بر عملکرد حرارتی در یک لوله افقی 697 714 11255 10.52547/mme.22.12.697 FA سجاد بهزادی پور دانشگد مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی ارومیه محمد باقر محمد صادقی آزاد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی ارومیه Journal Article 1970 01 01 This study has experimentally investigated the effect of Fe3O4 and secondary flow injection on convection heat transfer and friction coefficient on a horizontal pipe. Secondary flow injected to main flow to make more turbulence to five different models. Water and Fe3O4 have been considered in5865 to 18800 Reynolds range and three0.01%,0.03% and0.06% volume concentrations. Length and diameter of test tube considered 65 cm and 1.7 cm, respectively, the diameter of secondary flow injection holes considered 3 mm and 4.5 mm, the ratio of volumetric flow rate to total flow considered 10% and 20% and distance between secondary flow injection holes considered 4 and 2. The results show that the increase of diameter of secondary flow injections holes, the ratio of secondary flow volumetric flow rate to total flow and the decrease of distance between secondary flow injection holes are effective on coefficient of utilization increase. The highest coefficient of utilization achieved =20%, =2 in each model using water fluid in d=4.5 state. In this state, the mean of coefficient of utilization achieved 1.256, 1.266, 1.31, 1.45 and 1.52 for first, second, third, fourth and fifth models in all Reynolds, respectably. The above state has the highest thermal performance in the fourth and fifth models. The mean of coefficient of utilization in all Reynolds increased 0.91%, 3.97% and 4.98% for the above state in the fourth model using Fe3O4 with three0.01%,0.03% and0.06% volume concentrations to water fluid, respectively. Similarly, this increase achieved 1.58%, 4.56% and 5.66% in the fifth model, respectively. در این مقاله تاثیر استفاده از نانوسیال اکسید آهن ( ) با سه غلظت حجمی 0/01%، 0/03% و 0/06%، و تزریق جریان ثانویه بر مقدار انتقال حرارت جابجایی و ضریب اصطکاک در یک لوله افقی بصورت تجربی بررسی شده است. جریان ثانویه بمنظور ایجاد آشفتگی بیشتر به پنج مدل مختلف به جریان اصلی در محدوده رینولدز 5865 تا 18800 تزریق شده است. طول و قطر لوله آزمایش به ترتیب 65 Le= و 1/7 D= سانتی‌متر، قطر سوراخ‌های تزریق جریان ثانویه 4/5 و 3 d= میلی‌متر، نسبت دبی حجمی جریان ثانویه به جریان کلی 20% و 10% و فاصله بین سوراخ‌های تزریق جریان ثانویه 4 و 2 = در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می‌دهند که افزایش قطر سوراخ‌های تزریق جریان ثانویه، نسبت دبی حجمی جریان ثانویه به جریان کلی و کاهش فاصله بین سوراخ‌های تزریق جریان ثانویه در افزایش ضریب بهره موثر می‌باشند. با استفاده از سیال آب، بالاترین ضریب‌ بهره در حالت4/5d= میلی‌متر، 20% و 2 در هر مدل بدست آمد. در این حالت میانگین ضریب بهره در کلیه‌ رینولدزها برای مدل اول تا پنجم به ترتیب 1/256، 1/266، 1/31، 1/45 و 1/52 بدست آمد. حالت فوق در مدل چهارم و پنجم بالاترین عملکرد حرارتی را دارا می‌باشد. با استفاده از نانو سیال اکسید آهن با سه غلظت حجمی 0/01%، 0/03% و 0/06% نسبت به سیال آب، میانگین ضریب بهره در کلیه رینولدزها برای حالت فوق در مدل چهارم به ترتیب0/91%، 3/97% و 4/98% بصورت مشابه در مدل پنجم این افزایش به ترتیب1/58%، 4/56% و 5/66% بدست آمد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11255_543378fb36a83810ded2d725f2b6c883.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 22 12 2022 11 22 Evaluation of the Performance of a Combined Heat Pump System with a Photovoltaic Collector Integrated with a Roof for a Zero-Energy Building in Tehran بررسی عملکرد سیستم پمپ حرارتی ترکیبی با کلکتور فتوولتائیک یکپارچه با سقف برای ساختمانی با انرژی صفر در تهران 715 726 11256 10.52547/mme.22.12.715 FA علیرضا اسدی دانشجوی دکتری مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، دانشکده مکانیک فرزاد جعفرکاظمی مرکز تحقیقات مدل‌سازی و بهینه‌سازی در علوم و مهندسی، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران محمدحسن جلال الدین ابیانه مرکز تحقیقات مدل‌سازی و بهینه ‌سازی در علوم و مهندسی، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران Journal Article 1970 01 01 The concept of Zero Energy Building [5] has been introduced globally to reduce energy consumption and carbon emissions in the building sector. Renewable energy systems such as Solar Thermal collectors, Photovoltaic collectors, and Heat Pumps are used to implement ZEBs. This study proposes a Building Integrated Photovoltaic Thermal-Air Source Heat Pump (BIPVT-ASHP) to realize ZEB in a small-scale building. To evaluate the performance of the system, a BIPVT-ASHP hybrid system model was designed, and also the building load model was defined based on the actual building conditions. Then, the heating and cooling performance of the BIPVT-ASHP system was dynamically simulated for one year using TRNSYS software. Then the system was numerically evaluated from energy, economic and environmental perspectives. According to the results of this study, for this system, the initial non-renewable energy consumption was 1.29 kWh/m2 per year, which was less than the heating energy threshold for the ZEB, and the proposed system met well the ZEB conditions. In addition, it was shown that for a given area, photovoltaic/thermal technology leads to a further reduction in non-renewable primary energy consumption but less solar thermal energy production compared to traditional separate production using photovoltaic [2] collectors. مفهوم ساختمان‌ انرژی صفر [1] برای کاهش مصرف انرژی و انتشار کربن در سطح جهانی و در بخش ساختمان معرفی شده است. برای اجرای ساختمان‌های‌ انرژی صفر از سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر مانند کلکتور حرارتی خورشیدی، کلکتور فتوولتائیک [2] و سیستم‌های پمپ حرارتی منبع هوا [3] استفاده می‌شود. این مطالعه یک سیستم ترکیبی پمپ حرارتی منبع هوا با کلکتور فتوولتائیک حرارتی یکپارچه با ساختمان را برای تحقق ساختمان‌ انرژی صفر در مقیاس کوچک پیشنهاد می‌کند. در این مقاله به منظور ارزیابی کارکرد سیستم، یک مدل سیستم ترکیبی پمپ حرارتی منبع هوا با کلکتور فتوولتائیک حرارتی یکپارچه با سقف ساختمان طراحی شده و مدل بار ساختمان نیز بر اساس شرایط واقعی ساختمان تعریف شد. سپس عملکرد گرمایشی و سرمایشی سیستم ترکیبی پمپ حرارتی منبع هوا با کلکتور فتوولتائیک حرارتی یکپارچه با سقف ساختمان به مدت یک سال با استفاده از نرم افزار TRNSYS [4] شبیه‌سازی دینامیکی شد و سیستم برای کاربردهای مختلف از دیدگاه‌های انرژی، اقتصادی و زیست‌محیطی به صورت عددی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد برای این سیستم مصرف انرژی تجدیدناپذیر اولیه 19/9 کیلووات ساعت بر مترمربع در سال می‌باشد. با توجه به اینکه این مقدار کمتر از مقدار آستانه انرژی گرمایشی برای ساختمان انرژی صفر بود، لذا سیستم پیشنهادی شرایط ساختمان‌ انرژی صفر را به خوبی برآورده کرد. بعلاوه نشان داده شد که برای یک منطقه مشخص، با اینکه فناوری فتوولتائیک حرارتی منجر به کاهش مصرف انرژی اولیه تجدید‌ناپذیر می‌شود ولی انرژی خورشیدی تولیدی توسط آن از انرژی تولیدی توسط کلکتورهای فتوولتائیک کمتر است.

https://mme.modares.ac.ir/article_11256_cf43a9e6874c5afbebe2858a64d45f52.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 22 12 2022 11 22 Experimental and Numerical Analysis of Discontinuous Flow of Molten Sn in an Electromagnetic Pump and Investigation of Effective Parameters on Flow Geometry تحلیل تجربی جریان منقطع مذاب قلع در پمپ الکترومغناطیس و بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر تعداد قطرات مذاب 727 736 11257 10.52547/mme.22.12.727 FA فرید باقرپور دانشجوی دکتری علیرضا صادقی عضو هیئت علمی دانشگاه تهران سید کامبیز قائمی اسکویی عضو هیئت علمی دانشکده فنی کاسپین دانشگاه تهران 0000-0002-6552-752X Journal Article 1970 01 01 Melt conductivity of metals makes it possible to apply force directly to the melt by electromagnetic forces. The movement of melt performs without using any mechanical parts, and it also reduces the risk of corrosion of metal parts in contact with molten metals. In this research, a discontinuous molten flow is generated from a designed nozzle, and after a cooling process, the droplets convert to metal powders or granules. In this pump, drop-on-demand formation is based on eddy currents and alternating electromagnetic forces inside the melt. The most important effective parameters in the induction coil are the current, voltage, and frequency. In order to control the operation of the pump, it is necessary to understand its effects and to find the optimal conditions. The results of studies show that the most effective parameter affecting the number of drops released per unit of time is the voltage of the coil and then the frequency and finally the pulse on time. In this project, by studying various effective parameters, a device was designed to generate molten droplets. The results showed at the voltage of 280 v, pulse-On time of 1.5 ms, and also by increasing frequency from 5 to 20 Hz, the number of droplets increased from 144 to 246 drops. The highest number of drop outputs occurred at the frequency of 20 Hz, Voltage of 280 v, and pulse-On time of 1.5 milliseconds. رسانایی مذاب فلزات این امکان را فراهم میسازد تا بتوان با بهرهگیری از نیروهای الکترومغناطیس بدون استفاده از قطعه‌ای مکانیکی، به مذاب نیرو وارد نموده و موجب جابه‌جایی آن شد. از جمله مزیتهای مهم این فرایند، حذف قطعات مکانیکی است که معمولا در تماس با مذابهای فلزات در خطر خوردگی و تنش حرارتی قرار می‌گیرند. در این پژوهش نوعی پمپ الکترومغناطیسی به منظور ایجاد جریان منقطع مذاب به هدف دستیابی به نازل قابل کنترل در کاربردهای مختلف معرفی شده است. در این پمپ تولید قطرات بر حسب تقاضا بر اساس تخلیه قطره‌های سیال رسانا به کمک ایجاد جریان گردابی و نیروهای الکترومغناطیسی متناوب در داخل مذاب استوار است. ساز و کار این سیستم بر مبنای کویل القایی به واسطه جریان متناوب سبب ایجاد نیروی تناوبی در مذاب و در نهایت ایجاد جریان منقطع داخل مذاب میشود. مهم‌ترین پارامترهای موثر در کویل القایی محرک جریان مذاب، ولتاژ، جریان و فرکانس هستند که به منظور کنترل عملکرد پمپ، درک صحیح از عملکرد آنها ضروری است. در این پروژه با بررسی و مطالعه پارامترهای مختلف تاثیرگذار در ایجاد این جریان منقطع اقدام به طراحی دستگاهی به منظور تولید قطرات مذاب شد. نتایج نشان داد که در ولتاژ 280 ولت و زمان روشنی پالس یک و نیم میلی ثانیه با افزایش فرکانس از 5 به 20 هرتز تعداد قطرات خروجی از نازل از 144 به 246 قطره افزایش یافت. همچنین بیشترین تعداد خروجی قطره در فرکانس 20 هرتز، میزان ولتاژ 280 ولت و زمان روشنی پالس 1.5 میلی ثانیه رخ داد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11257_bdc6c33585d0cf5d2a8cb83141cd037f.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 22 12 2022 11 22 Estimation of Necessary Force for Isothermal Forging of Disc Piece of Aluminum Alloy 7075 by Slip Line Field Method برآورد نیروی لازم برای فورجینگ هم‌دما قطعه دیسکی آلیاژ آلومینیوم 7075 به روش میدان خطوط لغزش 737 745 11258 10.52547/mme.22.12.737 FA پژمان کیانی دانشکده مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی مجید قریشی هیات علمی دانشکده مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی عبدالحسین جلالی آقچای هیات علمی دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی Journal Article 1970 01 01 In this Study, the necessary force of the isothermal forging process of disc piece of aluminum alloy AA7075 was analyzed and calculated by theoretical methods and finite elements method. In the simulation of the isothermal forging process in Deform software, were selected the temperature of 400 °C, the speed of top mold of 0.1 mm/s and the shear friction coefficient of 0.075 as process parameters. The necessary force of isothermal forging was obtained 80 tons in 6.18 mm Motion Course for disc piece by analyzing the simulation results of finite element method in DEFORM software. The axisymmetric slip line field method was used to estimate the forming force of the isothermal forging of the closed die before of the flash filling, which obtained 23.54 tons. The comparison forming force of isothermal forging of disc piece by theory method with the results obtained from finite element simulation showed that the forming force corresponds very well with the force-displacement diagram is compatible. The geometry of billet, the final top and bottom dies and assembly drawing of isothermal forging process of disc piece of aluminum 7075 dies were calculated by assuming a constant volume in plastic deformation. در این پژوهش به کمک روش تئوری و روش اجزاء محدود به تحلیل و محاسبه نیروی لازم برای فورج همدما قطعه دیسکی آلیاژ آلومینیوم 7075 پرداخته شد. در شبیهسازی فرآیند فورج همدما در نرمافزار دیفرم، دمای 400 درجه سلسیوس، سرعت کفه بالای قالب 1/0 میلی‌متر بر ثانیه و ضریب اصطکاک برشی برابر 075/0 به عنوان پارامترهای فرآیند انتخاب گردید. با تحلیل نتایج شبیهسازی به روش اجزاء محدود به کمک نرمافزار دیفرم، نیروی لازم شکلدهی فورج همدما با کورس حرکتی 18/6 میلیمتر برابر با 80 تن برای قطعه دیسکی به دست آمد. از روش میدان خطوط لغزش متقارنمحوری برای برآورد نیروی شکلدهی فورج هم‌دما قطعه دیسکی پیش از پر شدن قالب استفاده گردید که نیروی 54/23 تن بدست آمد. مقایسه نیروی شکلدهی فورج همدما قطعه دیسکی به روش تئوری، با نتایج حاصل از شبیه‌سازی اجزاء محدود، نشان داد که نیروی شکلدهی با دقت بسیار خوبی با نمودار نیرو – جابهجایی منطبق می‌باشد. با فرض حجم ثابت در تغییر شکل پلاستیک، نقشه ماده خام، قالبهای نهایی بالا و پایین و نقشه مونتاژی فرآیند فورج همدما قطعه دیسکی آلیاژ آلومینیوم 7075 ارائه گردید.

https://mme.modares.ac.ir/article_11258_52d70570d42ad2926163bf9a538f110c.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 22 12 2022 11 22 Computational Fluid Dynamics Simulation of Blast Wave Using OpenFOAM: the Effect of Solver and Equation of State on the Results Accuracy شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی موج انفجار در نرم افزار اپن فوم: بررسی اثر حلگر و معادله حالت بر دقت نتایج 747 757 11259 10.52547/mme.22.12.747 FA زینب نورپور دانشگاه صنعتی مالک اشتر سعید توانگر روستا دانشگاه صنعتی مالک اشتر حسین سوری دانشگاه صنعتی مالک اشتر سید قربان حسینی دانشگاه صنعتی مالک اشتر Journal Article 1970 01 01 Numerical methods as one of the subcategories of theoretical models can predict the behavior of energetic materials with appropriate accuracy and away of experimental tests limitations. In this investigation, computational fluid dynamics tool has been used to predict the blast wave propagation with Consideration of geometrical obstacles. Two solvers (extendedSonicFoam and blastFoam) from the open source technology module, OpenFOAM have been used for simulations and To enhance confirmation with reality, large eddy simulation method was employed for turbulence modeling. In addition to the ideal gas equation of state (EOS), the BKW EOS, which is a complete EOS with an explicit temperature dependence, have been used to correlate the various thermodynamic parameters. Several gauges were positioned to record the pressure-time signals and the experimental data reported in the resources were used for validation. It should be noted that the maximum error of simulations was 12.29% for different blast wave parameters. deviation from standard for ideal gas numerical results was greater than that of real gas assumption and blastFoam solver has been predicted maximum positive phase overpressure, arrival time and positive phase impulse, which are the important parameters of blast wave, with less error in comparison to extendedSonicFoam solver. روش های عددی به عنوان یکی از زیر شاخه های مدل های نظری می توانند رفتار مواد پرانرژی را با دقت مناسب و به دور از محدودیت های آزمایشات تجربی پیش بینی نمایند. در این مطالعه، از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی برای پیش بینی عملکرد موج انفجار در حضور موانع هندسی استفاده شده است. شبیه سازی ها با دو حلگر توسعه یافته سونیک فوم (extendedSonicFoam) و بلست فوم(blastFoam) از ماژول تکنولوژی متن باز اپن فوم (OpenFOAM) انجام شده و برای افزایش دقت نتایج، از مدل آشفتگی شبیه سازی گردابه های بزرگ استفاده شده است. علاوه بر معادله حالت گاز کامل، از معادله حالت نیمه تجربی بی-کا-دبلیو (BKW) که یک معادله حالت کامل است و وابستگی صریح به دما دارد برای ارتباط میان پارامترهای مختلف ترمودینامیکی استفاده شده است. برای ثبت سیگنال های فشار- زمان حسگرهای متعددی در بالا دست منفجره قرار گرفته و برای اعتبارسنجی نتایج نیز از داده های تجربی گزارش شده در منابع استفاده شده است. میزان خطا در شبیه سازی های انجام شده برای پارامترهای مختلف موج انفجار حداکثر 12/29% بدست آمده است. میزان انحراف از استاندارد برای نتایج حل عددی با معادله حالت گاز کامل نسبت به گاز حقیقی بیشتر بوده و حلگر بلست فوم پارامترهای مهم ماکزیمم اضافه فشار فاز مثبت، زمان رسیدن موج و ایمپالس فاز مثبت را که از مشخصه های تعیین کننده موج انفجار می باشند را با خطای کمتری نسبت به حلگر توسعه یافته سونیک فوم پیش بینی کرده است.

https://mme.modares.ac.ir/article_11259_523df5a6db0544f3600434b9ffe68367.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 22 12 2022 11 22 Experimental, Analytical, and Numerical Investigation of Damage Mechanics of the Cross-ply Composite Laminate with Matrix Crack بررسی مکانیک آسیب تجربی، تحلیلی و عددی کامپوزیت متعامد دارای ترک ماتریس 759 769 11260 10.52547/mme.22.12.759 FA مهرداد قدمی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی رحمت الله قاجار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی 0000-0002-3203-733X Journal Article 1970 01 01 Once a composite laminate is subjected to quasi-static tensile or fatigue loading, some damage modes initiate and propagate in the laminate. The first damage mode is the matrix crack that forms in the layers with an angle to the loading direction. Although not leading to breakage, these cracks reduce the equivalent mechanical properties of the composite laminate. In this paper, a new nonlinear analytical model is presented and used to predict the stiffness degradation of the cross-ply composite laminates. For this purpose, a new third-order polynomial function is proposed as the Helmholtz free energy of the composite, and the appropriate equations are derived. A microscopic experimental test is designed and accompanied by the analytical model to investigate the damage progression in a glass/epoxy cross-ply laminate. Also, finite-element micromechanical models with periodic boundary conditions (PBC) are proposed and used to determine the damage constants. The model is validated against the 3D micromechanical models and the quasi-static uniaxial loading-unloading experimental tests. The validation shows a very good agreement between the model and the experiments. هرگاه یک ورق کامپوزیتی چندلایه، تحت بارگذاری کششی شبه‌استاتیک یا بارگذاری خستگی قرار گیرد، چندین نوع آسیب در آن ایجاد می‌شود؛ از جمله ترک‌های ماتریس، ترک‌های ثانویه و لایه‌لایه‌شدگی. اولین نوع آسیب، ترک‌های ماتریس‌اند که در لایه‌های دارای زاویه نسبت به جهت بارگذاری بوجود می‌آیند. این ترک‌ها اگرچه منجر به گسیختگی نمی‌شوند، اما خواص مکانیکی معادل ورق کامپوزیت را کاهش می‌دهند و می‌توانند باعث واماندگی سازه گردند. در این مقاله، یک مدل تحلیلی غیرخطی جدید، برای پیش‌بینی کاهش سفتی ورق‌های کامپوزیت متعامد ارائه و بکار گرفته می‌شود. بدین منظور، یک تابع چندجمله‌ای درجه سوم بعنوان انرژی آزاد هلمهولز پیشنهاد و پس از بررسی تحلیلی تابع پیشنهادی، روابط مربوطه استخراج می‌گردند. سپس برای اعمال روند افزایش تعداد ترک‌های ماتریس در روابط، یک آزمایش تجربی میکروسکوپی طراحی و در مورد کامپوزیت متعامد شیشه/اپوکسی استفاده می‌شود. همچنین برای تعیین ثوابت آسیب موجود در روابط استخراج‌شده، مدل‌های میکرومکانیکی اجزا محدود به همراه شرایط مرزی تناوب (PBC) بکار می‌رود. نتایج این مدل با شبیه‌سازی‌های عددی میکرومکانیکی سه‌بعدی، آزمایش‌های تجربی بارگذاری-باربرداری تک‌محوره شبه‌استاتیک و پژوهش‌های پیشین صحت‌سنجی می‌گردند. نتایج نشان می‌دهند که مدل پیشنهادی نسبت به مدل‌های خطی و غیرخطی پیشین، پیش‌بینی‌های دقیق‌تری ارائه می‌کند. همچنین با استفاده از روش میکروسکوپی پیشنهادی، روند افزایش تعداد ترک‌های ماتریس به راحتی شناسایی می‌گردد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11260_70c549b28626adf8c0d6349053a844af.pdf