دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 3 2025 02 19 Mathematical Modeling and Performance Evaluation of Flat-Plate Solar Still with Porous and Phase Change Materials from an Energy and Exergy Perspective مدل سازی ریاضی و بررسی عملکرد آب شیرین کن صفحه تخت با مواد متخلخل و تغییر فاز دهنده از دیدگاه انرژی و اگزرژی 125 135 11466 10.48311/mme.2025.11466 FA کامیار کریمی بیرگانی دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران میلاد ستاره دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران حسن بصیرت تبریزی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران Journal Article In recent years, the issue of drinking water scarcity has emerged as one of the most critical challenges facing humanity. Consequently, the evaluation of water purification systems' performance has garnered significant interest among researchers. Additionally, given the rise in energy consumption and the excessive reliance on fossil fuels, the adoption of renewable energy sources such as solar energy is becoming increasingly prevalent. This study presents a mathematical modeling of the energy and exergy of a flat-plate solar still system utilizing porous materials and phase change materials. To assess the performance of the system, energy balance equations are formulated for various components, including the glass, brine, absorber plate, and phase change material. These equations are solved using MATLAB software to evaluate the impact of incorporating porous and phase change materials as innovative methods on the efficiency and energy and exergy performance of solar still. Results indicate that the overall energy and exergy efficiencies improve by 15.07% and 1.04%, respectively, in the simultaneous presence of porous and phase change materials compared to the base case. In the case of phase change material alone, the improvements are 11.04% and 0.62%, respectively, compared to the base case. For porous material alone, the improvements are 3.15% and 0.32%, respectively. Furthermore, the production of freshwater increases by 23.72%, 17.88%, and 6.17%, respectively, in the presence of both porous material and phase change material, phase change material alone, and porous material alone, compared to the base case در سال‌های اخیر مشکل کمبود آب شرب به یکی از جدی‌ترین چالش های بشر تبدیل شده است. به همین دلیل، بررسی عملکرد سیستم‌های تصفیه آب از موضوعات مورد علاقه محققین بوده است. همچنین با توجه به افزایش مصرف انرژی و استفاده بیش از حد از سوخت‌های فسیلی، بکارگیری انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی در حال فراگیر شدن می‌باشد. در این پژوهش، مدل سازی ریاضی آب شیرین‌کن خورشیدی صفحه تخت با مواد متخلخل و مواد تغییرفازدهنده و بررسی عملکرد آن از دیدگاه انرژی و اگزرژی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی عملکرد آب شیرین کن، روابط موازنه انرژی برای بخش‌های مختلف شامل شیشه‌، آب شور، صفحه جاذب و ماده تغییر فاز دهنده نوشته شده و با حل معادلات حاکم با استفاده از نرم‌ افزار متلب، تأثیر حضور ماده متخلخل و تغییر فاز دهنده به عنوان نوآوری پژوهش حاضر بر بهره‌وری آب‌شیرین‌کن و بازده انرژی و اگزرژی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد، بازده کلی انرژی و اگزرژی با حضور همزمان ماده متخلخل و تغییر فاز دهنده به ترتیب به مقدار 07/15% و 04/1% نسبت به حالت پایه، در حالت ماده تغییر فاز دهنده به ترتیب به مقدار 04/11% و 62/0% نسبت به حالت پایه و در حالت ماده متخلخل به ترتیب به مقدار 15/3% و 32/0% نسبت به حالت پایه بهبود می‌یابد. همچنین تولید آب شیرین در حالت حضور همزمان ماده متخلخل و تغییر فاز دهنده، ماده تغییر فاز دهنده به تنهایی و ماده متخلخل به تنهایی به ترتیب به مقدار 72/23%، 88/17% و 17/6% بیشتر از حالت پایه است.

https://mme.modares.ac.ir/article_11466_c156cea027720c227089e679b3ae9d1b.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 3 2025 02 19 Comprehensive Sensitivity Analysis of Carbon Nanoparticles-Enhanced PCMsâ Thermal Conductivity تحلیل حساسیت جامع عوامل مؤثر بر ضریب رسانش حرارتی مواد تغییر فاز دهنده بهبود یافته با نانو ذرات کربن 137 146 11467 10.48311/mme.2025.11467 FA علی غلامی دانشگاه تهران فتح اله پورفیاض دانشگاه تهران Journal Article Phase change materials (PCMs) have low thermal conductivity, which can be improved by incorporating carbon nanoparticles. The aim of the present study is to examine the factors influencing improved thermal conductivity and to determine the optimal range of these factors for achieving the highest enhanced thermal conductivity. For this purpose, 480 experimental data points from previous studies on improving thermal conductivity using carbon nanoparticles were collected. These data were then analyzed using design of experiments (DOE), response surface methodology (RSM), and analysis of variance (ANOVA) to identify the sensitivity of the response to each independent variable. The results showed that over 80% of the changes in improved thermal conductivity in both solid and liquid phases were due to three factors: the concentration of nanoparticles, the interaction between nanoparticle concentration and the thermal conductivity of the phase change material, and the interaction between nanoparticle concentration and the thermal conductivity of the nanoparticles. Contour plots indicated that the minimum required concentration for achieving the maximum improved thermal conductivity in both solid and liquid phases is 8.6 wt%. Furthermore, when the nanoparticle concentration was below 1 wt%, the thermal conductivity of the liquid phase showed a positive correlation with the thermal conductivity of the pure PCM. This correlation became negative at nanoparticle concentrations exceeding 3 wt%. Given the several factors affecting PCM’s thermal conductivity, focusing on the three mentioned parameters can help reduce the time and cost involved in manufacturing optimal PCMs at industrial scale مواد تغییر فاز دهنده ضریب رسانش حرارتی پایینی دارند که جهت بهبود این کمیت می توان از نانوذرات کربن استفاده نمود. هدف از مطالعه حاضر بررسی اهمیت عوامل مؤثر بر ضریب رسانش حرارتی بهبود یافته و تعیین محدوده مناسب این عوامل برای حصول بیشترین ضریب رسانش حرارتی بهبود یافته است. بدین منظور تعداد 480 داده تجربی حاصل از مطالعات گذشته در زمینه بهبود ضریب رسانش حرارتی با استفاده از نانوذرات کربن جمع آوری شد. سپس این دادهها با استفاده از روش سطح پاسخ و تحلیل واریانس بررسی گردید تا میزان حساسیت پاسخ به هر یک از متغیرهای مستقل مشخص شود. نتایج نشان داد که بیش از %80 تغییرات در ضریب رسانش بهبود یافته در هر دو حالت جامد و مایع ناشی از سه فاکتور غلظت نانوذرات، برهمکنش غلظت نانوذرات و ضریب رسانش حرارتی ماده تغییر فاز دهنده، و برهمکنش غلظت و ضریب رسانش حرارتی نانوذرات است. همچنین تحلیل نمودارهای کانتور نشان داد که حداقل غلظت مورد نیاز برای دستیابی به ضریب رسانش حرارتی بهبود یافته بیشینه در دو فاز جامد و مایع برابر با %6/8 است. علاوه بر این، ضریب رسانش حرارتی بهبود یافته در فاز مایع در غلظتهای کمتر از %1 با افزایش ضریب رسانش حرارتی ماده تغییر فاز دهنده روند صعودی داشته و در غلظتهای بیشتر از %3 با این پارامتر رابطه معکوس دارد. با توجه به تعدد متغیرهای مؤثر، تمرکز بر روی سه پارامتر اشاره شده می تواند به کاهش زمان و هزینه دستیابی به یک ماده تغییر فاز دهنده بهینه در صنعت کمک شایانی نماید

https://mme.modares.ac.ir/article_11467_ddc917b51e5d93ce37f9b18c2f982b86.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 3 2025 02 19 Effects of Kinesio Taping on Walking and Dynamic Balance in Individuals with Flat Feet: A Randomized Controlled Clinical Trial Effects of Kinesio Taping on Walking and Dynamic Balance in Individuals with Flat Feet: A Randomized Controlled Clinical Trial 147 153 11468 10.48311/mme.2025.11468 FA زینب نیک پی دانشکده پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس سحر بوذری دانشکده پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس عباس فرجاد پزشک گروه علوم ورزشی، دانشگاه بیرجند Journal Article Flatfoot is a common musculoskeletal condition characterized by a collapsed medial longitudinal arch, often leading to altered biomechanics, impaired balance, and an increased risk of injury. Kinesio Taping (KT) has been proposed as a non-invasive intervention to provide arch support. This study investigated the effects of KT on navicular drop, vertical ground reaction force (vGRF) variables during walking, and center of pressure (CoP) parameters during a curve-tracking balance task. Thirty-eight individuals with bilateral flatfoot were randomly assigned to a KT or sham taping group. KT was applied to the medial and transverse arches and along the tibialis posterior muscle. Walking and balance tasks were performed under taped and non-taped conditions, with outcomes measured before and after taping. The results revealed significant main effects for time (pre- vs. post-treatment), group (KT vs. sham), and a group*time interaction for navicular drop (p < 0.05 for all). Specifically, navicular drop was reduced by 18.33% following KT application, compared to a 0.85% reduction in the sham condition. However, no significant differences were observed in vGRF or CoP variables for time, group, or their interaction (p > 0.05). These findings suggest that while KT may improve static foot posture, its effects do not translate into meaningful changes in gait mechanics or balance control. These findings emphasize the need for therapeutic interventions to be assessed beyond clinical outcomes, with an emphasis on biomechanical evaluations to better understand their functional impact on movement and stability Flatfoot is a common musculoskeletal condition characterized by a collapsed medial longitudinal arch, often leading to altered biomechanics, impaired balance, and an increased risk of injury. Kinesio Taping (KT) has been proposed as a non-invasive intervention to provide arch support. This study investigated the effects of KT on navicular drop, vertical ground reaction force (vGRF) variables during walking, and center of pressure (CoP) parameters during a curve-tracking balance task. Thirty-eight individuals with bilateral flatfoot were randomly assigned to a KT or sham taping group. KT was applied to the medial and transverse arches and along the tibialis posterior muscle. Walking and balance tasks were performed under taped and non-taped conditions, with outcomes measured before and after taping. The results revealed significant main effects for time (pre- vs. post-treatment), group (KT vs. sham), and a group*time interaction for navicular drop (p < 0.05 for all). Specifically, navicular drop was reduced by 18.33% following KT application, compared to a 0.85% reduction in the sham condition. However, no significant differences were observed in vGRF or CoP variables for time, group, or their interaction (p > 0.05). These findings suggest that while KT may improve static foot posture, its effects do not translate into meaningful changes in gait mechanics or balance control. These findings emphasize the need for therapeutic interventions to be assessed beyond clinical outcomes, with an emphasis on biomechanical evaluations to better understand their functional impact on movement and stability

https://mme.modares.ac.ir/article_11468_170f22f2d331241cb0480a8c4c416dda.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 3 2025 02 19 Extraction of Foot Anthropometric Dimensions Using a Markerless 3D Scanner Based on Big Data Analysis in East Azerbaijan Province Extraction of Foot Anthropometric Dimensions Using a Markerless 3D Scanner Based on Big Data Analysis in East Azerbaijan Province 155 161 11469 10.48311/mme.2025.11469 FA محمود آزغانی Sahand university of Technology الهام حضرتی امین پرتوی فرد Sahand university of Technology ابوالفضل قدیمی Sahand university of Technology Journal Article Background Anthropometry, the scientific discipline concerning precise human body measurements, plays a pivotal role across various industries, particularly in medical applications where accurate data are essential for prosthetic and orthotic design. Conventional anthropometric data acquisition methods are often time-intensive and costly. This study establishes a comprehensive anthropometric database of Iranian ethnic groups utilizing three-dimensional scanning technology coupled with a Python-based algorithm for markerless foot measurement. Methods and Materials This cross-sectional study was conducted at the Iranian Foot Anthropometry Research Center (Sahand University of Technology, Faculty of Biomedical Engineering). The study population comprised 4,312 participants (2,527 males and 1,785 females), aged 6 to 76 years (mean 36.35 ± 14.76) from East Azerbaijan Province. A Python program has been developed to extract 35 anthropometric foot indices from three-dimensional scans without the need for physical markers. For validation purposes, 400 participants were randomly selected for two-dimensional foot scanning, with five foot-length indices and two foot-width indices extracted from both two-dimensional and three-dimensional scans. An independent samples t-test was performed using SPSS 26 to assess measurement reliability. Results Statistical analysis revealed that all indices demonstrated P-values exceeding 0.05, confirming the reliability of data extracted by the Python algorithm and establishing the methodological robustness of the three-dimensional scanning approach. Conclusion This study successfully validates the reliability of a Python-based algorithm for extracting anthropometric foot indices from three-dimensional scans, providing an efficient and accurate tool for foot measurement in clinical and research applications Background Anthropometry, the scientific discipline concerning precise human body measurements, plays a pivotal role across various industries, particularly in medical applications where accurate data are essential for prosthetic and orthotic design. Conventional anthropometric data acquisition methods are often time-intensive and costly. This study establishes a comprehensive anthropometric database of Iranian ethnic groups utilizing three-dimensional scanning technology coupled with a Python-based algorithm for markerless foot measurement. Methods and Materials This cross-sectional study was conducted at the Iranian Foot Anthropometry Research Center (Sahand University of Technology, Faculty of Biomedical Engineering). The study population comprised 4,312 participants (2,527 males and 1,785 females), aged 6 to 76 years (mean 36.35 ± 14.76) from East Azerbaijan Province. A Python program has been developed to extract 35 anthropometric foot indices from three-dimensional scans without the need for physical markers. For validation purposes, 400 participants were randomly selected for two-dimensional foot scanning, with five foot-length indices and two foot-width indices extracted from both two-dimensional and three-dimensional scans. An independent samples t-test was performed using SPSS 26 to assess measurement reliability. Results Statistical analysis revealed that all indices demonstrated P-values exceeding 0.05, confirming the reliability of data extracted by the Python algorithm and establishing the methodological robustness of the three-dimensional scanning approach. Conclusion This study successfully validates the reliability of a Python-based algorithm for extracting anthropometric foot indices from three-dimensional scans, providing an efficient and accurate tool for foot measurement in clinical and research applications https://mme.modares.ac.ir/article_11469_20337d9ceb6b6438f1195b399ed0a0e2.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 3 2025 02 19 Numerical Study of a System Based on Phase Change Materials for Energy Storage in Buildings Considering the Geometric Characteristics of Integrated Fins بررسی عددی یک سیستم مبتنی بر مواد تغییر فاز دهنده برای ذخیره انرژی در ساختمان با درنظر گرفتن ویژگی‌های هندسی فین‌های ادغام شده 163 174 11470 10.48311/mme.2025.11470 FA علی مشیری دانشگاه علم و صنعت ایران محمدجواد راجی اسد آبادی دانشگاه علم و صنعت ایران مهدی مقیمی دانشگاه علم و صنعت ایران Journal Article Phase change materials (PCMs), due to their ability to store and release thermal energy, are widely used to enhance the energy efficiency of buildings and thermal systems. In this study, the effect of adding horizontal and angled fins to PCM-containing enclosures on the melting process and thermal performance was investigated numerically. The simulation results showed that the addition of fins, by increasing the contact surface and enhancing natural convection, accelerates the melting process and increases the average temperature of the enclosure. After 600 seconds, the average liquid fraction in the cases of no fin, horizontal fin, 30° positive-angle fin, and 30° negative-angle fin was 0.27, 0.42, 0.40, and 0.39, respectively. Similarly, the normalized average temperature of the PCM enclosure in these configurations reached 0.58, 0.94, 0.92, and 0.93, respectively. Among the different configurations, horizontal fins provided the most uniform heat distribution and were identified as the most suitable option for achieving complete and stable melting. Angled fins, depending on their orientation, can direct heat transfer toward specific zones: upward for 30° positive fins and downward for 30° negative fins. These findings highlight the importance of purposeful fin design tailored to practical needs and operational conditions for optimizing the performance of thermal energy storage systems مواد تغییر فازدهنده (PCM) به دلیل توانایی در ذخیره و آزادسازی حرارت، کاربرد گسترده‌ای در افزایش بهره‌وری انرژی ساختمان‌ها و سیستم‌های حرارتی دارند. در این پژوهش، اثر افزودن فین‌های افقی و زاویه‌دار به مخازن حاوی PCM بر فرآیند ذوب و عملکرد حرارتی سیستم به‌صورت عددی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان داد که اضافه کردن فین‌ها با افزایش سطح تماس و تقویت جریان همرفتی، موجب تسریع ذوب و افزایش دمای متوسط مخزن می‌شود. میانگین کسر حجمی مایع پس از 600 ثانیه، در حالت‌های بدون فین، فین افقی، فین با زاویه 30+ و فین با زاویه 30- به ترتیب برابر با 27/0، 42/0، 40/0 و 39/0 بود. همچنین، دمای میانگین مخزن در این حالت‌ها به ترتیب به 58/0، 94/0، 92/0 و 93/0 (به صورت نرمال‌شده) رسید. در میان پیکربندی‌های مختلف، فین‌های افقی به دلیل ایجاد توزیع یکنواخت حرارتی، مناسب‌ترین گزینه برای دستیابی به ذوب کامل و پایدار هستند. فین‌های زاویه‌دار نیز بسته به جهت‌گیری، می‌توانند تمرکز انتقال حرارت را به نواحی بالایی (زاویه 30+ درجه) یا پایینی (زاویه 30- درجه) مخزن تسهیل کنند. این یافته‌ها بیانگر اهمیت طراحی هدفمند فین‌ها متناسب با نیازهای کاربردی و شرایط عملیاتی در بهینه‌سازی عملکرد سامانه‌های ذخیره انرژی حرارتی است.

https://mme.modares.ac.ir/article_11470_139ae036df3080e2678cdb11bb2b88de.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 3 2025 02 19 Comparison of Glutaraldehyde-Stabilized Biological Valve with Decellularized Valve using Experimental and Numerical Analysis مقایسه دریچه بیولوژیکی تثبیت شده با گلوتارآلدهید با دریچه سلول‌زدایی شده با استفاده از تحلیل آزمایشگاهی و عددی 175 182 11471 10.48311/mme.2025.11471 FA رادمهر نورالدینی شاه آبادی دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران آیسا رسولی دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران 0000-0002-4612-2607 Journal Article Given the widespread use of heart valve prostheses, examining these prostheses in terms of biological function and biocompatibility is of particular importance. Mechanical valves have excellent durability; however, due to long-term use of anticoagulant medications, there is a risk of thromboembolism and bleeding. In this regard, biological valves are preferable. On the other hand, biological valves made from bovine pericardium have a shorter lifespan. The performance of biological valves depends on the collagen structure and mechanical behavior of the selected tissue. Therefore, it is necessary to choose suitable tissue for constructing these prostheses. The purpose of this study is to investigate the compatibility of stresses, strains, and the opening degree of a biological valve made from glutaraldehyde-stabilized donkey pericardial tissue compared to a biological valve made from decellularized donkey pericardial tissue. In this study, after chemical preparation of the tissue, uniaxial tests were performed on the tissues. Then, a finite element model was used with the extracted mechanical properties to evaluate tissue valve degradation and stress under physiological loading. The stress at peak systole in the valve with a glutaraldehyde-stabilized leaflet was 1.72 MPa, which was 1.17 MPa for the decellularized valve. The results indicate that the stress in decellularized tissue is relatively lower than in glutaraldehyde-stabilized tissue. The results of this study can be used in designing and constructing biological heart valves با توجه به استفاده گسترده از پروتز دریچه های قلبی آئورت، بررسی این پروتزها از نظر عملکرد زیستی و زیست سازگاری از اهمیت ویژهای برخوردار است. دریچه های مکانیکی از دوام عالی برخوردار هستند. با این حال، به دلیل استفاده طولانی مدت از داروهای ضد انعقاد، احتمال ترومبوآمبولی و خونریزی وجود دارد. از این نظر دریچه های بیولوژیکی ارجح هستند. از طرفی دریچه های بیولوژیکی با پریکارد گاوی طول عمر کمتری دارند. عملکرد دریچه های بیولوژیکی به ساختار کلاژن و رفتار مکانیکی بافت انتخابی بستگی دارد. بنابراین لازم است بافت مناسبی برای ساخت این پروتزها انتخاب شود. هدف این پژوهش، بررسی میزان تطابق تنش ها، کرنش ها و میزان باز شدن دریچه ی بیولوژیکی ساخته شده با بافت پریکارد الاغ تثبیت شده در گلوتارآلدهید با دریچه ی بیولوژیکی ساخته شده با بافت پریکارد الاغ سلول زدایی شده است. در این پژوهش پس از آماده سازی بافت از جهت شیمیایی، ابتدا آزمون های تک محوری بر روی بافت ها انجام شد. سپس مدل المان محدود با استفاده از خواص مکانیکی استخراج شده برای ارزیابی تخریب بافت دریچه و تنش تحت بار فیزیولوژیکی اعمال شد. تنش در اوج سیستول در دریچه با لت تثبیت شده با گلوتارآلدهید72/1 مگاپاسکال بود که این مقدار برای دریچه سلولزدایی شده 17/1 مگاپاسکال بود. نتایج حاکی از آن است که تنش در بافت سلول زدایی شده به نسبت در بافت تثبیت شده با گلوتارآلدهید کمتر است. از نتایج این مطالعه می توان در طراحی و ساخت دریچه های بیولوژیکی قلب استفاده کرد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11471_892d9369d20ca0bfedd0ba1cd9a557e7.pdf