دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 7 2024 06 21 Numerical Study of an Electroosmotic Micromixer Based on G-shaped Electrodes مطالعه عددی ریزمخلوط کن الکترواسموزی مبتنی بر الکترودهای G شکل 411 420 11404 10.48311/mme.24.7.411 FA محمدجواد بلورچی طبالوندانی دانشگاه تهران مجید بدیعی رستمی دانشگاه تهران Journal Article 1970 01 01 The emergence of microfluidic devices for various applications has created a demand for enhancing the efficiency of the mixing. In this article, an electroosmotic micromixer based on G-shaped electrodes that are excited by AC waveform was designed. The proposed micromixer was simulated using COMSOL Multiphysics and the effects of various parameters including voltage, frequency, distance between electrodes, and the number of electrodes on the mixing efficiency have been characterized. By compiling the obtained results, the performance of the optimized model with four electrodes each having a 6.5 µm distance between their opposite polarities, excited with voltage of 1 V and frequency of 16 Hz was evaluated. The results demonstrated that the proposed micromixer was able to achieve a mixing efficiency of over 99.7% with a response time of 220 ms. Furthermore, the proposed device was designed regarding practical consideration, enabling the micromixer to be fabricated without the need of sophisticated instruments. با ظهور تراشههای ریزسیالی در کاربردهای متنوع، نیاز مبرم به بهبود درهمآمیختگی به شکلی موثر و سریع ایجاد شده است. در این مقاله، یک ریزمخلوطکن الکترواسموزی با استفاده از تعدادی الکترود G شکل که با ولتاژ متناوب تحریک میشود طراحی شده است. ریزمخلوطکن پیشنهادی با استفاده از نرم افزار کامسول شبیه سازی شده و تاثیر متغیرهای مختلف ازجمله ولتاژ، فرکانس، تعداد الکترودها و فاصلهی بین قطبهای مخالف بر بازدهی درهمآمیختگی سنجیده شده است. با استفاده از نتایج بهدست آمده، مدل بهبودیافتهی ریزمخلوطکن پیشنهادی با چهار عدد الکترود، هرکدام با فاصله 5/6 میکرومتر بین قطبهای مخالف، ولتاژ 1 ولت و فرکانس 16 هرتز بررسی شده است. نتایج حاصل نشان داده است که این تراشه قادر است به بازدهی درهمآمیختگی بیشتر از 7/99% و سرعت پاسخدهی 220 میلی ثانیه دست یابد. علاوه بر موارد ذکر شده، ریزمخلوطکن پیشنهادی با توجه به جوانب عملی طراحی شده است که سبب میشود تراشه مذکور بدون نیاز به ادوات ساخت پیچیده قابلیت پیادهسازی در بسترهای آزمایشگاهی را دارا باشد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11404_67797f1f0f02ec5ccd5e3abd2d4e5b81.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 7 2024 06 21 Analysis of Liquid Gas (LPG) Storage Tank Explosion in a Road Vehicle due to the Boiling Liquid Vapor Phenomenon (BLEVE) تجزیه و تحلیل انفجار مخزن ذخیره گاز مایع (LPG) در یک خودروی جاده ای بر اثر پدیده بخار مایع در حال جوش (BLEVE) 421 431 11405 10.48311/mme.24.7.421 FA امید مجنونی دانشگاه کاشان قنبرعلی شیخ زاده دانشگاه کاشان مهران شکیبائی دانشگاه کاشان Journal Article 1970 01 01 The low amount of pollutant and smooth way of transition of some fuels such as liquid petroleum gas (LPG) for usage in cars have always been the concern of some consumers. Duo to the storage of this fuel with a pressure of 8 to 10 bar in non-standard tanks, there is a possibility of risk and danger likewise explosion and fire. In this article, the scenario of fire-caught car that caused the Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion (BLEVE) and the formation of a fireball with a diameter of 19.14 meters has been investigated. The effect of pressure in the 60-liter tank and then the effect of radiation in the incident have been modeled. accordingly The results have illustrated the fact that until 2 meters from the liquid gas tank explosion site, the pressure continues up to 8 bar, and the radiation effect reaches 4 bar in a distance of 48 meters from the center of the accident, and in a distance of 14.60 meters, the amount of thermal radiation reaches 37.5 kilowatts per square meter, which it is very worrying. By considering the pressure and thermal radiation effects, the safe distance and the amount of damage are predicted. The results can be used to improve safety and revise the construction of LPG tanks to reduce losses. آلایندگی کم و جابجایی آسان برخی از سوخت‌ها مانند گاز نفتی مایع (ال‌پی‌جی:LPG) برای استفاده در خودروها همواره مورد توجه مصرف کنندگان بوده است. به‌علت ذخیره این سوخت با فشار 8 تا 10 بار در مخازن غیر استاندارد احتمال بروز خطراتی چون انفجار و آتش‌سوزی وجود دارد. در این مقاله به بررسی سناریوی آتش‌سوزی در یک خودرو که باعث ایجاد پدیده انفجار بخارات مایع در حال جوش (BLEVE) و تشکیل گوی آتش (Fireball) با قطر 14/19متر شد، پرداخته می‌شود. اثر فشار در مخزن 60 لیتری و سپس اثر تشعشع در حادثه رخ داده شده مدل‌سازی شده است. نتایج نشان می‌دهد تا فاصله 2 متری از محل انفجار مخزن گاز مایع، فشار تا 8 بار ادامه دارد و اثر تشعشع تا فاصله 48 متری از مرکز حادثه تا 4 کیلووات بر متر مربع پیش می‌رود و تا فاصله 60/14 متری مقدار تشعشع حرارتی به 5/37 کیلووات بر متر مربع می‌رسد که بسیار نگران‌کننده است. با درنظرگرفتن تأثیرات فشار و تشعشع حرارتی فاصله ایمن و میزان خسارت نیز پیش‌بینی شده است. نتایج می‌تواند در جهت بهبود ایمنی و بازنگری در ساخت مخازن ال‌پی‌جی جهت کاهش تلفات استفاده شود.

https://mme.modares.ac.ir/article_11405_9f1d5659d5880fb427f6e04ae500fc25.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 7 2024 06 21 Numerical Study of the Formation of Compound Droplets in a Three-Phase Glass Capillary Microfluidic System مطالعه عددی تشکیل قطرات مرکب در یک سیستم میکرو سیال مویین شیشه‌ای سه فازی 433 441 11406 10.48311/mme.24.7.433 FA سعید پوراحمدیان دانشگاه صنعتی شریف محمد علی بیجارچی دانشگاه صنعتی شریف Journal Article 1970 01 01 The compound droplets resulting from water-in-oil-in-water emulsions have many applications, including in the food, pharmaceutical and cosmetic industries. Investigating the effective parameters in the production of these droplets plays an important role in their controlled production. In this numerical study, the production of compound droplets in a three-phase axisymmetric glass capillary microfluidic device is investigated. The structure of this system consists of two co-flow and one flow-focusing devices. In this study, the volume of fluid (VOF) method is used to solve the governing equations in different phases. 5 dimensionless parameters are selected to check the effect of each component on the diameter, the generation frequency, and the breakup length of the compound droplets. This study has successfully predicted the formation of compound droplets in the droplet regime. The simulation results show that with increasing the ratio of inner nozzle diameter to outer tube diameter, the core diameter enhances and the shell thickness decreases. By decreasing the angle of the inner nozzle tip, the drop regime changes to the jet regime. By increasing the contact angle of the middle phase with respect to the outer phase in the outer tube wall from 90 to 120 degrees, the frequency of droplet generation increases by 22%. The results of this study can be used for applications such as 3D cell culture. قطرات مرکب حاصل از قطره آب در روغن در آب امولسیون های دوگانهای هستند که کاربردهای متعددی از جمله در صنایع غذایی، دارویی و آرایشی دارند. بررسی مولفه های موثر در تولید این قطرات نقش مهمی در تولید کنترل شده آن ها دارد. در این مطالعه عددی تولید قطرات مرکب در دستگاه مویین شیشهای میکروسیال تقارن محوری سه فازی بررسی شده است. ساختار این سیستم از ترکیب دو جریان هم جهت (co-flow) و یک جریان متمرکزشونده (flow-focusing) تشکیل شده است. در این مطالعه از روش حجم سیال (volume of fluid) برای حل معادلات حاکم در فاز های مختلف استفاده شده است. 5 مولفه بیبعد انتخاب شده تا تاثیر هر مولفه با ثابت ماندن سایر مولفه ها بر قطر قطره مرکب، فرکانس تولید قطره مرکب و طول جدایش (breakup length) قطره مرکب بررسی شود. این مطالعه به طور موفقیت آمیزی تشکیل قطرات مرکب در رژیم قطرهای را پیش بینی کرده است. نتایج شبیه سازی نشان داده است که با افزایش نسبت قطر نازل داخلی به قطر لوله خارجی، قطر هسته افزایش و ضخامت پوسته کاهش مییابد. با کاهش زاویه نوک نازل داخلی، رژیم قطره به رژیم جت شونده تغییر میکند. با افزایش زاویه تماس فاز میانی نسبت به فاز خارجی در دیواره لوله خارجی از 90 به 120 درجه، فرکانس تولید قطرات 22 درصد افزایش یافت. از نتایج این مطالعه می توان برای کاربردهایی مانند کشت سلولی سه بعدی بهره برد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11406_f3848b78b70702300c576fcd56a9addd.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 7 2024 06 21 Steady-State and Transient Modeling of a Dye-Sensitized Solar Cell under Indoor Conditions Based on Sensitivity Analysis مدلسازی پایا و گذرای سلول خورشیدی حساس شده با رنگ در شرایط داخل اتاق بر اساس تحلیل حساسیت 443 453 11407 10.48311/mme.24.7.443 FA منا رحمتیان دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی حسین صیادی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی Journal Article 1970 01 01 Since dye-sensitized solar cells (DSSCs) have good efficiency in the visible region, they offer a promising way to generate sustainable energy, especially in indoor environments and building applications. Investigating the effect of dye specifications and photoanode thickness changes on cell performance is very important for improving DSSCs. This research focuses on the sensitivity analysis of the impact of important parameters to increase DSSC efficiency using a new numerical model considering factors such as radiation intensity and spectral composition, from conventional indoor light sources such as LED and fluorescent lights. These parameters include dye types, trapping parameters, diffusion coefficients, and photoanode thickness. This model examines steady and transient currents under internal radiation conditions, incorporates time/space-dependent relationships to increase accuracy, and examines electron, iodide, and triiodide interactions under different environmental conditions. The results showed that N749 and 20µm thickness of photoanode have the best effect on cell performance. This study presents a sensitivity analysis to find optimal parameters to improve DSSC performance in real indoor conditions opening avenues for further research in optimizing DSSC technology for indoor energy harvesting applications, thereby advancing the field of renewable energy and sustainable technology integration. از آنجایی که سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ کارایی مناسبی در ناحیه طیف مریی دارند، یک راه امیدوارکننده برای تولید انرژی پایدار، به‌ویژه در محیط‌های داخلی و کاربردهای ساختمانی، ارائه می‌کنند. بررسی تاثیر رنگدانه و همچنین تغییرات فوتوآند بر عملکرد سلول برای پیشبرد این سلول‌ها بسیار مهم است. این تحقیق بر تجزیه و تحلیل حساسیت اثر پارامترهای مهم برای افزایش کارایی این نوع سلول‌ها با استفاده از یک مدل عددی جدید با در نظر گرفتن عواملی مانند شدت تابش و ترکیب طیفی، از منابع نور معمولی داخلی مانند دیودهای ساطع نور تمرکز دارد. این پارامترها شامل انواع رنگدانه، پارامتر تله‌اندازی، ضریب انتشار و ضخامت فوتوآند است. این مدل جریان‌های پایا و گذرا را تحت شرایط تابش داخلی بررسی میکند و روابط وابسته به زمان/مکان را برای افزایش دقت ترکیب می‌کند و برهمکنش‌های الکترون، یدید و تری‌یدید را تحت شرایط محیطی مختلف بررسی می‌کند. نتایج نشان داد که رنگدانه N749 و ضخامت 20میکرومتر فتوآند بهترین تاثیر را بر عملکرد سلول دارد. در نهایت بر اساس تحلیل حساسیت انجام شده یک سلول با پارامترهای بهینه که بهترین علکرد را دارد معرفی شده‌است.

https://mme.modares.ac.ir/article_11407_20cbb9b2641e10b0a2a103a85e066b89.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 7 2024 06 21 Improving Multi-Robot Path Planning by Adaptive Artificial Potential Fields بهبود طراحی مسیر جمعی ربات ها به روش میدان های پتانسیل مصنوعی تطبیقی 455 466 11408 10.48311/mme.24.7.455 FA مرتضی حق بیگی دانشگاه علم و صنعت ایران اسماعیل خان میرزا دانشگاه علم و صنعت ایران امیرحسین دوائی مرکزی دانشگاه علم و صنعت ایران Journal Article 1970 01 01 The Artificial Potential Fields approach is amongst the widely used path planning methods in continuous environments. However, the implementation of it in multi-robot path planning encounters challenges such as the local-minima and an increase in traffic probability with the rise in the number of robots. The purpose of the proposed method is to improve multi-robot path planning in complex environments. A new adaptive potential function is introduced that reduces the probability of the robots entering an area at the same time and thus reducing the probability of traffic. Also, new potential functions have been proposed that lead to smoother paths with less traverse time when the robot encounters obstacles. In these functions, in addition to the position of robots and obstacles, heading of the robot and the position of the target are also considered. In order to evaluate this method, a distributed software architecture has been designed and implemented in the framework of the robot operating system. In this architecture, as robots move, new robots can join the operation or new tasks can be assigned to robots. Two series of real-time simulations are carried out in the Gazebo environment. The results show that the use of the proposed potential functions leads to a decrease in the convergence of the robots. In the simulation done for 2 robots, proposed method has resulted in a 35% reduction in the traversal time. While in case of 15 robots in the same map, a 50% reduction in the traversal time has been achieved. میدانهای پتانسیل مصنوعی یکی از روشهای پرکاربرد در طراحی مسیر پیوسته است. اما، کاربرد این روش در طراحی مسیر جمعی با چالشهایی مواجه است که میتوان به مساله نقاط کمینه محلی و نیز ایجاد ترافیک در صورت افزایش تعداد رباتها اشاره کرد. هدف از روش پیشنهادی در این مقاله، بهبود طراحی مسیر جمعی در محیطهای پیچیده و با حضور تعداد متغیری ربات است. یک تابع پتانسیل تطبیقی جدید معرفی شده است که احتمال همگرایی و ورود همزمان رباتها به یک ناحیه و در نتیجه احتمال ایجاد ترافیک و نقاط کمینه محلی را کاهش میدهد. همچنین، توابع پتانسیل جدیدی پیشنهاد شده است که منجر به مسیرهای هموارتر با زمان پیمایش کمتر، در مواجهه ربات با موانع میشود. در این توابع، علاوه بر موقعیت رباتها و موانع، جهت حرکت رباتها و موقعیت هدف نیز در نظر گرفته شده است. بهمنظور ارزیابی روش پیشنهادی، یک معماری نرمافزاری هیبریدی طراحی و در بستر سیستم عامل رباتی پیادهسازی شده است که در آن امکان پیوستن رباتهای جدید و یا تعریف هدف جدید، همزمان با حرکت دیگر رباتها وجود دارد. نتایج نشان میدهد که استفاده از توابع پتانسیل پیشنهادی منجر به کاهش همگرایی رباتها و در نتیجه کاهش زمان پیمایش مسیرها میشود. در شبیه‌سازی صورت گرفته برای 2 ربات، استفاده از توابع تطبیقی توسعه داده شده منجر با کاهش 35 درصدی در زمان پیمایش مسیرها شده است. درحالیکه در طراحی مسیر برای 15 ربات در نقشه یکسان، کاهش 50 درصدی در زمان پیمایش مسیرها حاصل شده است.

https://mme.modares.ac.ir/article_11408_44139389514c57a30d699dbcb72515da.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 7 2024 06 21 Comprehensive Investigation of Effects of Environmental Parameters on Shallow Water Sound Propagation شبیه‌سازی اثرات عوامل محیطی بر انتشار صدا در محیط آب کم‌عمق با استفاده از مدل انتشار معادله سهموی 467 474 11409 10.48311/mme.24.7.467 FA محمد رضائی انجمن علوم صوتی ایران احسان سلکی آزمایشگاه ملی فروصدا کبری نصیرباغبان دانشگاه صنعتی امیرکبیر Journal Article 1970 01 01 Due to lower cost compared to field measurement, simulation of sound propagation is considerably favorable for acoustic researchers. One of most optimized methods in this regard is PE (paraboloic Equation), which gives detailed low cost results especially in the low and mid frequencies. On the other hand, most of the human interaction with the water bodies are in the so called shallow water region, where PE is the most common method of acoustic simulation. In this study, effects of environmental parameters on transmission loss are investigated in the range of the scale of few tens of kilometers. The results show subsurface flows and sound speed profile variations in the course of the range, have the least effects and bottom properties, specifically the attenuation factor, are the most effective parameter in the low frequency sound propagation. On the other side, in the range of higher frequencies (more than 1000 Hz), seasonal variation of sound speed profile has the most efficient effect شبیه‌سازی عددی انتشار صدا زیر آب به‌دلیل هزینه بسیار کم در مقابل اندازه‌گیری میدانی در دریا، مورد توجه محققان حوزه صوتیات قرار دارد. یکی از روش‌های بهینه این شاخه، روش معادله سهموی است که نتایجی با دقت و هزینه مناسب در حوزه بسامدهای میانی و پایین‌تر ارائه می‌دهد. از سوی دیگر، اغلب برهم‌کنش بشر با صوتیات زیرآب در حوزه نزدیک سواحل و طبعاً آب‌های کم‌عمق صورت می‌گیرد که شبیه‌سازی به روش معادله سهموی برای این حوزه بسیار رایج است. این تحقیق، به بررسی اثرات عوامل محیطی بر افت ترابردی در مسافت‌های از مرتبه چند ده کیلومتر می‌پردازد. نتایج نشان می‌دهند جریان‌های زیرسطحی و تغییرات نیم‌رخ سرعت صدا در جهت برد، تأثیر اندکی بر توزیع افت ترابردی در بسامدهای پایین دارند و خواص بستر به‌ویژه ضریب تنکش آن در این حوزه بسامدی از بیشترین اهمیت برخوردار است. در مقابل، در حوزه بسامدهای بالاتر (مرتبه 1000 هرتز) نیم‌‌رخ سرعت صدا بیشترین نقش را در تعیین مقدار افت ترابردی ایجاد می‌کند. این مسئله نشان می‌دهد در آب کم‌عمق اهمیت جنس بستر محدود به بسامدهای پایین می‌باشد

https://mme.modares.ac.ir/article_11409_1b554caad50131478083eb6e4f7845d6.pdf