دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 03 25 Investigation of Power-Law Fluid Flow through a Two-Dimensional Microchannel Based on a Couple Stress Theory-Calculation of Characteristic Length بررسی جریان سیال توانی درون یک میکروکانال دوبعدی براساس تئوری تنش کوپل- محاسبه طول مشخصه 1707 1714 3354 10.22060/mej.2019.15246.6072 FA فاطمه کرمی دانشجوی دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران افشین احمدی ندوشن دانشگاه شهرکرد*دانشکده فنی ومهندسی 0000-0003-4345-9527 یعقوب طادی بنی دانشگاه شهرکرد Journal Article 2018 11 04 The present paper aims to investigate the developed flow of Newtonian and non Newtonian fluids in a two-dimensional microchannel based on the completely consistent couple stress theory and the characteristic length of the fluids. First, the velocity and volumetric flow rate profiles of Newtonian and power-law non-Newtonian fluids in the microchannel were obtained via analytical methods. After that, the characteristic material lengths of water as a Newtonian fluid and blood as a non-Newtonian fluid were obtained and then the results were compared with the experimental data of other papers. Comparing the characteristic lengths of water and blood indicated the dependence of characteristic material length scale on the fluid material. Calculating the characteristic length produced the blood velocity profile of the couple stress theory in microchannel which was in turn compared to the results of classical Navier-Stokes theory. According to the results, increasing the volumetric flow rate of the fluid also increases the difference between the results of couple stress theory and classical theory, indicating the increased influence of length on microchannel flow properties. Further, the velocity profile of water in the microchannel was compared with the experimental results, revealing a good consistency between them and the couple stress theory. هدف از این مقاله بررسی جریان توسعه یافته سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی در یک میکروکانال دوبعدی بر اساس ٌ تئوری کاملا سازگار تنش کوپل و محاسبه طول مشخصه مادی این سیالات است. در این مطالعه، ابتدا پروفیل سرعت و دبی حجمی جریان سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی قانون توانی در میکروکانال به روش تحلیلی بدست آمده و سپس طول مشخصه مادی سیالات نیوتنی آب و غیرنیوتنی خون با استفاده از روابط بدست آمده و داده‌های آزمایشگاهی سایر مقالات محاسبه شده است. مقایسه میان مقادیر طول مشخصه مادی آب و خون نشانگر وابسته بودن پارامتر طول مشخصه به جنس سیال است. با محاسبه طول مشخصه مادی، پروفیل سرعت خون حاصل از تئوری تنش کوپل درون میکروکانال محاسبه و با نتایج حاصل از تئوری کالسیک نویر استوکس مقایسه شده است. نتایج نشان داده است با افزایش دبی حجمی جریان، اختلاف مقادیر بدست آمده از تئوری‌های تنش کوپل و کلاسیک افزایش می‌یابد. این افزایش اختلاف به معنی افزایش تأثیر پارامتر طول بر خصوصیات جریان درون میکروکانال است. همچنین پروفیل سرعت آب درون میکروکانال با نتایج آزمایشگاهی مشابه مقایسه شده و تطابق خوبی میان نتایج بدست آمده از تئوری تنش کوپل و نتایج آزمایشگاهی دیده می‌شود. https://mej.aut.ac.ir/article_3354_d2cd33e9c0236a8c2d8bd3fa91ad3acf.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 03 15 Numerical Study of Mixing in Double and Multiple T-Shaped Micromixers with Aligned and Non-Aligned Inputs بررسی عددی اختلاط درمیکرومیکسرهای Tشکل دوگانه و چندگانه با ورودی های همراستا و ناهمراستا 1715 1728 3334 10.22060/mej.2019.15037.6006 FA عرفان نعمت الهی مکانیک-تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد یزد، ایران محمد سفید دانشگاه یزد Journal Article 2018 09 25  In this numerical investigation mixing behavior of two fluids water and ethanol with various density and viscosity mixing in 5 types of T-micromixers has been studied. The Geometries under research include 1 and 2 geometries are Multiple T-micromixer with non-aligned inputs in one and two plane respectively, and the 3, 4 and 5 geometries are included Multiple T-micromixer, double T-micromixer and T-micromixer. computational fluid dynamics commerical code of ANSYS fluent has been used to simulate mixing process at Schmidt number of 752.26 for Reynolds number in range of 1 to 200. For double T-micromixer and multiple T-micromixers two and three different types of placement for two fluids in the inputs respectively investigated and results has been compared. Cortes-Quiroz et al study used for validation present investigation. Mixing results compared for specific flow types in double and multiple micromixers with single flow type in T-micromixer. The results show mixing index and pressure drop are function of inputs’ number and position also for geometries with more than two inputs, types of input fluids have effect on these parameters.The value of 0.4878 is the maximum mixing index has been observed using flow type 1 in Multiple T-micromixer at the Reynolds number of 1. در این پژوهش عددی ، رفتار اختلاط دو سیال آب و اتانول با چگالی و لزجت متفاوت در پنج گونه T میکرومیکسر مطالعه شده است. هندسه‌های پژوهش شامل هندسه‌های 1 و 2 که به ترتیب Tمیکرومیکسرهای چندگانه با ورودی‌های ناهمراستا در یک و دو صفحه و هندسه‌های 3 ،4 و 5 به ترتیبT میکرومیکسر چندگانه ، T میکرومیکسر دوگانه وT میکرومیکسر می‌شوند. کد تجاری دینامیک سیالات محاسباتی انسیس فلوئنت به منظور شبیه‌سازی فرآیند اختلاط، در عدد اشمیت 752/26 و در محدوده‌ی اعداد رینولدز 1 تا 200 استفاده شده است. در میکرومیکسرهای دوگانه و چندگانه به ترتیب دو و سه نوع ترتیب قرارگیری برای دو سیال در ورودی‌ها بررسی و نتایج مقایسه شده است. اعتبارسنجی پژوهش حاضر با مطالعه کورتس کی روش و همکاران انجام شده است.نتایج اختلاط به ازای انواع جریان خاص در میکرومیکسرهای چندگانه و دوگانه با تنها نوع جریان در T میکرومیکسر مقایسه شده است. نتایج بیانگر است که شاخص اختلاط و افت فشار علاوه بر تعداد ورودی‌های میکرومیکسر، تابع نحوه قرارگیری آنها و نیز به ازای هندسه‌های دارای بیش از دو ورودی تابع ترتیب قرارگیری دو سیال در ورودی‌ها است. مقدار 0/4878 حداکثر شاخص اختلاط به ازای جریان نوع 1 و عدد رینولدز 1 در Tمیکرومیکسر چندگانه مشاهده شده است. https://mej.aut.ac.ir/article_3334_331316d4efb44682092a006307b9ae3a.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 05 19 Experimental Study of Foam Generation in a Microfluidic Device بررسی تجربی تولید فوم در کانال مقیاس میکرو 1729 1740 3442 10.22060/mej.2019.14770.5948 FA حمیدرضا زنگنه دانشگاه صنعتی شاهرود امیر حسین بزازی دانشگاه شاهرود محسن نظری Shahrood University of Tech, Shahrood, Iran محمد حسن کیهانی دانشگاه شاهرود Journal Article 2018 08 08 Small scale tests can be conducted using Lab-on-a-chip devices with very tiny amount of fluids. In this paper, bubbles is generated with certain size in a flow focusing microfluidic device. Microfluidic device can be manufactured by SOFT LITHOGRAPHY. When the bubble density is high enough, they come in to contact, and they flow in the form of crystal foam. The flow of the foams in the channel depends on the liquid flow rate and inlet gas pressure. This shall determine dynamic behaviors of the flow such as super-stability. Two types of foam including wet and dry foams are generated in flow focusing device. At certain pressure of 600 to 700 (mbar), the foam behavior is switched to non-linear behavior in which the shape of bubble is changed in period of time. At specific flow rate of 0.1 and 0.2 (ml/hr), it is observed that bubbles are generated in one raw and some others are in two within channel which are called hex-one and hex-two. The effects of increasing the flow rate at constant pressure (which reduces the size of the bubble) and the effects of increasing the pressure in the constant flow rate (which increases the size of the bubble) are investigated. در دستگاه‌های آزمایشگاه-روی-یک-تراشه می‌توان با حجم کمی از سیالات، آزمایش‌هایی در مقیاس کوچک، انجام داد. در این مقاله حباب‌هایی با اندازه‌ای مشخص در یک دستگاه میکروسیالاتی جریان متمرکز تولید و بررسی می‌شود. ساخت دستگاه میکروسیالات به کمک لیتوگرافی نرم انجام شد. هنگامی‌که تراکم حباب‌های تولید شده به اندازه کافی بالا باشند، حباب‌ها در تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند که به صورت کریستال فوم جریان می‌یابند. تنظیم حباب‌ها در میکروکانال برحسب نرخ جریان و فشار گاز ورودی مطالعه شده و این وابستگی، رفتارهای دینامیکی مانند پایداری در جریان فوم را تعیین می‌کند. در دستگاه جریان متمرکز، دو نوع فوم تر و خشک تولیدشده و نتایج نشان می‌دهد که فشار کاری در بازه600 تا 700 میلی بار منجر به رفتار غیرخطی در فوم می‌شود که علاوه بر آشکارسازی ناپایداری به بیان چرایی این رفتار پرداخته شده است. در ادامه بررسی رفتار غیرخطی فوم در نرخ جریان‌های،1/0 و 2/0 میلی‌لیتربرساعت شکل حباب‌ها به صورت نوسانی تغییر می‌یابد و حباب‌های یک و دو ردیفه در میکروکانال تولید می‌شوند. همچنین، افزایش نرخ جریان در فشارثابت باعث کاهش و افزایش فشار کاری در نرخ جریان ثابت باعث افزایش سایز حباب می‌شود. از مزایای این روش می‌توان به تولید امولسیون با حجم متناسب با کاربرد در ازدیاد برداشت نفت نام برد. https://mej.aut.ac.ir/article_3442_586f9b4035e5997f77635b13cc04984c.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 05 19 Investigation of Flow in Microchannels with Superhydrophobic Surfaces Using Hybrid Direct Simulation Monte Carlo-Navier-Stokes Method with Information Preservation Approach بررسی جریان درون میکروکانال‌های با سطوح فوق آب‌گریز با رهیافت حل ترکیبی معادلات ناویر-استوکس و روش شبیه‌سازی مستقیم مونتکارلو- نگه‌داری اطلاعات 1741 1756 3443 10.22060/mej.2019.15310.6093 FA علی باباخانی گروه مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران علی امیری جاغرق گروه مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران 0000-0001-6249-6222 Journal Article 2018 11 25 In recent years, superhydrophobic surfaces have received significant attention due to properties such as drag reduction and self-cleaning. A superhydrophobic surface can be made by grooving the wall. In this case, the flow of gas caught in grooves may represent the rarefied flow. Therefore, particle-based approaches such as direct simulation Monte Carlo should be employed to simulate the flow. In this paper, laminar flow in superhydrophobic microchannels with ribs and cavities aligned perpendicular to the channel axis is investigated using a hybrid direct simulation Monte Carlo-Navier[1]Stokes method. Also, information preservation technique is employed to reduce statistical fluctuations of the direct simulation Monte Carlo method. The effects of the length of the cavity on the flow parameters such as effective slip length, and velocity slip are investigated and the results are compared with the simplified method of using Navier-Stokes equations with shear-free boundary condition as the gas-liquid interface. It is shown that the differences between the hybrid method and shear-free solution increase as the shear-free fraction increases. However, the difference is less than 6% for cases studied in this work. Therefore, it is acceptable to use the shear-free approach to reduce computational costs. Especially for Fc < 0.2 where the difference is less than 3%. استفاده از سطوح فوق آب‌گریز در میکروکانال‌ها به واسطه کاهش اثر نیروهای سطحی کاربرد فراوان دارد. جریان گازی درون شیار این سطوح با توجه به فشار گاز و ابعاد میکروحفره ممکن است در محدوده جریان رقیق شده باشد. لذا باید از روش‌های ذره-مبنا برای حل جریان گازی استفاده شود. در این مقاله با استفاده از حل ترکیبی شبیه‌سازی مستقیم مونتکارلو و ناویر-استوکس جریان آرام درون میکروکانال فوق آب‌گریز با شیارهای عمود بر جریان مطالعه شده است. از آنجا که سرعت جریان گازی پایین است، برای کاهش نوسانات حل شبیه‌سازی مستقیم مونتکارلو، از روش نگه‌داری اطلاعات استفاده شده است. اثر ابعاد میکروحفره روی پارامترهای جریان مانند طول لغزش موثر، سرعت لغزشی و پروفیل سرعت با استفاده از حل ترکیبی مذکور بررسی و نتایج با حل ساده‌سازی شده برش آزاد روی سطح تماس آب-هوا، مقایسه شده است. این بررسی نشان می‌دهد که هرچند با افزایش کسر برش آزاد اختلاف نتایج دو رهیافت افزایش می‌یابد، اما این اختلاف در شرایط مورد بررسی در این مطالعه همواره کمتر از 6 درصد است. بنابراین با هدف کاهش هزینه‌های محاسباتی، می‌توان با دقت قابل قبولی از حل برش آزاد استفاده کرد. به ویژه در نسبت کسر برش آزاد کمتر از 0/2 که میزان اختلاف به کمتر از 3 درصد کاهش می‌یابد. https://mej.aut.ac.ir/article_3443_12092a75caa75e4644fd2869f0b6c45a.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 07 07 New Development in Direct Simulation Monte Carlo Algorithm for Asymmetric Complex Geometry توسعه نوین الگوریتم شبیه‌سازی مستقیم مونت کارلو در حالت تقارن محوری برای هندسه‌های پیچیده 1757 1772 3509 10.22060/mej.2019.15369.6104 FA رامین ذاکری هیات علمی دانشگاه صنعتی شاهرود- ساختمان مکانیک رامین کمالی مقدم هیات علمی پزوهشگاه هوافضا محمود مانی صنعتی امیرکبیر*مهندسی هوافضا Journal Article 2018 12 04 In this paper, the development of the direct simulation Monte Carlo algorithm has been carried out for flow analysis around axial symmetric complex geometries in rarefied conditions with consideration of reduction in computational cost compared to a full three-dimensional state, appropriate accuracy of the results compared to related available references, as well as the proper selection of particles. In this paper, the algorithm is presented that involves studying different modes of motion and collision of particles with each other or the wall for axial symmetric complex geometries in such a way that the least computations are applied for achieving a high-efficiency solution. In the results section, various geometries such as simple geometry for first case and complex geometry for second case study is investigated and the results are compared with the validated results. The results show the proper accuracy of the proposed algorithm compared to the three-dimensional solvers. Also, the selection of the smallest number of suitable particles is one of the issues that has been studied for selecting the appropriate number of particles. It has been shown that in the first and second test cases, the 30000 and 500000 particles are at least number of particles with consideration of accuracy of results. در این مقاله به توسعه الگوریتم شبیه‌سازی مستقیم مونت کارلو برای تحلیل جریان حول هندسه‌های پیچیده تقارن محوری در شرایط گاز رقیق با رویکرد کاهش هزینه محاسباتی نسبت به حالت سه بعدی کامل با در نظر گرفتن دقت قابل قبول نتایج نسبت به نتایج سایر مراجع موجود و همچنین انتخاب حداقل تعداد ذرات نتایج پرداخته خواهد شد. در این مقاله، الگوریتمی ارائه شده است که شامل بررسی حالات مختلف حرکت و برخورد ذرات با یکدیگر و یا دیواره در حالت کلی برای هر نوع هندسه تقارن محوری می‌باشد به شکلی که کمترین میزان محاسبات اعمال شده و راندمان حل بالا باشد. در بخش نتایج، هندسه‌های مختلف از جمله هندسه ساده در مسئله اول و هندسه پیچیده در مسئله دوم بررسی شده و نتایج حاضر با نتایج موجود اعتبارسنجی شده و نشان داده شده است که روش حاضر از دقت قابل قبول برخوردار است. همچنین انتخاب حداقل تعداد ذرات با در نظر گرفتن دقت نتایج، نیز از جمله مواردی می‌باشد که مطالعه و بررسی شده است. نشان داده شده است که با توجه به دقت نتایج، در مسئله اول انتخاب حداقل 30000 ذره و در مسئله دوم انتخاب حداقل 500000 ذره باید در نظر گرفته شود. https://mej.aut.ac.ir/article_3509_0141a8aedb1b53970fac7c81dac79fbe.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2018 12 20 Experimental Comparison of Injection Characteristics of Elliptical and Circular Liquid Jets into an Air Crossflow مقایسه تجربی مشخصه های تزریق جت های آب دایروی و بیضوی در جریان جانبی هوا 1773 1792 3200 10.22060/mej.2018.14953.5982 FA یوسف رضائی دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران 0000-0002-0181-9339 مهران تاج فر دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران 0000-0002-7381-1491 Journal Article 2018 09 14 The flow characteristics of liquid jets issuing from elliptical and circular injectors into an air crossflow were experimentally investigated. Two elliptical injectors with different aspect ratios and a circular injector as the reference case with the same cross-sectional area were employed. The major axis of the elliptical nozzles was aligned parallel and perpendicular to the air crossflow direction. The liquid jet was visualized using shadowgraph technique and a high speed camera was used to record the instantaneous status of the jets. The results revealed that some characteristics of injected liquid jets into the air crossflow such as penetration depth and the trajectory of liquid jet were affected by changing the nozzle exit shape. Based on the obtained results elliptical liquid jets because of the lower stability than circular jet, break up sooner and penetrate lower into the air crossflow. As the normalized breakup height of circular jet is obtained 29.5 but the normalized breakup height of elliptic jet with the aspect ratio of 3 and when its major axis was perpendicular to the crossflow direction, is obtained 21.53. In this study two different breakup regimes were observed, column breakup and bag breakup regimes. مشخصه‌های جریان جت‌های آب دایروی و بیضوی تزریق شده به درون جریان جانبی هوا به صورت تجربی بررسی شده است. دو انژکتور بیضوی با نسبت منظری‌های متفاوت و یک انژکتور دایروی با مساحت مقطع برابر به عنوان هندسه معیار مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. محور بزرگ انژکتورهای بیضوی در دو حالت موازی و عمودبر جهت جریان هوا قرارگرفته شده است. جت‌های مایع توسط تکنیک سایه‌نگاری آشکارسازی شده و وضعیت لحظه‌ای جت‌ها با بهره‌گیری از یک دوربین سرعت بالا ضبط و ثبت شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که برخی از مشخصه‌های جت تزریق شده به داخل جریان جانبی هوا مانند عمق نفوذ جت و مسیر جت مایع با تغییر شکل هندسه خروجی نازل تحت تاثیرقرارمی‌گیرند.همچنین نتایج حاکی ازآن است که جت‌های بیضوی به دلیل پایداری کمتر‌آن‌ها نسبت به جت دایروی، زودتر شکسته شده و نفوذ کمتری به درون جریان هوا می‌کنند. بطوری‌که ارتفاع شکست بی‌بعد جت دایروی 5.29 و ارتفاع شکست بی‌بعد جت بیضوی با نسبت منظری 3 زمانی‌که محور بزرگ آن عمود بر جهت جریان هوا قرار گرفته است، مقدار 53.21 می‌باشد. در این مطالعه دو نوع مختلف از رژیم‌های شکست، رژیم شکست ستونی و رژیم شکست کیسه‌ای مشاهده شده است. https://mej.aut.ac.ir/article_3200_731ae30af8750c2d28720ea3c1f8c2b1.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 04 22 Experimental Study of the Supersonic Exhaust Diffuser Spray Cooling System بررسی تجربی سیستم خنک‏ کاری با اسپری آب دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت 1793 1808 3371 10.22060/mej.2019.15138.6038 FA نعمت اله فولادی گروه پژوهشی پیشران/پژوهشکده سامانه های حمل ونقل فضایی/ پژوهشگاه فضایی ایران، تهران/ایران 0000-0003-2737-0741 سید احمدرضا میربابایی دانشکده هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران مهدی خسرو انجم گروه پژوهشی پیشران/پژوهشکده سامانه‌های حمل و نقل فضایی Journal Article 2018 10 15 A supersonic exhaust diffuser provides the required test cell vacuum conditions by self pumping of nozzle exhaust gases to the atmosphere in the high-altitude simulator. However, the plume temperature is often much higher than the allowable temperature of the diffuser structure. In the present study, a spray cooling system design method is presented for a supersonic exhaust diffuser. The method is evaluated by performing several experimental tests. First, in order to identify the critical temperature region, the test of the motor with a chamber pressure of 60 bar and a chamber temperature of 3100 °C is performed with a non-cooled metal diffuser. The results indicate that the temperature of the diffuser body in the inlet and ramp regions reaches a temperature above 1500 °C, which leads to the melting and perforation of the diffuser in these regions. Two other tests are performed with average motor chamber pressures of 33 bar and 55 bar along with the spray cooling of the diffuser body. The results show that the designed cooling system keeps the maximum temperatures of the external surface of the diffuser at the values smaller than 200 and 400 °C in these tests. The achieved critical temperatures are well-matched with the respected ones in the design procedure. به منظور آزمون عملکرد موتورهای مورد استفاده در ارتفاعات بالا از سکوی شبیه‌ساز ارتفاع مجهز به دیفیوزر ً، دمای گاز خروجی از نازل این موتورها بسیار بالاتر از حد تحمل بدنه فلزی خروجی گاز مافوق‌صوت استفاده می‌شود. غالبا دیفیوزر است. در تست موتورهای سوخت جامد برخورد ذرات اکسید آلومینیوم با دمای بالاتر از 2500 درجه سانتی‌گراد به دیواره دیفیوزر شرایط انتقال حرارت را در محل برخورد بحرانی می‌کند. هدف تحقیق حاضر ارزیابی روش خنک‌کاری با اسپری آب بدنه فلزی یک دیفیوزر با انجام تست‌های تجربی با یک موتور سوخت جامد آزمایشگاهی می‌باشد. ابتدا به منظور شناسایی نقاط بحرانی دمایی، تست موتور با فشار متوسط 60 بار و دمای محفظه 3100 درجه سانتیگراد در شبیه‌ساز خالء بدون خنک‌کاری دیفیوزر فلزی انجام شده است. نتایج حاکی از رسیدن دمای بدنه دیفیوزر در ناحیه ورودی و همگرایی به دمای بالاتر از 1500 درجه سانتی‌گراد است، به طوری‌که منجر به ذوب و سوراخ شدن بدنه دیفیوزر در این ناحیه شده است. در ادامه دو تست دیگر با فشارهای موتور میانگین 33 و 55 بار به همراه خنک‌کاری بدنه دیفیوزر با اسپری آب انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که در دو تست خنک‌کاری انجام شده بیشترین دما در سطح بیرونی دیفیوزر به مقادیری کمتر از 200 و 400 درجه سانتی‌گراد رسیده و تا انتهای تست ثابت مانده است. همگرا شدن بیشینه دماهای ثبت شده در سطح بیرونی دیفیوزر به دماهای مورد انتظار در این تست‌ها تاییدی بر عملکرد مناسب سیستم خنک‌کاری طراحی شده می‌باشد. https://mej.aut.ac.ir/article_3371_285da2198b2b496c9d447cc4ac6b0734.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2018 12 19 Experimental Study of Effects of Bleed Geometric Parameters on the Performance of a Supersonic Axisymmetric Intake مطالعه‌ی تجربی اثر پارامترهای هندسی مجرای مکش لایه‌ی مرزی بر عملکرد یک ورودی فراصوتی تقارن‌محوری 1809 1828 3199 10.22060/mej.2018.14823.5952 FA محمدعلی ملجائی گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد جواد سپاهی یونسی دانشگاه فردوسی مشهد Journal Article 2018 08 13 A supersonic axisymmetric mixed compression air intake has been experimentally studied in a wind tunnel at three free-stream Mach numbers of 1.8, 2.0 and 2.2 at zero degrees angle of attack. Shadowgraph flow visualization has been used as well as the pressure transducers. By applying a suction slot over the external compression surface upstream of the throat, the effects of changing the area of the bleed entrance and exit on the intake performance parameters such as mass flow ratio, total pressure recovery, flow distortion and bleed mass flow ratio have been investigated. The results showed that by increasing the area of the bleed entrance, total pressure recovery increases in critical and subcritical conditions and if simultaneously the area of the bleed exit increases, the pressure recovery will be further improved, especially in subcritical condition. The results also indicated that if the area of the bleed entrance becomes very large, it can have an adverse effect on the intake performance, especially in the critical condition even worse than the no bleed case. However, using a large bleed entrance can postpone the buzz onset at off-design conditions. یک ورودی هوای فراصوتی از نوع تراکم ترکیبی با هندسه تقارن محوری در سه عدد ماخ 1/8 ،2/0 و 2/2 و زاویه حمله صفر درجه به صورت تجربی آزمایش شده است. در کنار استفاده از حسگرهای فشار، از سیستم سایه‌نگاری برای آشکارسازی جریان استفاده شده است. در این ورودی با ایجاد مکش لایه مرزی بر روی سطح تراکم خارجی در بالادست گلوگاه، اثرات تغییر مساحت دهانه‌های ورودی و خروجی مجرای مکش بر پارامترهای عملکردی ورودی از قبیل نسبت دبی جرمی، بازیافت فشار کل، اعوجاج جریان و نسبت دبی جرمی مجرای مکش بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش مساحت دهانه ورودی مجرای مکش، بازیافت فشار کل در شرایط بحرانی و فروبحرانی افزایش یافته و اگر همزمان مساحت دهانه خروجی مجرای مکش نیز زیاد شود، بازیافت فشار خصوصا در شرایط فروبحرانی بهبود بیشتری می‌یابد. اگر مساحت دهانه ورودی مجرای مکش بیش از حد زیاد شود می‌تواند اثر معکوسی بر عملکرد ورودی داشته باشد و خصوصا در شرایط بحرانی حتی بیشتر از زمانی‌که دهانه ورودی مجرای مکش کامال بسته است، موجب افت کمیت‌های عملکردی ورودی شود. با این حال استفاده از دهانه ورودی بزرگ برای مجرای مکش می‌تواند در شرایط خارج از نقطه طراحی موجب تأخیر در پدیده باز شود. https://mej.aut.ac.ir/article_3199_b59307fdacf7b2db12ec4bd5ca1caba8.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 04 06 Frequency Analysis and Parametric Estimation of Bubble Formation in Vertical Column تحلیل فرکانس و تخمین پارامترهای تشکیل حباب در ستون سیال 1829 1846 3364 10.22060/mej.2019.15110.6027 FA احسان حبیبی سیاه پوش دانشجوی دوره دکتری، تهران، تربیت مدرس محمدرضا انصاری دانشگاه تربیت مدرس Journal Article 2018 10 09 Frequency analysis is one of the most important methods to estimate parameters of bubble formation in a vertical liquid column. In the present article, the frequency of bubble formation was analysed. Three-dimensional transient two-phase flow was simulated based on the volume of fluid method. Hybrid Reynolds averaged Navier-Stokes/large eddy simulation turbulence methods were used to improve the ability of computational fluid dynamics to capture formation of bubble in the vertical column. The model used for frequency response prediction was modified by applying the compressibility effect that improved the results for the acoustic behaviour. Due to the importance of interface tracking for sound sources recognition in addition to the problems which occur during combining with the large eddy simulation model in the simulation, different interface reconstruction methods have been applied and high-resolution interface capturing scheme was selected. The results were verified by theoretical and empirical data. Furthermore, it was presented that the natural frequency of bubble reduced as the size of the bubbles increased. The compressibility effect improved the results more accurately and the model behaviour was acted more physically. ردیابی و شناسایی نویز حاصل از تشکیل حباب یکی از روش‌های بررسی خصوصیات فیزیکی حباب‌ها می‌باشد. در این تحقیق مدل تخمین نویزهای حاصل از تشکیل حباب در ستون سیال، با اعمال روش ترکیبی مدل‌سازی آشفتگی، در نظر گرفتن جریان تراکم پذیر، اعمال روش مناسب شبیه‌سازی سطح مشترک و استفاده از سطح مناسب برداشت داده‌های آکوستیک بهبود داده شده است. بر این اساس شبیه‌سازی سه‌بعدی جریان دوفازی تراکم‌پذیر با کمک روش حجم سیال انجام شده است. همچنین با استفاده از سطح مناسب برداشت داده‌های آکوستیک نویزهای حاصل از تشکیل حباب شناسایی شده است. شایان ذکر است ضمن نمایش استقلال مدل از شبکه، اعتبارسنجی مدل توسط تطبیق دادن نتایج با تئوری‌های موجود و مقایسه با داده‌های تجربی صورت پذیرفته است. در این میان نتایج حاصل از حجم حباب‌های ایجادشده، سرعت ترمینال، نحوه تغییر شکل حباب‌ها و فرکانس طبیعی تولید حباب‌ها بررسی و مقایسه گردیده است. نشان داده شده است که با افزایش اندازه حباب فرکانس طبیعی کاهش یافته است. همچنین واردکردن تراکم‌پذیری به مدل و همچنین برداشت داده‌ها در محل تولید حباب، سبب ایجاد تصویر دقیق‌تری از نمایش نوسانات شده است. https://mej.aut.ac.ir/article_3364_8a1ee9f2b7abe6e88d1a479ab6a42c5e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 04 24 An Image-Based Computational Simulation of Pulmonary Embolism Using Radiological Images شبیه سازی محاسباتی پدیده آمبولی ریوی با استفاده از تصاویر رادیولوژیکی بیمار 1847 1864 3378 10.22060/mej.2019.14941.6000 FA فاطمه میراخورلی دانشجو/دانشگاه تهران بهمن وحیدی دانشیار/دانشگاه تهران 0000-0001-5597-3748 مرضیه پازوکی دانشیار/دانشگاه علوم پزشکی تهران Journal Article 2018 09 22 Pulmonary embolism is one of the most prevalent diseases amid hospitalized patients. However, this phenomenon has not been investigated in the field of biomechanics so far and insufficient information is available about hemodynamic factors affecting this phenomenon. In this research, a patient-specific anatomical model of pulmonary arteries has been constructed from computed tomography images. Navier-Stokes equations, as the governing equations, have been solved in an arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation, and the fluid-structure interactions method was used. Viscoelastic parameters were adopted in accordance with the red blood clot (stemmed from deep veins) properties for the structure model (emboli). Results revealed that the maximum shear stress magnitude applied on the embolus was about 957 Pa that was occurred when the clot plow into the wall of the artery. In addition, the average shear stress of the arterial wall was reduced about 42 percent due to the presence of the embolus. This reduction may lead to such phenomena as high pulmonary arterial resistance, low pulmonary arterial compliance, endothelial dysfunction, and consequently cause right heart dysfunction and pulmonary arterial hypertension if different clots repeatedly pass through the arteries. آمبولی ریوی یکی از شایع‌ترین بیماری‌ها در میان جوامع بشری است. علیرغم وجود مطالعات پیشین دراینباره، تاکنون این پدیده از منظر مکانیکی مورد بررسی قرار نگرفته و اطلاعات اندکی درباره‌ی عوامل همودینامیکی موثر در مسیر حرکت لخته و چگونگی برهم‌کنش میان آنها وجود دارد. در این پژوهش هندسه بخشی از شریان ریوی مطابق با آناتومی یک بیمار خاص ساخته شد. سپس با استفاده از معادلات حاکم بر جریان خون و لخته که توسط الگوریتم محاسباتی برهم‌کنش سیال-سازه و در یک سیستم فرمول‌بندی الگرانژی-اویلری دلخواه حل شد، حرکت لخته در شریان شبیه‌سازی شد. برای مدل جامد نیز از یک مدل ویسکوالاستیک مطابق با خواص لخته‌های وریدی استفاده شد. نتایج نشان داد که بیشترین تنش وارد شده بر لخته در زمانی رخ می‌دهد که لخته در کمترین فاصله با دیواره شریان قرار داشته و در حدود 957 پاسکال محاسبه شد. حضور لخته در جریان به‌طور متوسط سبب افت تنش برشی وارد بر دیواره‌ها در حدود 42 درصد می‌شود که این کاهش می‌تواند موجب افزایش مقاومت عروقی، کاهش انعطاف‌پذیری، اختلال در عملکرد سلول‌های اندوتلیال و یا افزایش فشار ریوی شود. دستاوردهای حاصل از این مقاله به همراه مطالعات دقیق‌تر عوامل موثر در ایجاد آمبولی می‌تواند طراحی روش‌های درمان و پیشگیری نوین را تسهیل نماید. https://mej.aut.ac.ir/article_3378_2e2c080d5490760af59d0baf5acbb84e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 02 06 Aerodynamic Performance Improvement of Hybrid Darrieus-Savonius Vertical Axis Wind Turbine بهبود عملکرد آیرودینامیکی توربین بادی محور عمودی ترکیبی داریوس-ساونیوس 1865 1884 3258 10.22060/mej.2019.15129.6034 FA ابوالفضل عبدالهی فر دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران. سید محمد حسین کریمیان دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران. 0000-0002-1934-7413 Journal Article 2018 10 15 Returning blades of Savonius vertical axis wind turbines make negative effects on the total moment produced by the turbines especially at high tip speed ratios. For hybrid Darrieus[1]Savonius vertical-axis wind turbines at the dynamic mode, with tip speed ratio increment from self[1]starting to that of high values, returning blades of its Savonius part make the whole part to produce negative moment. In the present work, in order to reduce negative effects of returning blades of Savonius vertical-axis wind turbines and consequently improve its aerodynamic performance, a wall is placed in front of them. Several configurations including two types of blade shapes with three types of wall placements are simulated three-dimensionally and their output-moment and moment fluctuations are computed for one complete cycle. Desired Savonius vertical-axis wind turbine with suitable wall which produces the most average-moment and the least moment fluctuations are mounted on a straight-blade Darrieus vertical-axis wind turbine and they formed a hybrid vertical-axis wind turbine. In comparison to straight-blade vertical-axis wind turbine, at the tip speed ratio of 0.9 proposed hybrid vertical-axis wind turbines produces 2.3% more average-moment along with 40% fewer moment fluctuations. This means in term of tip speed ratio values, proposed hybrid vertical-axis wind turbine has wider operating range in comparison to its general types. پره‌های پشت به باد توربین‌های ساونیوس اثر منفی در تولید گشتاور این توربین‌ها دارند. با افزایش نسبت سرعت نوک پره این اثر منفی در تولید گشتاور بیشتر می‌شود. به همین علت بخش ساونیوس در توربین‌های ترکیبی داریوس- ساونیوس پس از شروع به حرکت و با افزایش نسبت سرعت نوک پره، گشتاور منفی تولید می‌نماید. در پژوهش حاضر، مقابل پره‌های پشت به باد توربین ساونیوس یک دیواره قرار داده شده است تا اثرات منفی این پره‌ها در تولید گشتاور کاهش یابد و در نتیجه عملکرد آیرودینامیکی آن بهبود داده شود. دو نوع پره ساونیوس با طول قوس مختلف و سه نوع دیواره با جانمایی مختلف به‌صورت سه‌بعدی شبیه‌سازی شده و گشتاور تولیدی و مقدار نوسانات گشتاور آنها در یک دور کامل محاسبه شده است. توربین ساونیوسی که بیشترین گشتاور متوسط و کمترین نوسانات گشتاور را دارد روی یک توربین داریوس پره مستقیم سوار شده و توربین ترکیبی را تشکیل داده است. در مقایسه با توربین داریوس پره مستقیم، در نسبت سرعت نوک پره 0/9 توربین ترکیبی پیشنهادی 2/3  درصد گشتاور متوسط بیشتر و 40 درصد نوسانات گشتاور کمتری دارد. این امر نشان می‌دهد توربین ترکیبی پیشنهادی در مقایسه با مدل‌های متداول خود از نظر نسبت سرعت نوک پره، حوزه کاری گسترده‌تری دارد.<br />  https://mej.aut.ac.ir/article_3258_485843481a7edacbfce101ecb1e4d2a8.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2018 09 11 Far-field Aeroacoustic Noise Prediction of a Tall Standard Building Model by Measuring Unsteady Surface Pressures پیش‌بینی نویز آیروآکوستیکی دوردست از مدل ساختمان بلند استاندارد به کمک اندازه‌گیری ناپایای فشار سطحی 1885 1904 3066 10.22060/mej.2018.14260.5826 FA علیرضا موحدی دانشگاه یزد علی اکبر دهقان هیلت علمی-دانشگاه یزد مجتبی دهقان منشادی دانشیار دانشگاه مالک اشتر Journal Article 2018 03 30 In the present study, far-field aeroacoustic noise emitted due to the air flow over a standard tall building model at different angles of attack is investigated. The purpose of this study is to estimate the far-field aeroacoustic noise emitted by measuring the unsteady surface pressures. The surface pressure data are used as input of a numerical algorithm which is written to solve the Ffowcs Williams and Hawkings equation. The aerodynamic and aeroacoustic characteristics of flow over a twodimensional square cyliner (for algorithm validation) and the main model are presented. The results revealed that the peak of vortex shedding frequency could be observed in the spectrum of surface pressure signals of sensors located on the side surfaces of the model. Its frequency is in an excellent agreement with the signals captured by hot wire measurement. The Strouhal number changes in the range of 0.08-0.1 depending on the angle of attack. Dipole pattern for sound radiation was also observed for three-dimensional model which is related to the vortex shedding phenomenon. The sound pressure level increases with increasing upstream velocity and decreases with distance from the model. The effect of angle of attack is also dependent on the reciever’s location. در مطالعه حاضر، نویز آیروآکوستیکی ناشی از جریان حول مدل یک ساختمان استاندارد متصل به کف در زوایای حمله مختلف به روش نیمه تحلیلی پیش‌بینی شده است. هدف اصلی این مطالعه، محاسبه فشار آکوستیکی دوردست با استفاده از داده‌های تجربی فشار سطحی روی مدل است. با استفاده از این داده‌های تجربی و معادله فوکس ویلیامز- هاوکینگز که در یک کد پیاده‌سازی شده است فشار آکوستیکی دوردست محاسبه می‌شود. مشخصات آیرودینامیکی و آکوستیکی جریان حول یک سیلندر مربعی دو بعدی )به جهت اعتبارسنجی( و نیز مدل اصلی ارائه گردیده است. مشخص شد در طیف فشار سطحی مربوط به سنسورهای فشار وجوه جانبی، قله مربوط به ریزش گردابه قابل مشاهده است که در هماهنگی با فرکانس ریزش گردابه حاصل از جریان‌سنج سیم داغ بود. عدد استروهال برای مدل بسته به زاویه حمله در محدوده 0/1-0/08 به دست آمد. همچنین الگوی انتشار صدای دوقطبی برای هندسه‌های سه بعدی نیز قابل مشاهده بود که مرتبط با منشا ایجاد آن یعنی پدیده ریزش گردابه است. شدت صدای پیش‌بینی شده با افزایش سرعت بالادست افزایش و با افزایش فاصله از سیلندر کاهش می‌یابد. با توجه به عدم تقارن کامل سطح مقطع مدل مورد بررسی، با تغییر زاویه حمله، صدای پیش‌بینی شده بسته به محل شنونده رفتار متفاوتی دارد. https://mej.aut.ac.ir/article_3066_d8ab1a52f058358b947cdf8261b5e1a2.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 06 01 A Review of Studies on the Motion of Particles Under the Influence of Acoustic Waves in Microfluidic Systems مروری بر مطالعات در زمینه حرکت ذرات تحت اثر امواج آکوستیکی در سیستم های میکروفلویدیک 1905 1924 3454 10.22060/mej.2019.15275.6081 FA سیدمصطفی زارعی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران مصطفی جمشیدیان دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران 0000-0002-5166-171X شاهرخ سپهری رهنما دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی سنگاپور، سنگاپور سعید ضیایی راد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران Journal Article 2018 11 11 The use of acoustic waves to control and manipulate suspended particles in the fluid has attracted particular attention in the last two decades. The propagation of acoustic waves in the fluid medium may affect the suspended particles mainly by two factors. The initial effect of wave propagation directly acts on the particles and causes the application of force on them via the fluid medium. In viscous fluid, due to the wave attenuation and the formation of velocity gradients due to viscosity, the secondary fluid streaming forms that can indirectly affect the particles. Due to the wide applications of this technology in medical and biological fields and the complexity of the experimental work in micrometer dimensions, there is a growing demand for analytic studies and theoretical insights on this subject. The subject of the present paper is a review on the analytical studies of the mechanisms affecting the movement of particles under the influence of acoustic waves propagating in the microfluidic systems. This review article presents a historical review of the early theories for the calculations of acoustic radiation forces and follows the progress of these theories up to the now. Also, a review of the existing research results, problems and limitations, and the effect of different parameters on estimating these results are presented. استفاده از امواج آکوستیکی برای کنترل و دست‌کاری ذرات معلق در سیال، توجه ویژه‌ای را در دو دهه‌ی اخیر ً به دو صورت می‌تواند تحت به خود جلب کرده است. انتشار امواج آکوستیکی در محیط سیال، ذرات معلق در آن را عمدتا تأثیر قرار دهد. اثر اولیه انتشار موج به صورت مستقیم بر ذرات عمل کرده و موجب اعمال نیرویی از طرف سیال بر آنها می‌شود. در سیال ویسکوز با توجه به تضعیف موج و ایجاد گرادیان‌های سرعت ناشی از وجود ویسکوزیته، جریان‌هایی در سیال شکل می‌گیرد که می‌توانند به صورت غیرمستقیم بر ذرات اثرگذار باشند. با توجه به کاربرد این تکنولوژی در زمینه‌های پزشکی و بیولوژی و پیچیدگی کارهای تجربی آزمایشگاهی در ابعاد میکرومتر، نیاز مبرمی به مطالعات تحلیلی و بینش تئوری در این موضوع احساس می‌گردد. موضوع مقاله حاضر، مروری بر مطالعات تحلیلی انجام شده در رابطه با مکانیزم‌های مؤثر بر حرکت ذرات تحت تأثیر امواج آکوستیکی انتشاریافته در محیط سیال در ابعاد میکرومتر است. در این مقاله تاریخچه‌ای از نظریه‌های ابتدایی محاسبه نیروهای تابشی آکوستیکی و جریان آکوستیکی و روند پیشرفت این نظریه‌ها تا زمان حاضر ارائه شده است. همچنین، نقدی بر نتایج بدست آمده از پژوهش‌های گذشته، مشکلات و کمبودها و میزان تأثیر پارامترهای مختلف در برآورد این نتایج ارائه شده است. https://mej.aut.ac.ir/article_3454_5abdf8b8520b71f3a528c7547ee92428.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 03 16 Hydrodynamic Behavior of Different No-Slip Condition on the Curved Boundaries in the Lattice Boltzmann Method ارزیابی دقت و رفتار هیدرودینامیکی انواع شرایط مرزی عدم لغزش در مرزهای انحنادار در روش بولتزمن شبکه‏ ای 1925 1942 3336 10.22060/mej.2019.15328.6095 FA محمد تقیلو زنجان-مهندسی- گروه مهندسی مکانیک جلال قاسمی دانشگاه زنجان/ هیات علمی گروه مهندسی مکانیک عارف سلیمی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان Journal Article 2018 11 25 This paper examines the various methods of applying no-slip boundary condition on a fixed and rotary cylinder in the lattice Boltzmann framework. For this purpose, five methods of bounce[1]back, linear and quadratic method of Yu and the linear and quadratic method of Bouzidi are chosen. The main challenge in all of these methods is how to calculate and interpolate the unknown distribution functions at the points around the boundary points. Results show that in the stable conditions (Re=20 and Re=40), the maximum error of calculation of the separation angle is 6.7 % and it is related to the bounce-back method, while in the stable conditions, a significant difference cannot be seen between the bounce-back and other methods. Also, the linear method of Bouzidi has the most error in calculating the separation length (6% for Re=20 and 8.82 % for Re=40). By increasing the Reynolds number and increasing the rotational velocity, a difference in the lift coefficient in the early times, t*> 7.78 grows for the conditions of k=0.2 and Re=200, between the bounce-back and other methods, however with increasing time, this difference reduces, whereas the three methods of linear Yu, linear Bouzidi and quadratic Bouzidi, continue to produce similar results. این مقاله به بررسی کمی روش‌های مختلف اعمال شرط مرزی عدم لغزش بر روی استوانه ثابت و دوار در چارچوب روش بولتزمن شبکه‌ای، می‌پردازد. بدین منظور، از پنج روش بازگشت به عقب، روش یو خطی و درجه دو و روش بوزیدی خطی و درجه دو استفاده شده است. چالش اساسی در همه این روش‌ها چگونگی محاسبه و میان‌یابی توابع توزیع مجهول در نقاط اویلری پیرامون نقاط مرزی است. نتایج نشان می‌دهد که در شرایط پایدار )عدد رینولدز 20 و عدد رینولدز 40 ،)حداکثر خطای محاسبه زاویه جدایش 7/6 درصد و مربوط به روش بازگشت به عقب است، درحالی‌که در شرایط پایدار، اختلاف معناداری میان ضرایب پسا در روش‌های مذکور مشاهده نمی‌شود. همچنین روش بوزیدی خطی در محاسبه طول ناحیه جدایش نسبت به روش‌های دیگر دارای خطای بیشتری است )6 درصد برای عدد رینولدز 20 و 8/82 درصد برای عدد رینولدز 40 .)با افزایش عدد رینولدز و افزایش سرعت بی‌بعد دوران، روش بازگشت به عقب در پیش‌بینی ضریب پسا و در زمان‌های اولیه بی‌بعد کمتر از 7/78 و برای شرایط سرعت بی‌بعد دوران 0/2 و عدد رینولدز 200 دچار اختلاف می‌شود، اما با افزایش زمان، این اختلاف کاهش می‌یابد؛ حال آنکه سه روش یو خطی، بوزیدی خطی و بوزیدی درجه دو، همچنان نتایج مشابه‌ی را ایجاد می‌کنند. https://mej.aut.ac.ir/article_3336_98bd65207ee83bfd17ebb0db971eddf9.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 05 18 Experimental and Numerical Simulation of Fluid Flow and Inclusion Removal in the Steel Continuous Casting Tundish بررسی تجربی و عددی جریان سیال و جداسازی آخال در تاندیش ریخته گری مداوم فولاد 1943 1954 3440 10.22060/mej.2019.15523.6148 FA محمدرضا مسلمان یزدی دانشجوی دکترا احمدرضا فقیه خراسانی دانشگاه یزد*فنی و مهندسی شهرام طالبی مهندسی مکانیک/دانشگاه یزد Journal Article 2018 12 27 During the steel continuous casting process, the tundish is the last metallurgical actuator in which there will be an opportunity for removal of impurities present in the melt. Therefore, improving of the fluid flow phenomena inside the tundish, including the type of fluid flow pattern, increasing of inclusion residence time in the tundish, decreasing of volume of stagnant fluid and increasing of fluid flow in the rotation, can improve the process of separation of the inclusion and absorbing them into slag and the preparation of clean steel. In the mathematical method, the FLUENT software is used and in the experimental method, by manufacturing of the glass tundish in 1:4 scale and molten flow physical simulation, the effect of applying the dam in the tundish, as well as the change in the height of the melt on the behavior of the flow has been investigated, and it has been determined that decreasing of the molten height in the tundish increases the separated inclusion from the molten and inclusion residence time in the tundish. Also, using the dam at the inlet nozzle with a tall dam on the sides of the tundish leads to the removal of the inclusion and improving the molten flow. در طی فرآیند ریخته‌گری مداوم فولاد، تاندیش آخرین عمل‌کننده متالورژیکی است که در آن فرصتی برای حذف ناخالصی‌های موجود در مذاب فراهم خواهد شد. بنابراین بهبود پدیده‌های مربوط به جریان سیال در داخل تاندیش ریخته‌گری مداوم از جمله نوع الگوی جریان، افزایش مدت زمان ماندگاری آخال در تاندیش، کاهش حجم سیال راکد و همچنین افزایش جریان سیال در حال چرخش در تاندیش می‌تواند باعث بهبود فرآیند جداسازی آخال از مذاب و تهیه فولادی تمیز گردد. در این تحقیق با شبیه‌سازی عددی و تجربی، رفتار جریان در تاندیش ریخته‌گری مداوم فولاد مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. در روش عددی از نرم‌افزار فلوئنت جهت شبیه‌سازی جریان استفاده گردیده و در روش تجربی با ساخت تاندیشی از جنس شیشه با مقیاس 4:1 و شبیه‌سازی فیزیکی جریان سیال، تأثیر بکارگیری مانع در تاندیش، همچنین تغییر ارتفاع مذاب بر رفتار جریان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی‌ها نشان داده است که کاهش ارتفاع مذاب در تاندیش، سبب افزایش آخال جدا شده از مذاب گردیده و زمان ماندگاری آخال در تاندیش را افزایش می‌دهد. همچنین بکارگیری مانع در محل ورودی جریان به تاندیش همراه با مانع بلند در طرفین تاندیش، باعث بهبود الگوی جریان و افزایش آخال جدا شده از مذاب می‌گردد. https://mej.aut.ac.ir/article_3440_7de32147a4f1055bed9e4faf3485a84d.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2018 12 27 Numerical Simulation of Three-Dimensional and Bi-Disperse Particle-Laden Turbidity Current in an Experimental Channel in the Presence of an Obstacle شبیه‌سازی عددی جریان‌ گل‌آلود سه‌بعدی حاوی دو نوع ذره در یک کانال آزمایشگاهی در حضور مانع 1955 1974 3212 10.22060/mej.2018.14882.5967 FA صبا تیموری مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران احسان خواصی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان Journal Article 2018 08 24 In the present study, the propagation of a continuous three-dimensional, in collision with obstacle and bi-disperse particle-laden turbidity current with a large eddy simulation method was modeled using the OpenFOAM numerically. Due to the presence of a large number of suspended particles, the Eulerian-Eulerian method has been used and for each particle a concentration equation, which the particles settling velocity has been added to, is solved. The results show that before the obstacle, there is no significant change in the current velocity profiles in with and without obstacle state, but the presence of an obstacle decreases the maximum velocity by 10%, also the number of suspended particles on the obstacle decreases in channel width. In the final semi-stable state, the maximum concentration of 15.3% is reduced compared to the without obstacle state. By increasing the particle diameter to 20 and 30 microns, maximum concentration is increased by 12.5% and 22.3%, the number of suspended particles also decreases by 68% and 21%, respectively. As a result, particles with larger diameter precipitate more and rapidly. Changing the inlet concentration in the case of smaller diameter particle increases the number of suspended particles by 11.2% and current will have more capability for carrying suspended particles. در این پژوهش انتشار جریان چگال پیوسته سه‌بعدی حاوی دو نوع ذره در برخورد با مانع به روش گردابه‌های بزرگ و با استفاده از کد اپن فوم، به‌صورت عددی مدل‌سازی شده‌است. به علت تعداد زیاد ذرات معلق، از روش اویلری- اویلری استفاده شده است و برای هر نوع ذره یک معادله غلظت، که دارای پارامتر سقوط ذرات است، حل می‌شود. نتایج نشان می‌دهند که قبل از مانع تغییر چندانی در پروفیل سرعت جریان در حالت با مانع و بدون مانع ایجاد نمی‌شود، ولی حضور مانع سرعت ماکزیمم جریان را 10 درصد کاهش می‌دهد. همچنین بار ذرات معلق نیز در عرض کانال برروی مانع کاهش می‌یابد. در حالت شبه پایدار نهایی، غلظت ماکزیمم (بعد از مانع) 15/3 درصد نسبت به حالت بدون مانع کاهش یافته است. با افزایش قطر ذرات تا 20 و 30 میکرون، ماکزیمم غلظت به ترتیب 12/5 و 22/3 درصد افزایش می‌یابد. بار ذرات معلق نیز برای ذرات با قطر 20 و 30 میکرون به ترتیب 21 و 68 درصد کاهش می‌یابد. در نتیجه ذرات با قطر بیشتر، زودتر و بیشتر رسوب می‌کنند. تغییر غلظت ورودی در حالت ذره با قطر کمتر، موجب افزایش بار ذرات معلق به میزان 11/2 درصد شده و جریان قابلیت حمل بار معلق بیشتری را خواهد داشت. https://mej.aut.ac.ir/article_3212_0aae0fede9a4d278e2f9a171e62fc76b.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2018 12 09 Modeling of the Magnetorheological Damper with Optimization Approach for Magnetic Fluid Molecular Properties مدل‌سازی میراگر هیدرولیکی مغناطیسی با رویکرد بهینه‌سازی خصوصیات مولکولی سیال مغناطیسی 1975 1992 3159 10.22060/mej.2018.14751.5930 FA محسن غفاریان عیدگاهی دانشجوی دکتری دانشگاه صنعتی شاهرود محمد محسن شاه مردان دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شاهرود محمود نوروزی دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران Journal Article 2018 07 25 Magnetorheological damper, as one of the most widely used equipment in various industries, was firstly studied and optimized using a molecular properties analysis of operating magnetic fluid in it utilizing dissipative particle dynamics as molecular modeling method. By using modified Bouc-Wen model, hysteresis and damping force level have calculated in order to provide the required 10 N power requirement in micro-machines and after validation with experimental results presented in papers, the effect of molecular properties of magnetic fluid operating on it has investigated. Results of molecular modeling by dissipative particle dynamics method show that by increasing mass and diameter of magnetic particles, damping force increases, while by increasing number density of these particles and increasing mass of carrier fluid particles, damping force firstly increases and then decreases. Therefore, it is necessary to set optimal values. It is also observed that by decreasing the thickness of the surfactant layer at the surface of the magnetic particles, damping force increases. Finally, according to the obtained results, the optimal values of each studied parameters were determined to provide 10 N damping force with the least amount of energy consumed by damper and selected from commercial magnetic fluids 132-DG fluid as suitable magnetorheological fluid. میراگر هیدرولیکی مغناطیسی به‌عنوان یکی از پرکاربردترین تجهیزات در صنایع مختلف برای اولین بار با رویکرد بررسی خصوصیات مولکولی سیال مغناطیسی عامل در آن با استفاده از روش مدل‌سازی مولکولی دینامک ذره استهلاکی مورد مطالعه و بهینه‌سازی قرار گرفته است. بوسیله مدل اصلاح شده بوک ون شرایط پسماند مغناطیس و نیروی میراگری برای فراهم شدن توان میراگری 10 نیوتن مورد نیاز در میکرو ماشین‌ها محاسبه شده و پس از معتبرسازی با نتایج تجربی موجود در مقالات اثر خصوصیات مولکولی سیال مغناطیسی عامل بر آن بررسی شده است. نتایج حاصل از مدل‌سازی دینامیک ذره استهلاکی نشان می‌دهد با افزایش جرم و قطر ذرات مغناطیسی نیروی میراگری افزایش می‌یابد، در حالیکه با افزایش چگالی این ذرات و افزایش جرم ذرات سیال حامل، نیروی میراگری ابتدا افزایش و سپس کاهش پیدا می‌کند، بنابراین لازم است تا مقادیر بهینه تعیین شوند. همچنین مشاهده می‌شود با کاهش ضخامت لایه فعال در سطح ذرات مغناطیسی نیروی میراگری افزایش می‌یابد. در نهایت با توجه به نتایج بدست آمده، مقادیر بهینه هر یک از پارامترهای مورد مطالعه بمنظور فراهم آمدن توان میراگری 10 نیوتن با کمترین مقدار مصرف انرژی توسط میراگر تعیین شده و از میان سیال‌های مغناطیسی تجاری سیال 132-دیجی به‌عنوان بهترین سیال انتخاب می‌شود. https://mej.aut.ac.ir/article_3159_99ef04eb612baf0e86671a5109e22154.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 04 27 Modelling and Experimental Investigation of the Evaporation Suppression Using Floating Covers in the Presence of Surface Flows مدل‌سازی و بررسی آزمایشگاهی کاهش تبخیر سطحی آب توسط پوشش‌های شناور با حضور جریان سطحی 1193 2010 3382 10.22060/mej.2019.15515.6145 FA امیر رضازاده دانشگاه صنعتی شاهرود-دانشکده مهندسی مکانیک 0000-0003-3083-2951 پوریا اکبرزاده دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران میلاد امین‌زاده دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران Journal Article 2018 12 26 The increase in fresh-water demand due to the rapid population growth and climate changes with severe droughts highlights the protection of limited fresh-water resources. In arid regions, evaporation accounts for a significant fraction of losses from water reservoirs. Among different methods for suppressing evaporative loss, the use of modular floating elements offers a simple and reliable technique. Despite numerous studies on application of floating elements, performance of this method in the presence of surface flows is not yet addressed comprehensively. Hence, the present study aims to investigate the effect of surface flows on evaporation from covered reservoirs. For this purpose, a 500-liter water reservoir was covered with white and black balls and a water-pump provided surface flows at different rates. The results show that evaporation decreases monotonically with increasing surface flow rate until a specific flow rate, called optimal flow rate. The increase in surface flow more than this optimal rate results in increase in evaporative loss. Regardless of surface flow condition, the results indicate that the lowest water evaporation occurs for the coverage with white balls while coverage using a mixture of black and white balls and only with black balls showed higher evaporation rates, respectively (the highest evaporation is of course for the uncovered surface). The experimental findings demonstrate that surface flows with appropriate rates can effectively enhance evaporation suppression efficiency of floating elements. Comparison of the modeling results with experimental outputs highlights application of the physically-based energy balance model in estimating surface evaporation for covered and uncovered water surfaces with and without surface flow conditions. امروزه حفظ منابع آب شیرین به‌دلیل رشد جمعیت، تغییرات اقلیمی و خشکسالی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.در نواحی خشک، بخش قابل‌توجهی از آب‌های ذخیره‌شده به‌دلیل تبخیرازبین می‌روند که پوشاندن سطح مخازن با اجسام شناور، راهکاری ساده و قابل‌اطمینان برای کاهش تبخیر به‌شمار می‌آید. علی‌رغم مطالعات گسترده روی پوشش‌های شناور، تاثیر آن‌ها درحضور جریان‌های سطحی تاکنون مورد بررسی دقیق قرار نگرفته است. لذا در این مطالعه به مدل‌سازی و بررسی آزمایشگاهی تاثیر جریان سطحی بر میزان تبخیر مخازن آب پوشیده با اجسام شناور پرداخته‌ می‌شود. بدین‌منظور از توپ‌های سیاه‌ و سفید برای پوشش‌دهی مخزن واز یک پمپ جهت ایجاد جریان سطحی ً با استفاده‌شده است. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که میزان تبخیر تا یک دبی مشخص (دبی بهینه)، کاهش و مجددا افزایش دبی، افزایش می‌یابد.همچنین در تمامی شرایط وجود/عدم‌ وجود جریان، کمترین میزان تبخیر در پوشش‌دهی با توپ‌های سفید رخ می‌دهد. درضمن پوشش‌دهی به‌صورت مخلوطی مساوی از توپ‌های سیاه‌و سفید و پوشش با توپ‌هایسیاهبه‌ترتیبدررتبه‌هایبعدیکاهشتبخیرقراردارند (بیشترینتبخیرمربوطبه‌حالت بدون‌پوشش می‌باشد(. همچنین نتایج حاصل از مدل‌سازی انرژی نشان می‌دهد که روابط حاکم برمدل‌سازی،دقت قابل‌قبولی در تخمین میزان تبخیربرای تمامی حالت‌های بدون‌پوشش/پوشش‌دهی همراه با وجود/عدم‌وجود جریان‌سطحی خواهد داشت. https://mej.aut.ac.ir/article_3382_29ddbdb402491a6aa97964a8139a1356.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 7 2019 03 25 Roll Dynamic Stability of an Autonomous Underwater Vehicle with a Fish-like Hull Shape پایداری دینامیکی رول ربات خودکار زیرآبی با فرم بدنه شبه ماهی 2011 2026 3355 10.22060/mej.2019.15237.6066 FA امیر هنریار دانشجوی دکترا / دانشکده مهندسی دریا دانشگاه صنعتی امیر کبیر محمود غیاثی صنعتی امیرکبیر*مهندسی دریایی Journal Article 2018 11 03 An autonomous underwater vehicle designed and manufactured with fish-like hull shape in order to survey subsea pipeline and cable is analyzed hydrodynamically. Not only does having high hydrodynamic stability increase course keeping ability, but it facilitates dynamic behavior control of robot regarding the disturbances like marine currents in the water. Roll dynamic instability would be an adverse phenomenon for underwater vehicles results in the deviation from the main path. After mentioning governing motion equations of vehicle, hydrodynamic moment acting on the body has been computed numerically using computational fluid dynamics. The robot is assumed to be a rigid body and the flow passing over it is considered steady and incompressible. Having extracted relationship between moment and flow angular velocity, the linear hydrodynamic coefficient needed for stability analysis is estimated. Using this damping coefficient, roll dynamic stability of the robot has been evaluated. To ensure the accuracy of numerical results, computations are compared with axisymmetric body designed and manufactured in Ship Hydrodynamic Department of David Taylor Research Center; Comparisons show firmly good agreement with experiments. Results reveal that roll dynamic stability of proposed hull shape with triangular cross-section is 10 times as great as that of conventional axisymmetric body with circular cross-section. ربات خودکار زیرآبی طراحی شده با فرم بدنه نوین شبه‌ماهی برای هدف بازرسی خطوط لوله و کابل زیردریا مورد ارزیابی هیدرودینامیکی قرار گرفته است. افزایش پایداری دینامیکی ربات بازرس زیرآبی علاوه بر افزایش قابلیت حفظ مسیر حرکت ربات، موجب تسهیل در کنترل رفتار دینامیکی آن در محیط پراغتشاش اعماق دریا می‌شود. پس از بیان معادلات حرکت حاکم بر وسیله، گشتاور هیدرودینامیکی وارد بر بدنه از طرف جریان سیال آب با مدل‌سازی عددی در دینامیک سیالات محاسباتی استخراج شده است. ربات به عنوان جسم صلب و جریان اطراف آن به صورت پایا و تراکم‌ناپذیر فرض شده است. با بیان ارتباط خطی بین گشتاور هیدرودینامیکی و سرعت زاویه‌ای جریان، ضریب هیدرودینامیکی خطی بازدارنده یا میرایی مورد نیاز محاسبه شده است. به کمک ضریب هیدرودینامیکی بازدارنده استخراج شده، پایداری دینامیکی ربات حول محور طولی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای اطمینان از صحت نتایج، یافته‌های پژوهش حاضر با داده‌های آزمایشگاهی بدنه متقارن محوری متعلق به دپارتمان هیدرودینامیک کشتی مرکز تحقیقات دیوید تیلور مقایسه شده است؛ یافته‌های عددی تطابق خوبی را با آزمایش نشان می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد که پایداری دینامیکی رول برای ربات با فرم بدنه پیشنهادی با مقطع مثلثی در این مقاله 10 برابر بیشتر از ربات‌های با فرم بدنه رایج متقارن محوری با مقطع دایروی است. https://mej.aut.ac.ir/article_3355_ca793d8b79c1b6665cf109d6077a8277.pdf