دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 12 2024 11 21 Effect of Water-Methanol Mixture Injection in Intake Manifold on Performance and Emission of a Turbocharged SI Engine بررسی تاثیر پاشش مستقیم مخلوط آب - متانول در چند‌راهه ورودی بر عملکرد و آلایندگی موتور اشتعال جرقه‌ای توربوشارژ 677 686 11448 10.48311/mme.24.12.677 FA اشکان صادقی آهنگر دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی امیر حسین شامخی دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی Journal Article 1970 01 01 This study investigates the effects of water-methanol mixture injection on the performance and emissions of the EF7 TC engine. Using GT Power software, the engine was first simulated and validated with gasoline fuel. Subsequently, a nozzle was used to introduce the water-methanol mixture, simulated in three different ratios: 50% water-50% methanol, 25% water-75% methanol, and 75% water-25% methanol. The novelty of this research lies in the simulation of this injection process to enhance combustion quality. Results indicate significant temperature reductions at various points, alongside notable changes in knock characteristics and emissions, including nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO₂), and nitrogen monoxide (NO). در این مقاله، به بررسی تاثیر افزودن مخلوط آب و متانول به سوخت و تاثیر آن بر عملکرد و آلایندگی موتور EF7 توربوشارژ (TC) پرداخته شده‌است. به این منظور، ابتدا با استفاده از GT Power موتور مورد نظر شبیه‌سازی و پس از اعتبار‌سنجی با سوخت بنزین، مخلوط آب و متانول با نازل وارد مدار شده و سپس نتایج، مورد بررسی قرار گرفته‌است. در این مقاله پس از شبیه‌سازی موتور به شبیه‌سازی نازل پاشش مخلوط آب و متانول پرداخته شده‌است که این مخلوط در سه حالت 50% آب %50 متانول، 25 %آب 75% متانول و 75% آب و 25% متانول شبیه‌سازی شده‌است. اصلی ترین نوآوری این تحقیق شبیه سازی پاشش مخلوط آب و متانول به منظور بهبود کیفیت احتراق است که نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان می‌دهد، دما به میزان قابل‌توجهی در نقاط مختلف کاهش پیداکرده‌است. همچنین در این مدل به بررسی کوبش(knock) ،آلایندگی‌های اکسیدهای نیتروژن (NOx) ، مونوکسیدکربن (CO)، دی اکسیدکربن (CO2)، نیتروژن مونوکسید(NO) و پارامتر‌های عملکردی مشابه که با اضافه شدن آب و متانول تغییر داشته‌اند، پرداخته‌ شده‌است.

https://mme.modares.ac.ir/article_11448_2c029952e202c0e560626a4c5980d64c.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 12 2024 11 21 Numerical Study of the Effect of Geometry on the Thermal Performance of a Two-Layer Porous Burner with Biogas Fuel مطالعه عددی اثر هندسه بر عملکرد حرارتی یک مشعل متخلخل دولایه‌ای با سوخت بیوگاز 687 697 11449 10.48311/mme.24.12.687 FA سعید عابدی دانشگاه کاشان سید عبدالمهدی هاشمی دانشگاه کاشان ابوالفضل فتاحی دانشگاه کاشان Journal Article 1970 01 01 Biogas is a low-calorie fuel comprises 50-70% methane and 30-50% carbon dioxide, with small amounts of other particles. Combustion of low-calorie fuels often involves significant challenges related to flame stability in most burners. Combustion of porous media is an effective method of directing flame heat to the input mixture, which can increase flame stability. In most studies, biogas has been used in experimentaly work or numerical simulation with simple geometry. In this paper, researchers simulate a two-layer porous burner with biogas fuel, based on an experimental design, in two dimensions. They evaluate the effect of the burner geometry, which was not investigated in previous researches, on the temperature distribution and the radiation efficiency. The results show that reducing the amount of carbon dioxide increases the burner surface temperature. Additionally, changes in the interface of the porous layers, simulated in two conical and spherical forms in two converging and diverging states, cause changes in the place of flame, the maximum combustion temperature, the temperature of the burner surface, and the radiation efficiency. The maximum combustion temperature and the maximum burner surface temperature occur for the conical geometry in convergent mode. Increasing 10% of carbon dioxide in the biogas fuel reduces the radiation efficiency by 25% on average. The radiation efficiency of the divergent burner is more than the convergent mode, about 37% for conical geometry and about 25% for spherical geometry. The maximum radiation efficiency is achieved when the burner is divergent and the amount of carbon dioxide is 30%. بیوگاز یک سوخت کم‌کالری است که از متان (%70-50) و کربن‌دی‌اکسید (%50-30)، با مقادیر کمیاب از سایر ذرات تشکیل شده‌است. احتراق سوخت‌های کم‌کالری اغلب شامل چالش‌های قابل توجهی در رابطه با پایداری شعله در بیشتر مشعل‌های معمولی است. احتراق محیط متخلخل یک روش مؤثر برای هدایت گرمای شعله به مخلوط ورودی است که می‌تواند سبب افزایش پایداری شعله شود. در بیشتر مطالعات، از بیوگاز در کار آزمایشگاهی یا شبیه‌سازی عددی با هندسه ساده استفاده شده‌است. در این مطالعه یک مشعل متخلخل دولایه‌ای با سوخت بیوگاز با هندسه برگرفته از یک کار آزمایشگاهی به‌صورت دوبعدی شبیه‌سازی عددی شده‌است و اثر هندسه مشعل که در تحقیقات قبل بررسی نشده بود، بر روی توزیع دمای جامد متخلخل و بازده تابشی مورد ارزیابی قرار گرفته‌است. نتایج نشان می‌دهد که کاهش مقدار کربن‌دی‌اکسید در ترکیب سوخت باعث افزایش دمای سطح مشعل می‌شود. همچنین تغییر در سطح مشترک لایه‌های متخلخل که به دو صورت مخروطی و کروی در دو حالت همگرا و واگرا شبیه‌سازی شده‌است، باعث تغییر در مکان تشکیل شعله، دمای بیشینه احتراق، دمای سطح مشعل و بازده تابشی مشعل می‌شود. بیشترین دمای احتراق و بیشترین دمای سطح مشعل برای هندسه مخروطی در حالت همگرا رخ می‌دهد. با افزایش 10 درصد کربن‌دی‌اکسید در ترکیب سوخت بیوگاز ورودی، بازده تابشی به‌طور متوسط 25 درصد کاهش می‌یابد. بازده تابشی مشعل واگرا در حالت هندسه مخروطی حدود 37 درصد و در حالت هندسه کروی حدود 25 درصد بیشتر از مشعل همگرا است. بیشترین بازده تابشی برای مشعل واگرا با کربن‌دی‌اکسید 30 درصد می‌باشد

https://mme.modares.ac.ir/article_11449_e2e2fd34c1cfebdf431177db8e49fdd2.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 12 2024 11 21 Experimental Investigation of the Effect of Mesh Hole Geometry on Fog Harvesting بررسی تجربی اثر شکل هندسی حفره توری در استحصال آب از مه 699 707 11450 10.48311/mme.24.12.699 FA سینا نیکبخت دانشگاه تربیت مدرس محمدمهدی هیهات دانشگاه تربیت مدرس Journal Article 1970 01 01 Nowadays, fresh water scarcity is one of the major concerns of the global community. To tackle the freshwater scarcity situation, several solutions have been suggested, including the extraction of water from fog-laden flow. Fog harvesting is known as a sustainable and effective approach to supplying freshwater. Various types of fog collecting elements (FCEs) have been implemented in studies to collect water from fog-laden flow. Woven meshes with square-shaped holes are among the most frequently employed FCEs in studies. One of the major drawbacks of these types of FCEs is their low water collection efficiency, particularly at low wind velocities. In this study, two alternative mesh hole geometries, triangular and hexagonal, were proposed to enhance the collection efficiency and compared with an equivalent square mesh in terms of the shading coefficient (SC). The evaluations were conducted experimentally using an experimental setup capable of mimicking atmospheric fog-laden flow at two different air velocities. The results indicate that the water harvesting rate is highly affected by mesh hole geometry. Using triangular and hexagonal meshes, compared to square mesh, can improve the water collection rate by up to 12.6% and 29%, respectively امروزه یکی از نگرانی‌های جامعه‌ی جهانی کمبود آب شیرین می‎باشد. برای حل بحران کمبود آب شیرین، روش‌های مختلفی از جمله استفاده از آب موجود در جریان مه‌آلود جهت دستیابی به آب شیرین پیشنهاد شده‌است. استحصال آب از مه به‌عنوان یک روش پایدار و مؤثر برای تأمین آب شیرین شناخته می‌شود. در مطالعات، از انواع مختلف المان‌ها جهت جمع‌آوری آب از جریان مه‌آلود استفاده شده‌است. یکی از پرکاربردترین المان‌های جمع‌کننده‌ی مه که در مطالعات مختلف از آن‌ها استفاده شده‌است توری‌های بافته شده با شکل هندسی حفره‌ی مربعی می‌باشند. از مهم‌ترین معایب این نوع از المان‌ها می‌توان به راندمان جمع‌آوری آب پایین آن‌ها به خصوص در سرعت‌های پایین جریان باد اشاره کرد. در این مطالعه جهت بهبود راندمان جمع آوری، دو شکل هندسی حفره‌ی توری، مثلثی و شش‌ضلعی، پیشنهاد و با توری مربعی معادل از لحاظ ضریب سایه مقایسه شده‌است. بررسی‌ها به صورت تجربی و توسط یک بستر آزمون تجربی که امکان همانند سازی جریان هوای مه‌الود اتمسفری را فراهم می‌سازد در دو سرعت جریان هوا صورت گرفته است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که شکل هندسی حفره‌ی توری یکی از عوامل اثرگذار در نرخ استحصال آب می‌باشد به‌طوریکه استفاده از توری مثلثی و شش‌ضلعی در مقایسه با توری مربعی، حداکثر به ترتیب می‌تواند نرخ استحصال آب را تا 6/12 و 29 درصد بهبود ببخشد

https://mme.modares.ac.ir/article_11450_40210a8b585beb1df047a786b7516bb9.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 12 2024 11 21 Experimental Assessment of Ductile and Shear Fracture Criteria in Stainless Steel 304 According to Hooputra Model تعیین ثوابت آسیب نرم و آسیب برشی به روش تجربی 709 716 11451 10.48311/mme.24.12.709 FA محمد البوناصر دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان حجت الله بادنوا دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان 0000-0001-9075-0347 سید حسن نوربخش دانشگاه شهر کرد Journal Article 1970 01 01 The accurate prediction of crack initiation and growth in manufacturing processes is crucial for minimizing production costs and enhancing the reliability of components. This study focuses on integrated experimental investigation and fracture modeling approach for ductile metals, particularly addressing the mechanisms of ductile fracture and shear localization. The importance of establishing robust damage criteria for accurate reliable numerical simulations cannot be denied. Current literature reveals a significant lack of data on shear and ductile fracture criteria for materials like stainless steel alloy 304. To address this gap, a series of experimental tests was conducted to extract the necessary coefficients for these criteria. Various sample geometries were analyzed to investigate the effects of different triaxiality stress states and loading rates on fracture initiation. The triaxiality stress states were chosen within a range of 0.2 to 2 and strain rates were applied at values of 0.02 s-1, 4.5 s-1, and 30 s-1. A set of coefficients for modeling ductile and shear fracture was derived, taking into account the effects of loading rate and orientation. This research not only provides critical coefficients for fracture modeling but also supports the optimization of manufacturing processes in the automotive industry and other sectors, ultimately contributing to improved material performance and component reliability مسئله شکست همه ‌ساله هزینه‌های مالی و جانی بسیاری برای جوامع گوناگون به بار می‌آورد. از اوایل قرن بیستم، نگاه علمی به این مسئله آغاز شد و منجر به ایجاد شاخه‌ای جدید در علم مکانیک به نام مکانیک شکست گردید. در پایان فرآیند نهایی شکست در فلزات بصورت شکست ترد در فلزاتی با ساختار کریستالی مکعب و یا شکست نرم خواهد بود که در اینصورت پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد، شکست به آرامی ظاهر می شود. مکانیک شکست روشی است که بوسیله آن می توان ترک های ایمن و ترک های مستعد رشد را شناسایی نمود. ورق های نازک فلزی شکل دهی شده بخش عمده ای از تولیدات صنعتی مخصوصاً در صنایع بزرگی همچون خودروسازی، هوافضا و کشتی سازی را شامل می شوند. در حین فرآیند شکل دهی، ورق تغییر شکل های پلاستیک بسیار بزرگی را تجربه می کند که ممکن است مشکلات متنوعی ناشی از شکست ایجاد شود و توصیف تحلیلی این میدان تغییر شکل بسیار دشوار و پیچیده می باشد. با پیش بینی علت، زمان و مکان رخ دادن این عیوب از قبیل نازک شدن، گلویی شدن موضعی و ... قطعات فلزی؛ می‌توان به اصلاح و بهینه سازی فرآیند تولید پرداخت و از هزینه های اضافی کم نمود. در طی فرآیند تولید ممکن است مشکلات متنوعی ناشی از شکست ایجاد شود، بنابراین مکانیزم شکست نرم همچنان یک موضوع مهم است. این شکست نمی‌تواند به‌طور کامل توسط مدل‌های کلاسیک آسیب تبیین شود، که نشان‌دهنده ناکافی بودن درک از تکامل آسیب و مکانیزم شکست نرم فلز تحت بارگذاری پیچیده است. تکامل آسیب و مکانیزم شکست نرم تحت تغییر شکل پلاستیک از طریق تحلیل‌های نظری و مطالعات تجربی برای آلیاژ فولاد زنگ نزن SS304 به‌طور ساختاری بررسی شده است. در این پژوهش پارامترهای آسیب نرم و پارامترهای آسیب برشی به روش تجربی برای فلزات شکل پذیر استخراج می شوند و سپس به تحلیل این ثوابت خواهیم پرداخت

https://mme.modares.ac.ir/article_11451_f0eb6568ea114ba6e293f903c34d7488.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 12 2024 11 21 Evaluating the Debonding Defect Detectability in Thermal Barrier Coatings (TBC) by Nondestructive Active Thermography Technique ارزیابی قابلیت تشخیص عیوب جدایش در پوشش‌های سد حرارتی (TBC) با روش آزمون غیرمخرب گرمانگاری فعال 717 726 11452 10.48311/mme.24.12.717 FA محمد امین زارع زاده مهریزی دانشگاه تهران محمدرضا فراهانی دانشگاه تهران 0000-0001-5515-4283 مجید صفرآبادی فراهانی دانشگاه تهران مجتبی رضایی حاجیده دانشگاه تهران مجید فرهنگ دانشگاه تهران Journal Article 1970 01 01 In thermal barrier coatings (TBC), surface cracks, debonding, and thickness degradation may occur during the manufacturing process or life cycle, leading to poor performance and ultimately a dangerous system failure. The main goal of non-destructive testing of thermal barrier coatings is to detect these defects and determine the health of the coating. Various non-destructive inspection methods have been proposed to evaluate thermal barrier coatings, and due to the numerous advantages of thermography, including high speed, low cost, safety, no need for direct contact, automation capability, and inspection of a large area of the part, this method has received special attention from researchers. This study will present a method for manufacturing samples with different diameters of artificial separation defects. The following is the equipment's arrangement and the sample's thermography process. It was concluded that blackening the surface of the sample by increasing the amount of thermal energy absorption increased the ability to identify separation defects and increased the signal-to-noise ratio by 257%. Finally, by implementing different filters on the recorded raw thermal images, it has been shown that in both cases the best filter in terms of SNR is the median filter and then the Gaussian filter. The background removal filter also had no noticeable effect on increasing the signal-to-noise ratio and acted as a complement to the median and Gaussian filters by reducing the fixed error در پوشش‌های سد حرارتی (TBC) ترک های سطحی، جدایش پوشش از فلز پایه و تغییرات ضخامت ممکن است در طول فرایند ساخت یا چرخه عمر رخ دهند که منجر به عملکرد ضعیف و در نهایت منجر به یک واماندگی خطرناک در سیستم شود. اصلی‌ترین هدف آزمایش‌های غیر مخرب پوشش‌های سد حرارتی، تشخیص این عیوب و تعیین سلامت پوشش است. روش‌های مختلف بازرسی غیر‌مخرب برای ارزیابی پوشش‌های سد حرارتی مطرح شده‌اند که با توجه به مزایای متعدد گرمانگاری از جمله سرعت بالا، ارزان، ایمن، بدون نیاز به تماس مستقیم، قابلیت اتوماسیون و بازرسی سطح وسیعی از قطعه، این روش مورد توجه ویژه محققان قرار گرفته است. در این پژوهش روش ساخت نمونه‌هایی با قطرهای مختلف عیوب جدایش مصنوعی ارائه خواهد شد. در ادامه نحوه چیدمان تجهیزات و فرایند گرمانگاری از نمونه ارائه شده است. نتیجه‌گیری شد که مشکی کردن رنگ سطح نمونه با افزایش میزان جذب انرژی حرارتی، قابلیت شناسایی عیوب جدایش را بالاتر برده و نسبت سیگنال به نویز را به میزان 257 درصد افزایش داد. در نهایت با پیاده‌سازی فیلترهای مختلف روی تصاویر خام حرارتی ضبط‌شده، نشان داده شده است که در هر دو نمونه بهترین فیلتر از منظر SNR، فیلتر میانه و در مرحله بعد فیلتر گاوسین است. فیلتر حذف تصویر زمینه نیز اثر محسوسی در افزایش نسبت سیگنال به نویز نداشته است و با کاهش خطای ثابت به عنوان مکمل فیلترهای میانه و گاوسین عمل کرده است.

https://mme.modares.ac.ir/article_11452_211fff9e65c0e47a790c629116e32996.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 24 12 2024 11 21 3D Simulation of the Annular Combustion Chamber of a Micro-Turbine with Hydrogen-Methane Mixture and Partially Premixed Combustion Model شبیه‌سازی سه‌بعدی محفظه احتراق حلقوی یک میکروتوربین با مخلوط هیدروژن-متان و مدل احتراقی نیمه پیش مخلوط 727 738 11453 10.48311/mme.24.12.727 FA عارف سهرابی دانشگاه شهید بهشتی سید مهدی میرساجدی دانشگاه شهید بهشتی Journal Article 1970 01 01 This study investigates the combustion of hydrogen-methane mixtures in the annular combustion chamber of a C30 microturbine. The primary objective is to evaluate the impact of premixed methane-hydrogen combustion on pollutant emissions and outlet temperature in an annular combustion chamber. Simulations were performed using a partially premixed combustion model and the k-ε turbulence model, employing the Probability Density Function (PDF) approach for chemical reaction modeling. To ensure a detailed analysis of pollutant emissions, comparisons were conducted at a constant turbine inlet temperature. The results indicate that adding hydrogen to methane increases NOx emissions due to the higher flame temperature compared to pure methane, even at constant turbine inlet temperatures. However, this blend can reduce fuel consumption by up to 35%. Additionally, a fuel mixture of 60% methane and 40% hydrogen results in a 61% reduction in CO2 emissions. The study further revealed that, owing to the premixed nature of the fuel-air mixture, the annular geometry, and the swirling flow pattern within the combustion chamber, a fuel blend containing 30% hydrogen can lower NOx emissions to 16.1 ppm—significantly less than the 46 ppm reported in previous studies. Moreover, increasing the hydrogen fraction in the fuel reduced CO emissions by 16%. These findings demonstrate that annular combustion chambers with premixed flows and hydrogen-methane fuel blends have considerable potential for reducing pollutant emissions and optimizing fuel consumption این مطالعه به بررسی احتراق مخلوط هیدروژن و متان در محفظه احتراق حلقوی میکروتوربین C30 پرداخته است. هدف اصلی تحقیق ارزیابی تأثیر احتراق پیش مخلوط متان و هیدروژن بر میزان آلایندگی و دمای خروجی در یک محفظه احتراق حلقوی است. شبیه‌سازی‌های انجام شده با استفاده از مدل احتراقی نیمه پیش‌آمیخته و مدل توربولانسی k-ε انجام شده و از تابع چگالی احتمال PDF برای شبیه‌سازی واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شود. برای تحلیل دقیق نتایج در رابطه با میزان آلایندگی تولیدی، تحلیل و مقایسه در دمای ورودی توربین ثابت انجام شد. نتایج نشان می‌دهند که با افزودن هیدروژن به متان حتی در دمای ورودی توربین ثابت به علت افزایش دمای شعله در مقایسه با متان خالص، میزان آلاینده NOx افزایش پیدا می‌کند، اما می‌تواند به کاهش مصرف سوخت تا 35 درصد کمک کند. همچنین مشخص شد که استفاده از مخلوط 60 درصد متان و 40 درصد هیدروژن موجب کاهش 61 درصدی در تولید CO2 می‌شود. این مطالعه نشان داد می‌توان به علت پیش مخلوط بودن سوخت و هوا، هندسه حلقوی و الگوی چرخشی جریان در سراسر محفظه احتراق، در ترکیب سوخت شامل 30 درصد هیدروژن، تولید NOx را به ppm 1/16 رساند، که به طور قابل توجهی کمتر از مقدار ppm 46 گزارش شده در مطالعات پیشین است. همچنین میزان آلاینده CO با افزایش سهم هیدروژن در سوخت 16 درصد کاهش پیدا می‌کند. این نتایج نشان می‌دهد که محفظه‌ احتراق‌های حلقوی با جریان پیش‌مخلوط و استفاده از ترکیب سوخت هیدروژن و متان، پتانسیل بالایی برای کاهش آلاینده‌ها و بهینه‌سازی مصرف سوخت دارند

https://mme.modares.ac.ir/article_11453_0ec96be397dd6d3cf2fecb4a2d627c1c.pdf