دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
SIMULTANEOUS ESTIMATION OF HEAT FLUX INTO WORK PIECE AND CONVECTIVE HEAT TRANSFER COEFFICIENT IN MILLING PROCESS
تخمین همزمان ضریب انتقال حرارت جابهجایی و شار حرارتی در عملیات فرزکاری
3
10
21111
10.24200/j40.2018.10802.1433
FA
سمیه
داودآبادی فراهانی
گروه مهندسی مکانیک،دانشگاه صنعتی اراک
Journal Article
2017
08
06
This study investigates the simultaneous estimation of heat flux input into a
<br>work piece and convective heat transfer coefficient in milling operations. The
<br>material of the work piece is AISIH13. Temperatures in 5 points inside the work
<br>piece were measured using thermocouples(K-type). Two thermal models for the work piece were considered to solve the direct problem. Work piece material is an isotropic and the thermal property of work piece is constant. In the first
<br>thermal model, it is assumed that temperature changes only with time. This
<br>model uses the mean temperature of all thermocouples. For direct problem
<br>solving, the code of this model is written in MATLAB software. The second
<br>thermal model is a transient 3D problem and temperature inside work piece
<br>changes with time and location. This model uses the temperature of each
<br>thermocouple. For direct problem solving, the code of this model is written in
<br>ANSYS software. Heat flux and convective heat transfer in two thermal models
<br>are unknown. Thus, the inverse heat transfer method is used to estimate the
<br>unknowns. This problem will not be solved by standard inverse algorithms. Thus,
<br>pattern search algorithm and Nealder-Mead method are used. For both of
<br>algorithms, MATLAB toolbox was used. In this study, two cutting speeds of: 50mm
<br> min and 100mm min were considered. The estimated values for of the unknowns by using two thermal models were different due to the assumptions are considered for models. The results obtained by two thermal models are
<br>independent of the inverse algorithms. The results show the heat flux input
<br>into the work piece as the cutting speed increases. Convective heat transfer
<br>coefficient increases with increasing the cutting speed in the first thermal
<br>model; however, this parameter decreases with increasing the cutting speed in
<br>the second thermal model. The main reason for this behavior is that, in the
<br>second thermal model, the temperature gradient in all directions (XYZ) inside
<br>the work-piece was considered. Estimated temperatures are in good agreement
<br>with measured temperatures.
در این نوشتار به تخمین همزمان شار حرارتی ورودی به قطعهکار و ضریب انتقال حرارت جابهجایی در عملیات فرزکاری پرداخته شده است. دو مدل حرارتی صفربعدی و سهبعدی گذرا برای قطعهکار از جنس ۱۳AISIH در نظر گرفته ـ شده است. دماها در پنج نقطه در داخل قطعهکار با استفاده از<br />
ترموکوپل برای دو سرعت برشی mm/min۵۰ و mm/min۱۰۰ اندازهگیری شده است و برای تخمین مجهولات از روش جست و جوی الگویی و روش افمین سرچ استفاده شده است. نتایج حاصل از دو مدل حرارتی برای مجهولات متفاوت و تقریباً مستقل از الگوریتم معکوس است. نتایج نشان میدهد با افزایش سرعت برشی، شار حرارتی افزایش مییابد و ضریب انتقال حرارت جابهجایی، در مدل حرارتی اول افزایش و در مدل حرارتی دوم کاهش مییابد. همچنین هر دو<br />
الگوریتم با دقت خوبی مقادیر مجهول را بر اساس دماهای اندازهگیری شده و مدل حرارتی برآورد کردهاند.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
INTRODUCTION OF TWO SOLAR MSF DESALINATION SYSTEMS AND EXERGY ANALYSIS OF THEM BY ``STREAM WISE'' AND ``SINK AND SOURCE'' METHODS
معرفی دو آب شیرین کن تبخیر ناگهانی چندمرحلهیی خورشیدی و تحلیل اکسرژی آنها توسط روشهای «جریان نگر» و«چشمه و چاه»
11
21
21112
10.24200/j40.2018.10794.1430
FA
حمید
عبداله زرگر
دانشکده ی مهندسی مکانیک، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران
حسین
احمدی دانش آشتیانی
دانشکده ی مهندسی مکانیک، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران
Journal Article
2017
11
21
According to the comparison of desalination systems and other energy consuming processes, it is observed that the energy consumption rate of desalination systems is high than that of others. Solar energy is one of the best forms of renewable energies in the world. Therefore, recently, the utilization of solar energy for setting up desalination systems has become quite widespread. Common exergy analysis method by ``Stream wise'' uses input and output exergy of streams assess the exergy efficiency and irreversibility. In the present study,
an exergy analysis method namely ``Sink and Source'' is illustrated. The common exergy analysis method usually computes a system's efficiency by more than a
rational value. For example, computed exergy efficiency of a high- capacity
system through the Stream wise method is 91.84\%, while exergy efficiency of a
high-capacity system is assessed to be 7.43\% through the Sink and Source method. The inefficiency of the traditional method is also shown in the analysis of a low-capacity system. For example, the computed exergy efficiency of a low- capacity desalination system through the Stream wise method is 96.77\%, while exergy efficiency of a low- capacity desalination system is 19.57\% through the Sink and Source method. There is a theory about the reverse relation of utility fluid temperature and exergy efficiency of systems. The validation of the mentioned theory is measured by Sink and Source exergy analysis method. In the following, in order to reduce energy consumption of the analyzed system, a solar field is suggested for a high- capacity system. Due impossibility of implementing of the mentioned solar field in Iran and the low efficiency of high-capacity desalination plants, a new low-capacity desalination plant is suggested by the imposition of little changes on operating parameters of the high-capacity system. The presented low- capacity desalination system has higher exergetic efficiency and is capable of working with non-concentrating solar collectors. Finally, the proposed argument is validated based on the obtained results, and it is shown that the Stream wise method loses its functionality in some conditions.
در این مقاله روش جدیدی برای تحلیل اکسرژی سیستمها ارائه شده که به «تحلیل چشمه و چاه» موسوم است. در روش متداول تحلیل اکسرژی، معمولاً بازده سیستمها بیش از آنچه که هست نشان داده میشود. به طور مثال بازده اکسرژی محاسبه شده از روش متداول برای سیستم ظرفیت بالا حدود ۹۱٫۸۴\٪ بوده در حالی که در روش جدید، این مقدار معادل ۷٫۴۳\٪ به دست میآید. در ادامه، یک مزرعهی خورشیدی جهت تأمین سیال کمکی ارائه میشود. در حال حاضر با توجه به عملی نبودن اجرای یک مزرعهی خورشیدی در ایران و همچنین پایین بودن بازده اکسرژی آب شیرینکن، با ایجاد تغییراتی در این سیستم، آب شیرینکن ظرفیت پایینی پیشنهاد شده است که بازده اکسرژی آن بالا رفته و با کمک کلکتورهای خورشیدی غیرمتمرکز کننده قابلیت کارکرد دارد. همچنین در این مقاله ناکارآمدی روش جریاننگر در تحلیل یک نوع آب شیرینکن ظرفیت پایین نیز نشان داده میشود.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
ANALYTICAL STUDY OF THE EFFECT OF LOCAL THERMAL NON-EQUILIBRIUM INTENSITY IN POROUS FOAMS
بررسی تحلیلی اثر شدت عدم تعادل حرارتی محلی در فومهای متخلخل
23
32
21117
10.24200/j40.2018.10832.1451
FA
آرمین
عبداللهی پور
دانشکده ی مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی
جواد
امینیان
دانشکده ی مهندسی مکانیک و انرژی - دانشگاه شهید بهشتی
Journal Article
2017
11
22
As a kind of compact heat transfer media, open-cell foams offer a combination
of advantages that include high porosity, high surface density, low pressure
drop, and long-term service, making them well suited for advanced heat recovery
applications. The study of fluid flow and heat transfer in porous foams is generally carried out using two models, namely the Local Thermal Equilibrium (LTE) and
the Local Thermal non-Equilibrium (LTNE). The LTE model assumes no temperature difference between the local fluid and solid struts. However, when there is a significant temperature difference between solid and fluid phases,
then the local phases must be treated individually by the LTNE model. The LTNE
model is more difficult to apply because of more information required on the
interfacial heat transfer coefficient, which is usually obtained through
experimental investigations. In this study, by defining Nusselt deviation
obtained by the LTE and LTNE models, operational and geometrical conditions in
which the effect of LTNE model is significant are determined. As a matter of
fact, based on this analysis, one can choose a suitable model for heat transfer
analysis in porous open-cell foams based on the solid foam properties (such as
porosity, pore density, and thermal conductivity of the foam) and the desired
operating conditions (such as fluid velocity, pipe diameter, and thermal conductivity of the fluid). Results show that among the properties of porous
foams, lower pore density and higher thermal conductivity (metallic foams
against the ceramic foams) have the greatest impact on the importance of the
LTNE model. From the viewpoint of flow operating conditions, the lower flow
velocity, smaller pipe diameter, and lower thermal conductivity of the fluid
increase the importance of the LTNE model in heat transfer analysis of porous
foams. Among the parameters mentioned above, thermal conductivity of porous
foam has the greatest impact on the local thermal non-equilibrium intensity.
مطالعهی جریان سیال و انتقال حرارت درون فومهای متخلخل با استفاده از دو مدل تعادل حرارتی محلی (LTE) و عدم تعادل حرارتی محلی (LTNE) صورت میگیرد. در این نوشتار با تعریف انحراف ناسلت بین دو مدل LTE و LTNE شرایطی که در آن اثر LTNE قابل توجه است تعیین شده است. درواقع با استفاده از این تحلیل کاربر میتواند با توجه به خواص هندسیفوم مورد نظر ـ مانند تخلخل، چگالی حفرات و هدایت حرارتی فوم ـ و شرایط عملیاتی مانند سرعت و هدایت حرارتی سیال، مدل مناسب برای انتقال حرارت در فوم را انتخاب کند. نتایج نشان میدهد که اثر LTNE در تخلخل و چگالی حفرات پایین و هدایت حرارتی بالای فوم (فومهای فلزی نسبت به سرامیکی) و در سرعتها و هدایت حرارتی پایین سیال بیشتر اهمیت دارد. همچنین، در میان پارامترهای مذکور، اثر «هدایت حرارتی فوم» بر شدت عدم تعادل حرارتی محلی بیشینه است.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
FINITE ELEMENT MODELING OF TIRE MOVEMENT ON A SMART ASPHALT PAVEMENT AND INVESTIGATION OF DAMAGE RECOVERY (HEALING) EFFECT ON ITS LIFETIME
مدلسازی اجزاءمحدود حرکت تایر بر روی بستر آسفالت هوشمند و بررسی اثر بازیابی آسیب (ترمیم)
33
40
21118
10.24200/j40.2018.10835.1452
FA
روزبه
اقبال پور
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران
مصطفی
باغانی
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران
حمید
شهسواری
دانشکده ی مهندسی مکانیک ، دانشگاه صنعتی شریف
محمد
شجاعی فرد
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف
سعید
سهراب پور
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2017
11
22
The destruction of asphalt pavements is one of the biggest problems in road
construction in the world, which incurs a huge amount of annual rebuilding. The
healing process to recover damage is one of the effective methods to extend the
life of these pavements, which has been presented by researchers in recent
years. Self-healing polymers are a class of smart materials that, without the
need for external stimulation, can repair part of the damage generated as
microcracks and microvoids in their microstructures. Along with the purpose of
the study, i.e., investigating the effect of healing in the lifetime of asphalt
pavements, the explicit time-discrete form of the thermodynamically consistent
model is presented in order to be utilized in a finite element ABAQUS software
by VUMAT subroutine. The discretization method mentioned here has benefits such as low calculation costs and high reliability in response. Then, three-dimensional modeling of general vehicles' tire has been done using hyperelastic and viscoelastic materials in order to have the desired deformation on the pavement after applying the load. In the following, to evaluate permanent deformations (common failures in the asphalt pavement) and the effect of the healing process on its dilation, it is necessary to simulate its behavior in high-cycle loadings. In order to reduce the cost and time of computation, an alternative method has been used. In this method, in order to speed up the growth of damage and, also, healing effect, tire moving velocity has decreased. This may increase the time of loading on asphalt; therefore, rate of damage increase. In this simulations, the life of the asphalt pavement is compared with the effect of healing and without the effect. The results obtained from the simulations show that, by applying the effect of healing, the growth rate of damage and destructions caused by the permanent deformation of the pavement decreases, and the pavement lifetime can be increased up to more than 70\%.
خرابی در بسترهای آسفالتی یکی از بزرگترین مشکلات راهسازی است که سالانه مبالغ فراوانی صرف بازسازی آنها میشود. فرایند ترمیم برای بازیابی آسیب یکی از روشهای مؤثر به منظور افزایش عمر این بسترهاست که اخیراً توسط محققین ارائه شده است. لذا در این پژوهش با در نظر گرفتن یک مدل سازگار ترمودینامیکی، رفتار مکانیکی بستر آسفالت خودترمیم حین حرکت وسیلهی نقلیه در نرم افزار اجزاء محدود بررسی شده است. به همین دلیل مدل ساختاری مذکور صریحاً گسستهسازی زمانی شده و در غالب زیرروال VUMAT در نرم افزار ABAQUS مورد استفاده قرار گرفته است. در این شبیهسازی عمر بستر آسفالت با در نظر گرفتن اثر ترمیم
و بدون آن مقایسه میشود. نتایج به دست آمده از شبیهسازیهای انجام گرفته نشان میدهد که با اعمال اثر ترمیم سرعت رشد آسیب و خرابی ناشی از تغییر شکل دائمی بستر کاهش پیدا کرده و میتوان عمر بستر را تا بیش از ۷۰\٪ افزایش داد.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
NUMERICAL INVESTIGATION OF THE EFFECT OF ROUGHNESS PATTERN ON CONTACT ANGLE MEASUREMENT OF DROP ON THE SURFACE
بررسی عددی اثر الگوی زبری در محاسبه ی زاویه ی تماس قطره روی سطح
41
48
21115
10.24200/j40.2018.10833.1450
FA
محمد
آزادی تبار
دانشکده ی مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف
فرزاد
برزگر
دانشکده ی مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف
محمد حسین
غضنفری
دانشکده ی مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2017
12
04
Controlling surface properties, such as wetting, plays an important role in the
research and development of various industries. Even though wettability has
many applications in diverse technologies, such as painting, filtration, printing, porous media saturation, medicine, climate, soil, plant biology, and oil recovery enhancement, the effect of roughness pattern on contact angle and wetting needs more attention. In this study, application of the Cassie---Baxter equation for calculating the apparent contact angle of drops with different sizes on the rough surfaces is investigated. To do this, the free energy equation is analyzed on a rough and chemically homogeneous surface to study the Cassie-Baxter equation along with line tension and roughness. The contact angle calculated by using the surface fraction approximation of Cassie-Baxter for rough pattern surfaces has been compared with the values obtained from the developed numerical method. Moreover, the concept of length fraction proposed by Jaroslaw and Miller is discussed, and a numerical method is established to compute its value. To do this, spherical drops of different sizes are simulated on an artificial rough surface consisting of an array of cubic roughness. The line and surface fraction occupied by the drop are calculated and compared with the Cassie-Baxter approximation of surface fraction. Furthermore, the difference in advancing contact angle obtained by the numerical method and Cassie-Baxter model are compared. By using a developed numerical method, the length fraction and surface fraction can be computed for a wide range of drop sizes and roughness dimensions. The length fraction and surface fraction obtained in this work show oscillation behavior around the Cassie-Baxter approximation. When the drop radius tends to infinity, both values of surface and length fraction are equal to the Cassie-Baxter approximation. The results of this work help analyze predict the apparent contact angle value for a wide range of drop sizes on rough surfaces for wettability determination.
در این مطالعه، کاربرد معادلهی کسی ـ بکستر در محاسبهی زاویهی تماس ظاهری برای قطرات با اندازهی مختلف روی سطح زبر بررسی شده است. زاویهی تماس محاسبه شده از تقریب کسر سطحی ارائه شده توسط کسی ـ بکستر در سطوح زبر با مقدار حاصل از روش عددی توسعه داده شده در این مطالعه، مقایسه شده است. همچنین مفهوم کسر طولی پیشنهادی توسط یارسلو و میلر بررسی و روش عددی برای محاسبهی آن ارائه شده است. بدین منظور قطرات کروی در اندازههای مختلف روی سطح مصنوعی زبر با ساختار زبری مکعبی شبیهسازی شده است. کسر طولی و کسر سطحی محاسبه شده توسط روش عددی توسعه داده شده در این کار، حول تقریب کسی ـ بکستر
رفتاری نوسانی دارد. مقدار این دو کسر هنگامی که شعاع قطره به بینهایت میل میکند، برابر تقریب کسی ـ بکستر است. نتایج این کار به تحلیل و پیشبینی مقدار زاویهی تماس برای بازه گستردهیی از ابعاد قطرات بهمنظور تعیین ترشوندگی در سطوح زبر کمک میکند.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
EXPERIMENTAL STUDY OF DROPLET SPLASHING ON VISCOELASTIC SUBSTRATE
بررسی تجربی پاشش قطره در برخورد با سطح نرم
49
55
21110
FA
امیر
کریم دوست یاسوری
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه لرستان، خرم آباد
مظفر
شکری راد
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه لرستان، خرم آباد
حسین
حاتمی
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه لرستان، خرم آباد
محسن
ایزدی
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه لرستان، خرم آباد
Journal Article
2017
12
18
The impact of a liquid droplet on a solid substrate and the subsequent splash-defined as the detachment of small satellite droplets from the spreading drop\\u{2014}is a common everyday phenomenon. Despite splashing''s ubiquity, both in our personal experience, and in such diverse applications as ink-jet printing, fuel combustion, industrial spray coating, and pesticide delivery, the mechanism of such splashes is not yet fully understood. For some applications, such as fuel combustion, splashing is beneficial, while for others, such as pesticide delivery, splashing should be minimized. For these reasons, it is important to understand the splash mechanism, and which parameters can be used to effectively control splashing behavior. The role of the compliance of soft substrates in drop splashing is important to understand it, since it is involved in many common applications, such as pesticide spray on leaves and spray cooling of flexible surfaces. When a liquid drop hits a solid surface, it often splashes and breaks into thousands of smaller droplets. Splashing occurs as two distinct types of prompt and corona. Prompt splashing takes place under the influence of surface roughness and corona splashing happens under the influence of the surrounding air of drop. In this study, splashing of droplet in impact on soft viscoelastic PDMS substrate with different film thicknesses using high-speed cameras was investigated experimentally. A mixture of ethanol water droplets was used in the millimeter size with different physical properties for impact velocities of 3.5 to 5 m/s. Advancing and receding contact angles and roughness of substrate of different softnesses and thicknesses of the film were measured to determine the wettability of surfaces. It can be observed that, at a specified time, from the moment of impact on, the substrate with greater film thickness has lager corona height. The experimental results showed that the an increase in surface softness and thickness of the film, increases the contact angle hysteresis. Moreover, the softness and thickness of substrate have little effect on splashing deposition threshold.
در این تحقیق، پاشش قطره در برخورد با سطوح نرم ویسکوالاستیک پلیدیمیتیل سیلوکسان با ضخامتهای فیلم مختلف با استفاده از دوربین سرعت بالا به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. از مخلوط قطرات آب و اتانول در اندازه میلیمتر با خواص فیزیکی مختلف برای سرعت برخورد ۳٫۵ تا ۵ متر بر ثانیه استفاده شد. زوایای تماس پیشروی و پسروی و زبری سطوح با نرمی و ضخامتهای مختلف فیلم برای تعیین وضعیت میزان ترشوندگی سطوح اندازهگیری شد. مشاهده شد که در زمان مشخصی از لحظهی برخورد برای سطح با ضخامت بیشتر فیلم، ارتفاع پاشش بیشتر است. نتایج تجربی نشان داد که افزایش نرمی سطح و ضخامت فیلم، هر دو به افزایش پسماند زاویهی تماس منجر میشود. همچنین نرمی و ضخامت سطح اثر کمی بر مرز پاشش / عدم پاشش دارد.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
NUMERICAL INVESTIGATION OF THE SOLAR CHIMNEY PERFORMANCE WITH THE INTERMEDIATE ABSORBING WALL
بررسی عددی نحوهی عملکرد دودکش خورشیدی همراه با دیوار جاذب میانی
57
66
21113
10.24200/j40.2018.10836.1454
FA
ایمان
پیشکار دهکردی
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور
بهزاد
قاسمی
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد
Journal Article
2017
12
31
The design of air conditioning systems is one of the effective factors in optimizing energy consumption in residential and commercial buildings. In this study, the performance of a solar chimney with different solar thermal flux on it and the use of an absorbent wall in the chimney have been investigated. Increasing the air temperature adjacent to the absorbing wall has the effect of thermosyphon in the chimney that ultimately leads to continuous air movement inside the chimney. In most of the proposed designs for these chimneys, the absorbing wall is one of the sidewalls. With sunlight warming up the wall, the air flows into the chimney. By heating the absorbing wall and increasing the temperature gradient, some heat in this wall will be lost through the conduction phenomenon in the wall thickness to the outside or inside the building. In the proposed scheme, the absorbing wall is located in the middle of the chimney and since the optimum width for the chimney is between 0.2m and 0.3m, in the proposed scheme, the distance between each wall and the intermediate absorbing wall is equal to 0.25m. In order to simulate the flow field, the equations of mass, momentum, and energy conservation are solved in the two-dimensional form with constant, incompressible, and turbulent flow assumptions simultaneously. To solve the equations, an academic code based on Fortran's language and SIMPLE algorithm is used. Due to the nature of the turbulent flow of air within the solution field, the $k-\varepsilon$ turbulent model is used because of the good performance of this model in simulating boundary layer flows with high reciprocating gradients. The
intensity and concentration of heat transfer and geometric parameters related
to the solar chimney, such as the entrance area, the thickness and length of the absorbing wall, and the location of the absorbing wall in the amount of discharged air flow have been investigated and the optimal values for maximum air discharge have been extracted. Moreover the absorbent wall partitioning is presented as a novel solution to increase the thermosyphon phenomenon in the solar chimney.
در این تحقیق عملکرد یک دودکش خورشیدی با شار حرارتی متفاوت خورشید روی آن و استفاده از دیواره جاذب در میان دودکش با استفاده از پدیدهی ترموسیفون مورد بررسی قرار گرفته است. شدت و تمرکز انتقال حرارت و پارامترهای هندسی مربوط به دودکش خورشیدی از قبیل محل ورودی، ضخامت و طول دیوار جاذب و محل دیوار جاذب در میزان دبی هوای جابهجا شده بررسی و مقادیر بهینه برای دبی هوای بیشینه استخراج شده است. معادلات مربوط به جریان درون دودکش خورشیدی با استفاده از تقریب بوزینسک و در نظر گرفتن خواص فیزیکی ثابت و جریان پایدار، طی یک تحلیل عددی با استفاده از روش حجم محدود حل شده است و صحت نتایج با نتایج عددی و تجربی دیگران بررسی شده است. همچنین در این پژوهش المانبندی دیوار جاذب به عنوان راهکاری جدید برای افزایش پدیدهی ترموسیفون و دبی هوای خروجی در دودکش خورشیدی ارائه شده است.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
NUMERICAL SIMULATION OF CONJUGATE HEAT TRANSFER IN THE RECTANGULAR COOLING CHANNEL AT SUPERCRITICAL PRESSURES
شبیهسازی عددی انتقال حرارت کو پل درون کانال خنککاری مستطیلی در فشار فوق بحرانی
67
77
21116
10.24200/j40.2018.50479.1462
FA
عباس
ابراهیمی
دانشکده ی مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف
مریم
شکری
دانشکده ی مهندسی هوافضا- دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2018
03
11
In the present study, the conjugate heat transfer in a rectangular cooling channel is numerically simulated in supercritical pressure conditions. The compressible methane flow is considered as a working fluid. A finite volume scheme is utilized for the discretization of the governing equations on a collocated grid. Moreover, the central differencing scheme is employed for the discretization of the diffusion fluxes and density approximation on the control volume boundaries. Upwind and hybrid schemes are used for the density correlation approximation and the convective fluxes discretization on the control volume surfaces, respectively. An iterative solution method based on the SIMPLEC (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations-Consistent) algorithm is adopted to solve the equations. The solver is developed based on the thermodynamic and transport property relations corresponding to the coolant flow conditions in the transcritical regime. The solver is validated with the experimental data of the MTP test, and the thermal behavior of methane inside the rectangular cooling channel is investigated. Moreover, a relation is derived to calculate the pseudo-critical temperature of methane according to pressure. The relative error of this relation with NIST data is less than 0.5 percent, and it operates in a range of pressure from 4.6 MPa to 30 MPa. Furthermore, the Nusselt relations presented for coolant flow with supercritical pressures are studied and corrected for the methane coolant in supercritical pressure conditions in 3D rectangular cooling channels. The relative error of modified Nusselt relations with numerical data is less than
1.0 percent.
در پژوهش حاضر، حلگری برای شبیهسازی انتقال حرارت کوپل از دیواره به سیال خنککنندهی متان درون کانال خنککاری بازیابی مستطیلی درفشارهای فوق بحرانی توسعه داده شده است.
از روشهای گسستهسازی حجم محدود، الگوریتم حل سیمپلسی، روش میانیابی رای ـ چو و روابط ترمودینامیکی و خواص انتقالی متناسب با شرایط سیال خنککننده در رژیم گذربحرانی استفاده شده است. اعتبارسنجی حلگر با استفاده از دادههای تجربی متان در آزمونهای MTP انجام شده است. با استفاده از دادههای ترمودینامیکی مرجع NIST، رابطهیی با خطای کمتر از ۰٫۵ درصد برای محاسبهی دمای شبه بحرانی متان در فشار ۴٫۶ تا ۳۰ مگاپاسکال استخراج شده است. دقت روابط ناسلت مختلف شامل پیتلا، پیزارلی و تیلور برای تخمین ضریب انتقال حرارت متان در فشارهای فوق بحرانی ارزیابی و مقایسه شده است. همچنین، خطای روابط ناسلت پیشنهادی برای سیال خنککنندهی متانی درون کانال سهبعدی مستطیلی کمتر از ۱\٪ است.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
NUMERICAL STUDY OF AERODYNAMIC NOISE REDUCTION ON A SQUARE CYLINDER USING SPLITTER
بررسی عددی کاهش نویز آیرودینامیکی جریان روی یک سیلندر مربعی با به کارگیری اسپلیتر
79
87
21114
10.24200/j40.2018.50222.1456
FA
ثاراله
عباسی
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک
محمد
سوری
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک
Journal Article
2018
03
13
In this article, a numerical study of the effect of splitter plates located on the wake zone of a square cylinder on vortex formation control and aerodynamic noise reduction is presented. The flow is assumed to be unsteady and is simulated using the URANS equations and applying the turbulence model $K-\omega-SST$. Aerodynamic noise calculations are carried out by the use of lighthill analogy. For this purpose, a cylinder with a square cross-section (D = 10 mm) has been used and splitters are assumed to have a constant thickness of 2 mm with different lengths. In order to verify the numerical results, the sound pressure level obtained in different situations is compared with the experimental results, and good agreement is observed. The significant reduction of the level of sound pressure of 15\% and the reduction of fluctuations with the increase of the Wake area, as well as the reduction of aerodynamic forces by applying splitter, are the results of this study. By applying a splitter with a length equal to the cylinder side, the difference in forward and backward pressure of the intermediate pressure decreases by about 40\%, which results in a decrease of about 16\% in the averaged drag. In this case, the Reynolds stress is reduced by about 60\%
as well as the pressure fluctuations by about 50\%. The observation of the structure of the flow indicates that the splitter application is prevented from moving the fluid into the inner surface of the shear layers detached by the downstream splitter. The observation of the structure of the flow indicates that the splitter application is prevented from moving the fluid into the inner surface of the shear layers detached by the downstream spinner. Investigating the details of the unsteady flow structure shows that fluctuations in flow and aerodynamic forces have been reduced due to a longitudinal increase in the wake zone.
نوشتار حاضر به بررسی عددی اثر اعمال اسپلیتر واقع در ناحیهی دنباله یک سیلندر مربعی بر کنترل جریان و کاهش نویز آیرودینامیکی میپردازد. بدین منظور سیلندری با مقطع مربعی با ضلع D=10mm و اسپلیترهایی با ضخامت ثابت ۲ میلیمتر و طولهای مختلف (0
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
FREE VIBRATION ANALYSIS OF FUNCTIONALLY GRADED ANNULAR SECTOR PLATES BY THE EXTENDED KANTOROVICH METHOD
بررسی ارتعاشات آزاد صفحات قطاعی حلقوی ساخته شده از مواد تابعی مدرج با استفاده از روش کانترویچ توسعه یافته
89
98
21297
10.24200/j40.2018.51173.1471
FA
فمیدا
فلاح رجب زاده
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف
امید
گرشاسبی
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف
امیرحسین
شهدادی
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2018
07
25
In this paper, free vibration of functionally graded (FG) annular sector plates is studied using the extended Kantorovich method (EKM). To this end, based on
the first-order shear deformation theory (FSDT) and Hamilton's principle, the
equations of motion which are five coupled partial differential equations in
terms of five displacement field variables are derived. By applying the EKM,
the governing equations are reduced to two sets of ordinary differential equations in radial and circumferential directions which are solved using generalized differential quadrature method (GDQM) and state-space method, respectively. Natural frequencies are obtained through an iterative process for FG sector plates with different types of clamped and simply supported boundary conditions at the radial and circumferential edges. The results are validated by comparison with the existing ones in the literature. Finally, the effect of various parameters such as boundary conditions, material constants, and geometric parameters of the plate on the natural frequencies of FG annular sector plates is investigated. This is the first time that the EKM is used for vibration analysis of plates in polar coordinate. It is shown that the method has high accuracy and convergence for vibration analysis of plates in polar coordinate, similar to its performance in Cartesian coordinate. In addition, it is concluded that the initial guess, as the first approximation for the
solution, has no effect on the final results. Furthermore, it is observed that
increasing the sector angle reduces the natural frequencies while increasing
the plate thickness increases them (reduces the non-dimensional natural
frequencies introduced in this paper) due to the increasing plate rigidity. This effect is more pronounced in higher modes rather than the lower ones. Finally, the natural frequencies presented via a semi-analytical method for FG annular sector plates with various boundary conditions, material constants, and geometric parameters can be used as a benchmark for future studies.
در این مقاله ارتعاشات آزاد صفحات قطاعی حلقوی ساخته شده از مواد مدرج تابعی با استفاده از روش کانترویچ توسعه یافته مورد بررسی قرار میگیرد. بدین منظور، بر اساس نظریهی تغییر شکل برشی مرتبه اول و اصل همیلتون، معادلات حرکت که پنج معادلهی دیفرانسیل جزئی و کوپل هستند، استخراج میشود. با اعمال روش کانترویچ توسعه یافته بر این معادلات، دو دسته معادلات دیفرانسیل معمولی به دست میآید که برای ترکیب شرایط مرزی گیردار و ساده با استفاده از روش فضای حالت و مربعات دیفرانسیل تعمیم یافته حل شوند، و در یک روند تکراری فرکانسهای طبیعی سیستم به دست میآید. در ادامه نتایج این تحقیق با نتایج مطالعات پیشین مقایسه و صحتسنجی میشود. سپس اثر پارامترهای گوناگون مانند شرایط مرزی، ثابت ماده و پارامترهای هندسی ورق بر فرکانسهای طبیعی صفحات قطاعی حلقوی مدرج تابعی بررسی میشود.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
PROPOSING AND ANALYSIS OF TWO COUPLED STIRLING ENGINES FOR HEAT-TO-COOL CONVERSION
تحلیل سازوکار تولید سرما از گرما با استفاده از دو موتور استرلینگ کوپل شده
99
105
21461
10.24200/j40.2019.51359.1472
FA
محمد هادی
کتولی
دانشکده ی علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران
0000-0003-3368-6902
رضا
عسکری مقدم
دانشکده ی علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران
احمد
حاجی نژاد
دانشکده ی علوم و فنون نوین - دانشگاه تهران
Journal Article
2018
08
05
The Stirling cycle is one of the thermodynamic cycles that has many advantages.
Advantages of this cycle have made Stirling engines popular and widely applicable to the industry and other applications. One of the advantages of the
Stirling cycle is its ability to operate inversely to produce cold energy. In this paper, a novel structure is proposed by which cold energy can be produced by a heat source using the coupling of two similar Stirling engines. By using this system, cold energy can be produced directly by the heat generated from renewable or non-renewable sources. The system is able to produce cold energy at different temperatures using solar energy, heat dissipation in thermal systems, biomass fuel, or other heat sources. Thermal energy is directly converted to the required mechanical energy for refrigeration in this system, which is the reason why this system is more efficient than others that convert mechanical energy to electrical energy and, then, convert the electrical energy to cold energy. In this paper, in addition to introducing and analyzing the proposed system, simulations are performed, showing that a temperature of $5^{0}C$ can be produced using a solar dish at an ambient temperature of $60^{0}C$, which is suitable for saving foodstuffs and vegetables. It is assumed that the first Stirling engine produces about 60 J work from solar energy. Then, this amount of work is transferred to the second engine using a mechanical belt. The second engine produces cold energy using the transferred work. The proposed Stirling engines include two identical ST500 Gamma-type Stirling engines coupled to each other to convert heat to cool. Environmental conditions are assumed based on actual values and requirements in the south of Iran.
چرخهی استرلینگ یکی از چرخههای ترمودینامیکی است که مزیتهای فراوان آن باعث شده تا امروزه موتورهای استرلینگ در صنعت و دیگر کاربردهای روزمره مورد استفاده قرار بگیرد. یکی از مزیتهای موتور استرلینگ قابلیت عملکرد معکوس این چرخه بهمنظور تولید سرمایش است.
در این نوشتار ساختار جدیدی پیشنهاد میشود که در آن، با اتصال دو موتور استرلینگ مشابه به یکدیگر میتوان با استفاده از یک منبع حرارتی، سرمایش تولید کرد. در این نوشتار علاوه بر معرفی و تحلیل این سامانه، شبیهسازیهایی انجام شده که نشان میدهد میتوان با استفاده از یک آینهی متمرکزکنندهی نور خورشید، در دمای محیطی ۶۰ درجه سانتیگراد، سرمایش در دمای ۵ درجه سانتیگراد جهت نگهداری مواد غذایی ایجاد کرد. شرایط محیطی بر اساس مقادیر واقعی حاصل از آزمایش و نیاز کاربران در جنوب کشور ایران در نظر گرفته شده است. یادآور میشود علاوه بر انرژی خورشیدی به عنوان منبع حرارتی، میتوان از سایر منابع انرژی تجدیدپذیر یا
فسیلی نیز استفاده کرد.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
THERMODYNAMIC AND ECONOMIC OPTIMIZATION OF THE REFRIGERATION SYSTEM IN A BUILDING
بهینهسازی ترمودینامیکی و اقتصادی سیستم خنککننده در یک ساختمان مسکونی
107
116
21298
10.24200/j40.2018.51548.1474
FA
افسانه
صادقی
دانشکده ی مهندسی مکانیک - دانشگاه اراک
سمیه
داودآبادی فراهانی
دانشکده مهندسی مکانیک - دانشگاه صنعتی اراک
Journal Article
2018
09
12
An air conditioning system for a sample building with an area of 97.1m2 on the
floor was considered. Three cooling systems are considered: a normal compression refrigeration system, a refrigeration system with an economizer, a
refrigeration system with two compressors. The working fluid in three systems
is R - 134 a. First, thermodynamic and economic modeling of each cycle was
done, which was followed by considering the performance coefficient as thermodynamic representative and the total income requirement as economic
representative. The functional pressures and the ratio of mass flow rate in the
economizer are chosen as decision variables. The optimization method is Multi
objective Genetic algorithm (NSGAII), and the final option is chosen using the
Analytic Hierarchy Process. The economic model takes into account the cost of
the components, including amortization and maintenance. In order to
de\u{fb01}ne a cost function, which depends on the optimization parameters of
interest, component costs have to be expressed as functions of thermodynamic
variables. The noteworthy point is that the cycle costs are higher than the
other two cycles, and the compressor cycle costs are higher than the normal
refrigeration cycle. This behavior results from the higher heating of the cycle
with two compressors compared to the normal cycle. The cost of the installation
of an economizer has increased the cost of the refrigeration cycle with an economizer. In this cycle, the flow rate in the evaporator is low and, to achieve the chiller load, the heat exchanger surface is higher. The cycle performance with an economizer is more than that in two other cycles, and the cost of the cycle with two compressors is higher than that of the other two cycles. In the evaluation of options, the scale of the performance coefficient is measured by 2 to 1. Based on the observed results, the normal compression refrigeration system is chosen because it is more inexpensive than other options; then, the system with an economizer is chosen as the second option.
در این پژوهش هدف ارائه راهبرد یافتن حالت بهینه یک سیستم تبرید برای یک ساختمان مسکونی در شهر تهران از میان سه سیستم تبرید تراکمی معمولی، دوکمپرسوره و با صرفهجویی کننده با سیال عامل R-134a است. ضریب عملکرد و نیاز درآمدی کل به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شده اند و روش بهینهسازی روش الگوریتم ژنتیک دوهدفه است. فشارهای عملکردی و نسبت دبی جرمی در صرفهجویی کننده به عنوان متغیرهای اثرگذار انتخاب شدهاند. گزینه مناسب از جبهه پارتو با استفاده از روش تاپسیس انتخاب شده است. بیشترین ضریب عملکرد برای سیکل تبرید با صرفهجویی کننده و کمترین هزینه برای سیکل تبرید معمولی است. بهترین حالت از حالت بهینه سه سیکل تبرید با استفاده از روش تصمیمسازی نوین سلسله مراتبی، معیار اقتصادی و معیار عملکرد مشخص شده است و اولویت اول، دوم و سوم به ترتیب با سیستم تبرید تراکمی معمولی، با صرفهجویی کننده و دوکمپرسوره است.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
A REVIEW OF DUST REMOVAL METHODS FROM THE SURFACE OF PHOTOVOLTAIC PANELS
مروری بر روشهای حذف گرد و غبار از سطح پنلهای فتوولتاییک
117
127
21462
10.24200/j40.2019.52496.1496
FA
اصلان
غلامی
دانشکده ی مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی
شهاب
اسلامی
دانشکده ی مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی
آرین
تاجیک
دانشکده ی مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی
محمد
عامری
دانشکده ی مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی
رقیه
گوگساز قوچانی
دانشکده ی مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی
مجید
زندی
دانشکده ی مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی
Journal Article
2019
02
04
In recent years, the utilization of clean energies, especially solar energy, has increased dramatically due to their advantages over fossil fuels. This increase has led to a sharp rise in research and development activities in order to improve and optimize the energy harvesting possesses. The installation of photovoltaic power plants is the most common method for converting solar energy to electricity. However, the performance of the photovoltaic systems is extensively a function of environmental conditions such as solar radiation, ambient temperature, wind, humidity, and dust. In this regard, regions with high solar potential such as the Middle East and North Africa are favorable for the installation of photovoltaic plants. However, these regions are typically considered to be arid and deserted areas, in which the dust activities would significantly affect the performance of photovoltaic panels. In such a region, which is repeatedly faced with dust activities and aerosol dispersion, the accumulation of dust on the surface of panels is much more serious. Therefore, understanding the various dust particles removing methods from the surface of photovoltaic panels is crucial in such regions. The present study conducted a comprehensive review of the related literature in the field of photovoltaic panels cleaning methods. It was shown that these methods could be divided into four categories of natural, mechanical and electromechanical, electrostatic protection, and utilization of micro and nanoscale coatings. Furthermore, in order to provide a deeper insight into the optical and thermal modeling of photovoltaic panels and dust impacts, the related governing equations were provided. Moreover, the chemical and physical properties of accumulated dust on panels such as its size and morphology were described in detail. Investigating the related literature shows the urgent need for further research in this area, especially in the climate of Iran. The results of the current study can serve as a thorough reference for researchers, designers, and engineers who deal with photovoltaic systems in regions struggling with dust events such as the Middle East and North Africa.
بسیاری از مناطقی که پتانسیل تابشی بالایی برای نصب پنلهای فتوولتاییک دارند، مناطقی با آب و هوای خشک هستند؛ پدیده گرد و غبار در این مناطق به شدت بر عملکرد پنلهای فتوولتاییک تأثیر میگذارد. این معضل در اقلیم ایران، که به طور مکرر با طوفانهای گرد و غبار و انتشار ریزگردها مواجهاند، بسیار جدیتر است. بر این اساس، آشنایی با روشهای مختلف حذف گرد و غبار از سطح پنلهای فتوولتاییک در چنین مناطقی بسیار حیاتی است. در مطالعهی حاضر به مرور جامع پژوهشهای صورت گرفته در حوزهی تمیزکاری سطوح فتوولتاییک و حذف گرد و غبار نشسته بر این سطوح میپردازیم. از نتایج این پژوهش میتوان بهعنوان مرجعی کامل برای استفادهی پژوهشگران، طراحان و مهندسانی که با سامانههای فتوولتاییک در مناطقی مانند خاورمیانه و بهویژه ایران، که با مشکل گرد و غبار دست و پنجه نرم میکنند، بهره جست.
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
35.3
2
2019
11
22
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF VERTICAL CG POSITION CHANGES ON QUADROTOR'S PERFORMANCE VIA FREQUENCY-DOMAIN IDENTIFICATION TECHNIQUES
بررسی تجربی اثر تغییر مکان عمودی مرکز جرم چهارپره بر عملکرد پروازی از طریق شناسایی حوزهی فرکانس
129
138
21504
10.24200/j40.2019.52801.1503
FA
محمدرضا
عبداللهی
دانشکده ی مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف
افشین
بنازاده
دانشکده ی مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف
0000-0001-5220-8979
سیدحسین
پورتاکدوست
دانشکده ی مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2019
02
18
Payload placement on quad-rotor (QR) is a subject of considerable importance
during its flight and maneuvering phases. In this sense, any changes in the
payload position, especially along the vertical axis, could significantly affect the QR center of gravity (CG) position and, in turn, its performance, dramatically. The current experimental study investigates the effect of payload vertical positioning on the performance and stability characteristics of a typical QR. The QR is test flown for more than eighty times with different payload positions, whose recorded flight data (RFD) are filtered using extended Kalman filter and subsequently utilized for QR frequency domain analysis. The RFDs are used to identify the QR longitudinal and lateral modes. In addition, the mode changes trend against the center of gravity location has led to the determination of the CG position at which instability occurs. The experimental results show that as the QR CG moves up along its vertical axis, its dynamics modes move towards the origin on the real axis taking the QR closer to borderline dynamic instability. Moreover, the damping behavior of the longitudinal and lateral modes with respect to CG has been extracted that in turn can lead to CG based techniques for QR damping control. In addition, in order to generalize the present results to be useful for other QRs, the QR parameters have been nondimensionalized, and an effective nondimensional
parameter through which results can be extended to other QRs is determined. The newly introduced nondimensional parameter is used against another set of data, extracted from a different QR for verification and comparative purposes.
Finally, to account for uncertainties and stochastic noise in the RFD measures,
each experimental stage is repeated four times; and the results of the mean
behavior are reported, too.
در تحقیق تجربی حاضر، مکانیابی بارها و اثر جابهجایی آنها بر عملکرد پروازی و خواص پایداری چهارپرههای مرسوم بررسی شده است. برای دستیابی به بالاترین مکان مرکز جرم، دادههای بیش از هشتاد آزمایش پرواز بهوسیلهی شناسایی حوزهی فرکانس مورد ارزیابی قرار گرفته است. دادهها توسط ژیروسکوپ، شتابسنج و مغناطیسسنج اندازهگیری و جمعآوری شده و با استفاده از فیلتر کالمن تعمیم یافته احیاء شدهاند. با استفاده از این دادهها، مودهای طولی و عرضی چهارپره شناسایی شده و رفتارشان با هدف پیدا کردن مکانی که در آن مودهای دینامیکی دچار ناپایداری شدهاند تحقق بخشیده شده و تغییرات ضریب میرایی در مقابل تغییر مرکز جرم نشان داده شده است. برای صحهگذاری و اطمینان از نتایج حاصله، از چهارپرهیی دیگر برای مقایسهی نتایج استفاده شده است. علاوه بر این، به منظور بررسی عدم قطعیت و نویزهای موجود روی دادههای سیستم اندازهگیری، هر آزمایش چهار بار تکرار شده و رفتار میانگین نتایج گزارش شده است.