دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190327Optimization and Thermodynamic Analysis of the Dual Mixed Refrigerant Process of the Natural Gas Liquefactionبهینهسازی و تحلیل ترمودینامیکی فرآیند مایعسازی دوطبقهای گاز طبیعی با استفاده از مبرد چند جزئی23572368335810.22060/mej.2019.15191.6054FAمحسنکاشی پرپینچیدانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین، ایرانعلیرضاصادقیدانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین، ایرانمنصورخانکیدانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)سید عباسسادات سکاکبین المللی امام خمینی (ره) قزوین*دانشکده فنی و مهندسیJournal Article20181027Natural gas liquefaction processes require a lot of investment and operation costs and are part of the energy-consuming industries. In this research, parameters such as refrigerant component, inlet and outlet pressure to compressors were optimized in the dual mixed refrigerant system to reduce operating costs. The optimized system was then evaluated by exergy to obtain the amount of exergy loss in various components of the system, finding illustrate the highest exergy losses were in compressors, heat exchangers, aftercoolers and throttle valves, respectively. The reason for the high loss of exergy in the compressors is their low polytropic efficiency. Exergy analysis showed that exergy loss in the main cycle heat exchanger, is 4% higher than that of the pre-cooling cycle heat exchanger, which is due to the higher temperature difference between input and output flows in the main cycle heat exchanger. Analysis of the effect of the size of the heat exchanger, which highly affects investment costs, on the specific power consumption is carried out and the results showed that this effect is minimum at the optimum point and increases proportionally to the distance from the optimum point.فرآیندهای مایع سازی گاز طبیعی نیازمند هزینه سرمایهگذاری و عملیاتی زیادی میباشند و جزء صنایع پر مصرف از لحاظ انرژی به حساب میآیند. در این تحقیق پارامترهایی مانند ترکیب مبرد و فشار ورودی و خروجی به کمپرسور در سیستم تبرید مبرد چند جزئی دو طبقهای جهت کاهش توان مصرفی ویژه با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات بهینه شد. سیستم بهینه شده مورد ارزیابی اگزرژی قرار گرفته است تا میزان اتلاف اگزرزی در اجزای مختلف سیستم به دست آید، نتایج حاصل نشان میدهد که بیشترین اتلاف اگزرژی به ترتیب در کمپرسورها، مبدلهای حرارتی، خنککنها و شیرهای فشارشکن میباشد. علت بالا بودن اتلاف اگزرژی در کمپرسورها پایین بودن راندمان پل یتروپیک آ نها میباشد. در تحلیل اگزرژی مشخص گردید که اتلاف اگزرژی در مبدل حرارتی چرخه اصلی، 4 درصد بیشتر از مبدل حرارتی چرخه پیش سرمایش میباشد که به دلیل اختلاف دمای زیاد در ورودی و خروجی جریا نها در مبدل حرارتی است. تحلیل تاثیر اندازه مبدل حرارتی، که اثر قابل ملاحظهای بر هزینههای سرمایهگذاری دارد، بر توان مصرفی انجام گرفت و نتایج نشان داد که این تاثیر در نقطه بهینه ناچیز بوده و متناسب با فاصله گرفتن از نقطه بهینه، افزایش مییابد.https://mej.aut.ac.ir/article_3358_7a04d7976b8a69f1d5bd5e520a140976.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190430Study of the Natural Circulation Heat Recovery Steam Generator Unsteady Behavior Using One Dimensional Model for the Evaporator Loopمطالعه رفتار گذرای بویلر بازیاب حرارت تولید بخار گردش طبیعی با استفاده از مدل یک بعدی سیکل اواپراتور23692386339610.22060/mej.2019.15234.6065FAامیدمهدوی کشاورکارشناسی ارشد، گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایرانعلیجعفریاندانشیار، گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایرانصابردلدارکارشناسی ارشد، گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایرانJournal Article20181103Heat recovery steam generators as a vital part of cogeneration plants play a fundamental role in energy recovery processes. According to a necessity of accurate analysis of steam generators’ parameters variation rate to take a decision on steam generators processes such as start-up and shut-down, the present study aims to investigate the unsteady behavior of boilers using the dynamic simulation. In this respect, a one-dimensional model of the evaporator natural circulation loop along with boilers’ drum and heat transfer models are considered for simulation. Unsteady study scenarios include changes in the input heat to tube banks due to the change in the gas turbine load, feedwater flow rate and steam demand of the downstream cycle. A computer code has been developed to solve governing equations of a one- dimensional model and to demonstrate the response of boilers’ key parameters to different scenarios. Dynamic simulation results showed that a 5% increase in heat input to risers leads to an increase of 15% of the drum pressure as well as an increase of about 10 degrees of the tubes wall temperature. In addition, an increase of 20% in the heat input due to the change in the gas turbine load would increase the wall temperature of tubes by 35 degrees.بویلرهای بازیاب حرارت تولید بخار به عنوان بخش حیاتی واحدهای تولید همزمان نقش مهم و اساسی در بازیابی انرژی فرآیندها ایفا میکنند. با توجه به مورد نیاز بودن تحلیل دقیقی از نرخ تغییر پارامترهای بویلر بازیاب برحسب زمان به منظور تصمیمگیری در مورد فرآیندهای بویلر از جمله راهاندازی و خاموشی، پژوهش حاضر به مطالعه و بررسی رفتار گذرای بویلر با استفاده از شبیهسازی دینامیکی پرداخته است. بدین منظور مدل یکبعدی)مدل نقطهای( سیکل گردش طبیعی اواپراتور همراه با مدلهای درام و انتقال حرارتی بویلر برای شبیهسازی درنظر گرفته شده است. سناریوهای حالت گذرا شامل تغییرات در شار ورودی به دسته لولهها ناشی از تغییر بار توربین گازی)سیکل بالادستی(، دبی آب تغذیه و میزان بخار مورد تقاضا )دبی بخار تولیدی( سیکل پایین دستی است. کد کامپیوتری با هدف حل معادلات گذرای حاکم بر مدل یکبعدی بویلر بازیاب و استخراج پاسخ رفتار گذرای)دینامیکی( پارامترهای کلیدی بویلر نسبت به سناریوهای مختلف، توسعه داد ه شده است. نتایج شبیهسازی دینامیکی نشان میدهد که افزایش 5 درصدی نرخ گرمای ورودی به بویلر، افزایش 15 درصدی فشار درام و با لارفتن حدود 10 درجهای دمای دیواره لولههای بویلر را در پی دارد. همچنین افزایش 20 درصدی شار حرارتی به دسته لولهها ناشی از تغییر بار توربی نگازی منجر به بالارفتن حدود 35 درجهای دمای دیواره لولهها میشود.https://mej.aut.ac.ir/article_3396_e8179f28688d1aa000e208c3dc08e72e.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190320Optimization of the Turbines Locating in the Wind Farmبهینه سازی جانمایی توربین ها در مزرعه باد23872402334910.22060/mej.2019.15150.6043FAسید مجتبیواردی کولاییصنعتی شاهرودمسعودعبدالمحمدیدانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایرانحبیباحمدیصنعتی شاهرودمصطفینظریصنعتی شاهرودJournal Article20181017Nowadays, with regard to the reduction of fossil fuels and the management of their use, wind power is now rising as one of the most efficient renewable energy sources. Moreover, wind farms, which include sets of turbines in a farm, have become more developed and their designs and optimizations have risen recently. In this paper, the wind turbines are located in the wind farm and the effects of their positions and arrangements on the production power of the whole system are investigated. For this purpose, a square farm is considered and, having information on how the winds and wind speeds in each case, will extract the optimum location of turbines in the farm using optimization algorithms. The main goal of this research is to increase the total amount of power extracted from the wind farm based on the changes in the locations and arrangements of the turbines. This optimization problem is subjected to some constraints, such as the maximum number of turbines in the farm, the minimum distance between turbines and the overall size of the farm. To solve this optimization problem, the genetic algorithm and particle swarm optimization methods are used and the results of these methods are compared.امروزه با توجه به کاهش سوختهای فسیلی و اعمال مدیریت در بهرهبرداری از آ نها، استفاده از انرژی باد به عنوان یکی از کاراترین منابع انرژی تجدیدپذیر در حال افزایش است و در سالهای گذشته، طراحی، ساخت و بهینهسازی مزارع باد، که شامل مجموعهای از توربینها در یک مزرعه میباشند، توسعه بیشتری یافته است. در این مقاله به جانمایی توربینها در مزرعه باد پرداخته شده و تاثیر موقعیت آنها بر توان خروجی مجموعه مورد بررسی قرار میگیرد. بدین منظور، زمینی مربعی شکل در نظر گرفته شده است و با داشتن اطلاعات مربوط به چگونگی وزش باد و سرعت آن در هر جهت، محل بهینه قرارگیری توربینهای باد در مزرعه با استفاده از الگوریتمهای بهینهسازی استخراج خواهد شد. هدف اصلی پژوهش، افزایش مجموع توان دریافتی از توربینهای مزرعه، براساس تغییر در موقعیت توربینها میباشد. این مساله بهینهسازی با قیودی همچون حداکثر تعداد توربینها در یک مزرعه، حداقل فاصله بین توربینهای مزرعه و ابعاد کلی مزرعه همراه خواهد بود. برای حل این مساله بهینهسازی، از دو روش الگوریتم ژنتیک و الگوریتم ازدحام ذرات استفاده شده و نتایج با هم مقایسه شدهاند. بررسی نتایج این پژوهش نشان میدهد توان دریافتی از توربینهای جایابی شده در مزرعه باد، نسبت به کارهای قبلی افزایش یافته است.https://mej.aut.ac.ir/article_3349_96fff9ca4f778fc546017d238e2ec087.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190320Performance Analysis of a Building Heating System using Underground Source Heat Pump and Photovoltaic Thermal Collectorتحلیل عملکرد سیستم گرمایش ساختمان توسط پمپ حرارتی منبع زیرزمینی و گردآورنده فتوولتائیک حرارتی24032424334810.22060/mej.2019.15105.6025FAملیحهکرمیگروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستانفرامرزسرحدیمدیر گروه مهندسی مکانیک
گروه مهندسی مکانیک دانشگاه سیستان و بلوچستان0000-0002-5216-9823فاطمهصبح نمایانگروه مکانیک، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، ایرانJournal Article20181007This study investigates the performance evaluation of a building heating system equipped to underground storage tank heat pump and photovoltaic thermal collector. The system consists of an underground spherical tank, a photovoltaic thermal collector and a heat pump. The performance evaluation of the combined system is carried out from the energy and exergy perspective. Developing energy balance for various components of the system, the analytical relations for water temperature of the auxiliary tank, solar cell temperature, absorber plate temperature and the useful heat gain of photovoltaic thermal collector are obtained. The output electrical power of photovoltaic module is calculated by the four-parameter current-voltage model. By writing the exergy balance for the various components of the system, their irreversibility is specified. The validation of the simulation results is carried. The obtained results indicate that the energy and exergy efficiency is maximum for the collector number of 65 and mass flow rate of 0.25 kg/s. The decrease in storage tank volume causes a decrease in water temperature. The increase of 30% in the collector number causes an increase of 25% in water temperature. The highest and lowest water temperature of the tank is observed on the ground of coarse graveled and granite, respectively.در پژوهش حاضر به تحلیل عملکرد سیستم گرمایش ساختمان مجهز به پمپ حرارتی منبع زیرزمینی و گردآورنده فتوولتائیک حرارتی پرداخته شده است. اجزاء سیستم مورد مطالعه شامل منبع کروی زیرزمینی، گردآورنده فتوولتائیک حرارتی و پمپ حرارتی میباشد. بررسی عملکرد سیستم ترکیبی از دو منظر انرژی و اکسرژی صورت گرفته است. توسط توسعه موزانه انرژی برای اجزاء مختلف سیستم روابطی تحلیلی برای محاسبه دمای آب منبع کمکی، دمای سلول خورشیدی، دمای صفحه جاذب و نرخ حرارت جذب شده گردآورنده فتوولتائیک حرارتی به دست آمده است. توان الکتریکی خروجی مدول فتوولتائیک توسط مدل الکتریکی چهار پارامتری جریان-ولتاژ محاسبه شده است. با نوشتن موازنه اکسرژی برای اجزاء مختلف سیستم برگشت ناپذیری آنها مشخص شده است. نتایج شبیهسازی تحقیق حاضر در توافق خوبی با دادههای آزمایشگاهی تحقیقات پیشین میباشد. بررسی نتایج نشان میدهد که برای تعداد گردآورنده 65 عدد و دبی جرمی 25 / 0 کیلوگرم بر ثانیه راندمان انرژی و اکسرژی حداکثر میباشد. کاهش حجم منبع کاهش دمای آب منبع کمکی را به دنبال دارد. افزایش 30 درصدی تعداد گردآورندههای فتوولتائیک حرارتی افزایش 25 درصدی دمای آب را سبب میشود. بیشترین و کمترین دمای آب منبع کمکی به ترتیب در زمینی از جنس سنگ ریزه زبر و گرانیت مشاهده شد.https://mej.aut.ac.ir/article_3348_7ff3024a4406755c8cc4b69409fb9131.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190320The Importance of the Compatible Combustion and Sub-grid Scale Models on the Simulation of Large-Scale Pool Fireاهمیت استفاده از مدل احتراقی و زیرشبکهی مناسب بهمنظور مدلسازی الگوی جریان در آتش استخری بزرگمقیاس24252442335010.22060/mej.2019.15288.6085FAقاسمحیدری نژادتربیت مدرسهادیپاسدار شهریتربیت مدرس * مهندسی مکانیکمحمدصفرزادهتربیت مدرسJournal Article20181115In this paper, large-scale pool fire behavior has been investigated with large eddy simulation. In order to investigate the efficiency of various combustion models in the pool fire simulation, two combustion models of the eddy dissipation model and infinite fast chemistry in two sub-grid scale models of Smagorinsky and one equation was evaluated. The infinite fast chemistry model has an over- prediction in the reaction rate and flame temperatures in the simulation of pool fire. In addition, the eddy dissipation model, due to the use of time characteristic of turbulence and diffusion, has more accurate results in the prediction temperature field and flow behaviors. The eddy dissipation model with one- equation sub-grid scale model has better prediction for the velocity field and there is a difference of about 5–10 % with the experimental measurements. However, the infinite fast chemistry combustion model can better fit with the Smagorinsky sub-grid scale than one equation sub-grid scale model in the simulation of pool fire. The numerical results predicted by the different combustion models and sub-grid models for vertical velocity along the central line are in the range of experimental results, and almost all models predict the vertical velocity in this line, good.در این مقاله به کمک روش شبیهسازی گردابههای بزرگ رفتار آتش استخری بزرگ مقیاس مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی کارایی مدلهای احتراقی مختلف در شبیهسازی آتش و همچنین بررسی سازگاری مدل احتراقی با مدل زیرشبکه، دو مدل احتراقی اضمحلال گردابه و سینتیک سریع در دو حالت مدل زیرشبکه اسماگورینسکی و تک معادلهای، مورد ارزیابی قرارگرفته شد. در حالت کلی مدل احتراقی سینتیک سریع با پیشبینی بیش از حد احتراق، میزان سرعت و دما را مقداری بیشتر از نتایج تجربی مدل میکند، اما مدل احتراقی اضمحلال گردابه به علت استفاده از زمان مشخص ه اغتشاشی و نفوذ میتواند احتراق را دقیقتر مدل کند و در نتیجه نتایج میدان سرعت و دما را دقیقتر پیشبینی میکند. همچنین مدل احتراقی اضمحلال گردابه در حالتی که از مدل زیرشبکه تک معادلهای استفاده شود، بهترین مدل در پیشبینی میدان سرعت است به نحوی که در مقاطعی از میدان حل با اختلاف حدود 10 - 5 درصد در محدود ه نتایج تجربی قرار میگیرد، اما مدل احتراقی سینتیک سریع بر خلاف مدل اضمحلال گردابه زمانی که با از مدل زیرشبکه اسماگورینسکی استفاده شود، نتایج بهتری ارائه میدهد و زمان یکه با مدل زیرشبکه تک معادلهای به کار رود، نتایج میدان سرعت را با دقت پائینتری، مدل میکند.https://mej.aut.ac.ir/article_3350_182f6e46de148a95db14f1a5fd4dbaac.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190409Maps of Flame Dynamics for Premixed Lean Hydrogen-Air Combustion in a Heated Microchannelنقشههای دینامیک شعله برای احتراق رقیق هیدروژن – هوا در میکروکانال گرم شونده24432464336610.22060/mej.2019.14957.5997FAعلیرضاعلی پوردانشگاه شهید چمران اهوازکیومرثمظاهریدانشگاه تربیت مدرس- دانشکده مهندسی مکانیکJournal Article20180920In the present work, flame dynamics are extracted for combustion of premixed lean hydrogen-air in a heated microchannel using numerical simulation. In order to simulate the combustion phenomenon at this scale, Navier-Stokes equations along with energy and species conservation equations are considered by formulation of low Mach number and with consideration of detail chemical kinetics. Regarding different conditions, three dynamics is observed in the micro channel including periodic repetitive ignition-extinction, steady symmetric flame and steady asymmetric flame. Effects of different parameters such as inlet velocity, equivalence ratio, and channel width are investigated on the flame dynamics. .در کار حاضر، دینامیکهای شعله برای احتراق پیشآمیخته رقیق هیدروژن–هوا در یک میکروکانال گرمشونده با استفاده از شبیهسازی عددی استخراج میشود. به منظور شبیهسازی پدیده احتراق در این مقیاس معادلات نویر-استوکس به همراه معادلات بقای انرژی و بقای گونه با فرمولبندی عدد ماخ پایین و با در نظر گرفتن سینتیک جزیی در نظر گرفته میشود. با توجه به شرایط مختلف، سه رژیم خاموشی-اشتعال مکرر، رژیم پایای متقارن و رژیم پایای نامتقارن برای شعله مشاهده میشود. فیزیک حاکم بر رژیمهای مختلف، تاثیر سرعت جریان ورودی، نسبت ه مارزی و عرض کانال بر رژیمهای شعله بررسی میگردد. رژیم خاموشی-اشتعال مکرر در سرعتهای پایین و در نزدیکی حد شعله وری پایین مشاهده میشود. با افزایش سرعت جریان ورودی و ایجاد تعادل بین مقیاس زمانی واکنش و مقیاس زمانی اقامت سیال در کانال، شعلهای پایا و متقارن درون کانال مشاهده میشود. در این حالت مقدار بیشینه دما و کسر جرمی گونهها بر روی خط تقارن کانال قرار دارد. در ادامه با افزایش سرعت جریان ورودی در یک کانال معین، شعله در ناحیه خط تقارن کانال، به سمت پایین دست جریان حرکت میکند و در نزدیکی دیوار کشیده میشود. در این حالت سطح جبهه شعله مستعد ناپایداری میباشد و تحت تاثیر اغتشاشات موجود در کانال، جبهه شعله ناپایدار میشود. نقشههای رژیم شعله در ابعاد کوچک، برای مخلوط هیدوژن-هوا براساس سه پارامتر سرعت جریان ورودی، نسبت هم ارزی و عرض کانال در یک میکروکانال ارائه گردید.https://mej.aut.ac.ir/article_3366_7e9399142400908ff92e0a39bc1c042d.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190630Mathematical and Artificial Neural Network Simulation of NOx Selective Catalytic Reduction in a Monolithic Reactorشبیه سازی ریاضی و شبکه عصبی مصنوعی کاهش کاتالیستی انتخابی ناکس در یک راکتور مونولیتی24652478348910.22060/mej.2019.15355.6102FAعلیفرضیدانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران0000-0002-3416-894Xپروانهخلعتیدانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایرانJournal Article20181128Worldwide development of industries and increase of energy consumption, have resulted fast increase in the emission of nitrogen oxides pollutants. Therefore, removal of nitrogen oxides is a very important issue. In this study, modeling and simulation of selective catalytic reduction of nitrogen oxides in a monolithic catalytic reactor at both steady-state and dynamic-state was performed. Steady- state results showed that because of intense effect of temperature on nitrogen oxides conversion and competition of the main reaction with ammonia oxidation reaction, conversion of nitrogen oxides requires a catalytic filter in the range 300-350°C. Results showed that nitrogen oxide conversion increases with decreasing gas hourly space velocity and increasing inlet nitrogen oxide concentration. At dynamic-state, the effect of changes in some parameters including gas hourly space velocity, inlet nitrogen oxide concentration, and ammonia /nitrogen oxide ratio were investigated. Also, steady-state simulation of the process was performed using an artificial neural network and conversions of nitrogen oxides and ammonia were estimated as a function of gas hourly space velocity, reactor temperature, and nitrogen oxide concentration. 96 networks with different neurons and two different activation functions in hidden layer were trained. The resulted optimum network showed maximum mean square error of about 0.01 compared to mathematical modeling results indicating high performance of neural network for prediction of process performance.گسترش صنایع و افزایش مصرف انرژی در جهان، سبب افزایش انتشار آلاینده اکسیدهای نیتروژن، ناکس، شده است. بنابراین حذف ناکس از اهمیت بسیاری برخوردار است. در این مطالعه، مدلسازی و شبیهسازی کاهش کاتالیستی انتخابی ناکس توسط آمونیاک در یک راکتور کاتالیستی مونولیتی در دو حالت پایا و دینامیک انجام گردید. نتایج حالت پایا نشان داد که به دلیل اثر شدید دما بر تبدیل ناکس و رقابت واکنش اصلی با اکسیداسیون آمونیاک، تبدیل ناکس نیاز به فیلتر کاتالیستی در محدوده 300 تا 350 درجه سانتیگراد دارد. نتایج نشان داد که تبدیل اکسید نیتروژن با کاهش سرعت فضایی گاز و افزایش غلظت اکسید نیتروژن ورودی افزایش مییابد. در حالت دینامیک اثر تغییرات پارامترهای مؤثر شامل سرعت فضایی گاز، غلظت اکسید نیتروژن و نسبت مولی آمونیاک به اکسید نیتروژن ورودی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین شبیهسازی حالت پایای فرایند با شبکه عصبی مصنوعی انجام گرفت و مقادیر تبدیل اکسید نیتروژن و آمونیاک به عنوان تابعی از سرعت فضایی گاز، دمای راکتور و غلظت اکسید نیتروژن تخمین زده شدند. 96 شبکه با تعداد نرونهای مختلف و دو تابع فعا لسازی مختلف در لایه مخفی آموزش داده شدند. شبکه بهینه بیشینه خطای مربعی حدود 01 / 0 نسبت به نتایج مدلسازی ریاضی نشان داد که حاکی از کارآیی بالای شبکه عصبی در پیشبینی عملکرد فرایند میباشد.https://mej.aut.ac.ir/article_3489_4ea2028d4eaeb9774d7f271bd5df0d0d.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-6032529201902281-1- Two Phase Simulation of Droplets Motion in Cathode Channels and Manifolds of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cellشبیهسازی دینامیک سیالات محاسباتی دوفازی از حرکت قطره در میدان جریان و منیفولد سمت کاتد پیل سوختی پلیمری24792490331310.22060/mej.2019.13114.6001FAسید حسینمسروری سعادتآزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل سوختی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر0000-0002-2869-4935مظاهررحیمی اسبوییآزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل سوختی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر ، فریدونکنار، ایران.مهرزادشمسخواجه نصیر*مهندسی مکانیکمجیدقاسمیدانشگاه خواجه نصیر الدین طوسیJournal Article20181001Polymer electrolyte membrane fuel cell with a combination of oxygen and hydrogen and production of water converts the chemical energy of the fuel directly and through an electrochemical reaction to electrical energy. One of the most crucial issues for commercializing this technology is water management. In the present study, the motion of liquid droplets that emerged in the gas flow channels with inlet and outlet manifolds is investigated. Due to the small dimensions of these channels, the balance of surface adhesion and other dynamic forces influence the flow of fluid, therefore, the semi- empirical Hoffman model with a two-phase flow method for simulating physics in an applied geometry including gas flow manifolds are used. The effect of tapering the manifold cross-section on the liquid water droplets is also investigated. The physical model used for the dynamic contact angle is validated with data from an experimental study. Simulation results show that by changing the geometry of the input and output manifolds, the problem created in conventional geometry, which causes the obstruction of the last channel due to the accumulation of liquid water, will be resolved, thereby improving the geometry will improve the water management in the channels.پیل سوختی پلیمری با ترکیب اکسیژن و هیدروژن و تولید آب، انرژی شیمیایی سوخت را بطور مستقیم و طی یک واکنش الکتروشیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. از مهمترین موانع تجاریسازی این فناوری، مشکلات مربوط به مدیریت آب میباشد. در کار حاضر به بررسی فرایند حرکت قطرات شکل گرفته در کانالهای جریان گاز به همراه منیفولدهای ورودی و خروجی پرداخته شده است. با توجه به ابعاد کوچک این کانالها، توازن نیروهای موثر بر حرکت جریان مایع به سمت چسبندگی سطحی میباشد، بنابراین از مدل نیمه تجربی هافمن به همراه روش عددی دوفاز حجم سیال برای شبیهسازی فیزیک مساله در یک هندسه کاربردی شامل منیفولدهای توزیع کننده جریان گاز استفاده شده است. اثر شیبدار کردن مقطع منیفولد بر دفع قطرات آب مایع نسبت به حالت مستقیم نیز مورد بررسی قرار گرفته است. مدل فیزیکی بکارگرفته شده برای زاویه تماس دینامیک با دادههای حاصل از یک مطالعه آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده است. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که با تغییر هندسه منیفولدهای ورودی و خروجی مشکل ایجاد شده در هندسه متداول که موجب انسداد کانال انتهایی ناشی از تجمع آب مایع میشود برطرف شده و در نتیجه، اصلاح هندسه سبب بهبود مدیریت آب در کانالها خواهد شد.https://mej.aut.ac.ir/article_3313_1b550fcfe8f1ca8b5c0593f0be3ba955.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190410Effect of the Phase Change on the Flow Distribution in the Manifold of Fuel Cell Stackنقش تغییر فاز در توزیع جریان درمنیفولد استک پیل سوختی24912506336710.22060/mej.2019.15136.6036FAاحمدرضایی سنگتابیدانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایرانعلیکیانیفرفردوسی مشهد-مهندسی- گروه مهندسی مکانیکابراهیمعلیزادهدانشگاه صنعتی مالک اشتر، آزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل سوختی، فریدونکنار، ایران.مظاهررحیمی اسبوییآزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل سوختی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر ، فریدونکنار، ایران.سید حسینمسروری سعادتآزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل سوختی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر0000-0002-2869-4935Journal Article20181015In this paper, the effect of water vapor phase change on the distribution of oxygen flow in the cathode side of a polymer electrolyte membrane fuel cell stack with 26 cells is investigated by using computational fluid dynamics. For this purpose, a code is developed in OpenFOAM software and validated with experimental data for the single-phase flow distribution. Three different boundary conditions are applied to the walls of the manifold: constant temperature, free and forced heat convection. The results indicate that water generated from condensation on the lower wall of the inlet manifold enters the first cell. Also, the accumulation of water in this area reduces the flow velocity at the entrance of the first cell. The condensed water vapor on the upper wall of the inlet manifold moves to the end of the stack. Part of the water enters into the last four cells, and the other part returns to the manifold due to the vortex. Therefore, the first cell and the last four cells receive less reactant than other cells. The non-uniform flow distribution parameter increases by up to 1425% on using saturated oxygen and under the forced convection condition.در این مقاله از دینامیک سیالات محاسباتی برای بررسی تاثیر تغییر فاز بخار آب در توزیع جریان گاز اکسیژن در بخش کاتد یک استک پیلسوختی پلیمری با 26 سلول استفاده شده است. به همین منظور، کدی در نرمافزار اپنفوم توسعه داده شده و با استفاده از دادههای آزمایشگاهی برای توزیع جریان تکفاز اعتبارسنجی شده است. سه شرط مرزی متفاوت به دیوار منیفولد اعمال شده است: دما ثابت، انتقال حرارت جابهجایی آزاد و اجباری. نتایج نشان میدهد که آب تولیدی از چگالش بر روی دیوار پایین منیفولد ورودی، وارد سلول اول میشود. همچنین تجمع آب در این منطقه باعث کاهش سرعت جریان در ناحیه ورودی سلول اول میگردد. بخار آب چگالیده شده بر روی دیوار بالایی منیفولد ورودی به سمت انتهای استک حرکت میکند. بخشی از آب وارد چهار سلول انتهایی شده و بخشی دیگر به دلیل گردابه بوجود آمده در انتهای استک به درون منیفولد بازمیگردد. بنابراین سلول اول و چهار سلول آخر مقدار کمتری واکنشدهنده دریافت میکنند. پارامتر توزیع غیر یکنواخت جریان در حالت استفاده از اکسیژن اشباع و تحت شرایط جابهجایی اجباری 1425 درصد افزایش مییابد.https://mej.aut.ac.ir/article_3367_94c9a603ebf552ccdac2621c6d07acda.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190223Numerical Investigation of Melting Nano-Enhanced Phase Change Materials in Triangular Enclosureبررسی عددی ذوب شدن مواد تغییر فاز دهنده نانو درون محفظهی مثلثی25072520331110.22060/mej.2019.14767.5934FAابوالفضلنعمت پور کشتلیتبدیل انرژی, مکانیک, صنعتی نوشیروانی بابل, بابل, ایرانمحسنشیخ الاسلامیگروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابلJournal Article20180731This paper presents a numerical study of the melting of nano-enhanced phase change materials inside a triangular container using N-eicosane and copper particles as base material and nanoparticle, respectively. Nanoparticles are used in the process of heat transfer and improve lubrication performance. To investigate the effect of nanoparticles on the heat transfer rate, various particles of copper nanoparticles have been added to the base phase change materials. The increase in the performance of the heat transfer of nanoparticles in the solid state was more than the liquid state in the laminar flow and the natural convection heat transfer. Also, the effect of entropy has been investigated. The simulation results show that the nanoparticles cause an increase in the thermal conductivity of nano-enhanced phase change materials compared to conventional phase change material. Increasing thermal conductivity by reducing the latent heat, increases the rate of melting of nanoparticles. The time of the melting of the phase change material has significantly decreased with increasing nanoparticles. Increasing the thermal conductivity effective in reducing the entropy production of the system is much more than the reduction of the specific heat and the heat of fusion of nano-enhanced phase change materials.در این مقاله به بررسی عددی رفتار ذوب مواد تغییر فاز دهنده در یک مبدل حرارتی دو لولهای دوبعدی پرداخته شده است. فضای داخلی بین پوسته و لوله با استفاده ازانِ-ایکوسین و ذرات مس به ترتیب به عنوان مواد تغییر فاز دهنده و نانوذرات پر شده است و آب به عنوان سیال گرم در لوله داخلی جریان دارد. برای بررسی اثر نانوذرات در سرعت انتقال حرارت، ذرات مختلفی از نانوذرات مس به مواد تغییر فاز دهنده پایه افزوده شده است. همچنین اثر آنتروپی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که نانوذرات باعث افزایش هدایت حرارتی مواد تغییر فاز دهنده نانو نسبت به مواد تغییر فاز دهنده معمولی میشود. زمان ذوب مواد تغییر فاز دهنده با افزایش دما از 40 به 45 و 55 درجه سانتیگراد باعث کاهش زمان ذوب تا 53 و 76 درصد میگردد. همچنین افزایش نانوذره با کسر حجمی 04 / 0 به مواد تغییر فاز دهنده در این سه دما باعث کاهش زمان ذوب تا 20 درصد میگردد. افزایش هدایت حرارتی مؤثر در کاهش تولید آنتروپی سیستم، بسیار بیشتر از کاهش گرمای ویژه و حرارت نهان نانو مواد تغییر فاز دهنده است.https://mej.aut.ac.ir/article_3311_d25e9340cd58172d873e1dffa570efb2.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190314The Effect of Surface Types on Bubble Dynamic Formation During Nucleate Pool Boiling by Use of Lee and Tanasawa Phase Change Modelsتاثیر انواع سطوح بر دینامیک تشکیل حباب در جوشش هستهای توسط مدلهای تغییر فاز لی و تاناساوا25212536333310.22060/mej.2019.15192.6055FAسیدامیررضاحسینیدانشگاه گیلانرامینکوهی کمالیگیلان*مهندسی مکانیک0000-0002-8004-0242Journal Article20181027Numerical simulation of boiling has always been a challenging problem in terms of the variety and effectiveness of two-phase models. Boiling is one of the efficient methods in high heat transfer. In the boiling simulation, in addition to choosing an appropriate heat and mass transfer model, it will be important to evaluate the surfaces in which boiling occurs on it. A problem of nucleate boiling of saturated liquid is numerically simulated in this investigation by use of volume of fluid model together with the geo-reconstruction of the interface. One-dimensional Stephan problem as sucking interface problem is solved for verification the numerical solver. Two-phase change models of the Lee model and the Tanasawa model are used in order to calculate the rate of phase change and source terms. The results of nuclear boiling are investigated on the hydrophilic surface, hydrophobic surface, and the surface with contact angle 90 degrees. The results show that boiling on hydrophobic surfaces causes the detachment of larger bubbles with a larger heat transfer rate. Besides, bubble merging depending on the density of nucleation sites leads the nuclear boiling on the hydrophobic surface to film boiling.شبیهسازی عددی پدیده جوشش از لحاظ تنوع مدلهای دوفازی و کارآمدی هر یک همواره جز مسائل چالش برانگیز است. جوشش یکی از روشهای کارآمد انتقال حرارت با نرخهای زیاد میباشد. در شبیهسازی این پدیده انتخاب مدل مناسب برای تغییر فاز و همچنین بررسی سطوحی که بر روی آن جوشش اتفاق میافتد، حائز اهمیت است. در این تحقیق مسئله جوشش هستهای توسط روش دوفازی حجم سیال به صورت عددی شبیهسازی شده است. از روش بازسازی هندسی مرز مشترک برای بهبود کیفیت مرز مشترک بهره گرفته شده است. جهت صحتسنجی حلگر عددی از مسئله یکبعدی مرز مکشی استفان استفاده شده است. از دو مدل تغییر فاز لی و تاناساوا برای محاسبه نرخ تغییر فاز و محاسبه ترمهای چشمه استفاده شده است. نتایج جوشش هستهای بر روی سه سطح آبدوست، آبگریز و با زاویه تماس ۹۰ درجه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که جوشش بر روی سطوح آبگریز سبب جدایی حبابهای با شعاع بزرگتر و انتقال حرارت بیشتر شده و در همآمیختگی حبابها در هستههای جوانهزایی متفاوت، جوشش بر روی سطوح آبگریز را به سمت جوشش فیلمی سوق میدهد.https://mej.aut.ac.ir/article_3333_3dd448a35be8151a9bd93e0ecf3bfb6a.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190702Numerical Simulation of Flow, Natural Convection and Distribution of Nano Particles inside Trapezoidal Cavity using Buongiorno’s Modelشبیه سازی عددی جریان، انتقال حرارت جابجایی آزاد و کسر حجمی نانوذرات داخل حفره ذوزنقه ای با استفاده از مدل بونگیورنو25372550349310.22060/mej.2019.15442.6123FAمرتضیبشیردانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایرانصمدجعفر مداردانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایرانصابریکانی مطلقدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایرانشهرامخلیل آریادانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران0000-0002-6434-852XJournal Article20181213In the present study, natural convection of Al2O3–water nanofluid and nano-particles local distribution inside the trapezium enclosure has been investigated using non-homogenous two- phase Buongiorno’s model. The governing equations of the problem are momentum, energy and volume fraction of nanoparticles that are solved using the finite volume method and the SIMPLE algorithm. Diffusion and convective terms are discretized using a second-order central difference and upwind schemes. The left and right walls of cavity are kept at constant temperatures, while the other walls are thermally insulated. Simulations have been carried out for different inclination angles, including 0°, 30°, and 45°, Rayleigh number (102≤Ra≤104) as well as particle average volume fraction ranging from 0.01 to 0.04. Results show that at low Rayleigh number for a specific particle volume fraction, with increasing the inclination angle from zero to 45 degree, the average Nusselt number and heat transfer decreases 81%. On the other hand, optimum results were obtained for the inclination angle of 30 degree. The Nusselt enhancement percent was obtained 5.5 compared to the square enclosure and 6.8 compared to the inclination angle of 45 degrees. Results also showed a uniform distribution for nanoparticles in high Rayleigh numbers and in enclosures with different inclination angles.در این مقاله، جریان همرفتی نانوسیال آب و نانوذرات اکسید آلومینیوم داخل حفره ذوزنقه با استفاده از مدل دوفاز بونگیورنو به صورت عددی شبیهسازی شد. اثر تغییر زاویه اضلاع جانبی محفظه ذوزنقهای بر انتقال حرارت، جرم و مومنتوم مورد بررسی قرار گرفته شده است. معادلات حاکم بر مسئله، معادلات مومنتوم، انرژی و انتقال کسر حجمی نانوذرات میباشند که به همراه شرایط مرزی به روش حجم محدود و الگوریتم سیمپل حل شدهاند. برای گسستهسازی ترمهای جابجایی و پخش به ترتیب از الگوهای بالادست و تفاضل مرکزی استفاده شده است. دیوارههای چپ و راست حفره دمای ثابت داشته و دیوارههای بالا و پایین عایق حرارتی میباشند. زاویه شیب اضلاع جانبی )چپ و راست( مابین 0 ، 30 و 45 درجه و عدد رایلی بین 100 تا 10000 و کسر حجمی نانوذرات از 01 / 0 تا 04 / 0 متغیر میباشد. نتایج نشان میدهد که در اعداد رایلی پایین به ازای مقدار نانوذرات یکسان، با افزایش زاویه اضلاع از صفر به 45 درجه، عدد نوسلت و به تبع آن انتقال حرارت به میزان متوسط 81 درصد کاهش مییابد. از طرفی با افزایش عدد رایلی، برای محفظه در زاویه 30 درجه حالت بهینه حاصل و عدد نوسلت به میزان 5/ 5 درصد، نسبت به محفظه مربعی و 8/ 6 درصد نسبت به حالت 45 درجه افزایش مییابد. همچنین نتایج، توزیع نسبتا یکنواختی برای نانوذرات در رایلیهای بالا در تمامی محفظهها با زاویه اضلاع مختلف نشان میدهد.https://mej.aut.ac.ir/article_3493_e01afd56bf47145360eabeca273b8dcc.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190214Simultaneously Reconstruction of Radiation-Conduction Properties of Nanomaterial Thermal Insulators with Particle Swarm Optimization Algorithmبازسازی همزمان خواص تابشی و هدایتی متغیر با دمای نانو عایق حرارتی بین دو صفحه تخت با استفاده از الگوریتم بهینه سازی کوچ پرندگان25512568329110.22060/mej.2019.14880.5966FAمهدیپاکدامنگروه مهندسی مکانیک،دانشگاه سیستان و بلوچستان،دانشکده مهندسی شهید نیکبختسمیراپایانعضو هیئت علمی دانشگاه سیستان و بلوچستان، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، گروه مهندسی مکانیکسید مسعودحسینی سروریشهید باهنر کرمان*مهندسی مکانیکسهیلامحمد پورگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایرانJournal Article20180824In this paper, an optimization algorithm is proposed to simultaneously reconstruct radiation and conduction properties for thermal insulators constructed from Nanomaterial between two flat plates. The radiation problem is modeled using modified discrete ordinates method. The conduction and radiation problems are solved using the finite volume method and the inverse problem is solved using the particle swarm optimization problem. The various cases have been solved in this paper. Firstly a simple problem designs and solves. Next, a multi-stage algorithm with new objective functions is used for reconstruction of dependent-temperature properties of a nanomaterial. In the first case, constant absorption coefficient is reconstructed using the radiation intensity of boundaries, in the first stage and constant conduction-radiation parameter is reconstructed using the surface total heat flux in second stage. In the second section, the competency of the proposed multi-stage algorithm for the radiation and conduction temperature-dependent parameters is tested. In the numerical test a thermal insulator constructed from nanomaterial with 1cm thickness is used. The proposed algorithm and new objective functions are presented in this section to decrease sensitivity of Plank number and optical thickness to the measurement error.در این مقاله یک الگوریتم بهینه سازی جهت بازسازی همزمان خواص تابشی و هدایتی در عایقهای حرارتی یکپارچه، ساخته شده از نانو مواد بین دو صفحه تخت ارائه شده است. مسئله تابش با استفاده از روش جهتهای مجزا تصحیح شده فرمول بندی میشود. مسئله هدایت و تابش با استفاده از روش حجمهای محدود و مسئله معکوس با استفاده از الگوریتم کوچ پرندگان حل میگردد. ابتدا یک مسئله ساده مطرح و حل میشود، سپس الگوریتم چند مرحلهای، با توابع هدف جدید به منظور بازسازی خواص تابشی و هدایتی یک عایق حرارتی ساخته شده از نانو مواد به کار گرفته میشود. در حالت اول، ضریب جذب ثابت با استفاده از شدتهای تابش خروجی مرزها در مرحله اول و پارامتر ثابت هدایت-تابش با استفاده از شار حرارتی کل مرزها در مرحله دوم بازسازی میشوند. خطای بدست آمده برای پارامتر بدون بعد هدایت- تابش با درصد خطای اندازهگیری 5%، 0/ 4 درصد است. در حالت دوم خواص یک عایق حرارتی یکپارچه از نانو مواد به ضخامت 1 سانتی متر بازسازی میشود. ارائه الگوریتم پیشنهادی و توابع هدف جدید بخصوص به بازسازی عدد پلانک به عنوان پارامتر هدایت- تابش کمک کرده و از حساسیت آن به خطای اندازه گیری کاسته است.https://mej.aut.ac.ir/article_3291_5198acaa231e5d648153ebe5a2626b22.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190311Geometric Optimization of Highly Conductive Inserts with Variable Thickness Embedded in a Finبهینهسازی ساختار هندسی مواد ابررسانا با ضخامت متغیر درون پره با هدف بیشینهسازی عملکرد گرمایی25692580332410.22060/mej.2019.15293.6088FAمحمداحمدیان علمیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهرانمحمدرضاحاج محمدیدانشگاه صنعتی امیرکبیرسید سلماننورآذردانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهرانJournal Article20181117In the present study, it is proposed to reduce the thermal resistance of a straight fin by embedding highly conductive routes with variant thickness into a fin. Due to economic constraints, only a limited fraction of fin’s volume can be devoted to these materials. Therefore, in this research, an optimal geometric structure for the inserts is presented. The purpose of optimization is to maximize the heat transfer from the fin by increasing the degrees of the freedom-to-morph under the constraint of the fixed volume fraction of the inserts. The geometric structure of conductive materials is presented by distributing the inserts with variable thicknesses or a linear distribution. The effects of several parameters such as the aspect ratio of the fin, Biot number, the volume fraction of highly conductive materials and the thermal conductivity ratio on the optimization results are presented in detail. It is shown that the increment in the number of insert branches with different thicknesses results in higher heat transfer. It is also indicated that the linear distribution performs the best.در مطالعه حاضر افزایش انتقال حرارت از پره با قراردادن موادی با ضریب هدایت گرمایی بسیار بالا (ابررسانا) در داخل یک پره مستقیم، مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به ملاحظات اقتصادی، تنها بخشی از ساختار پره را میتوان به این مواد اختصاص داد. بنابراین، یک ساختار هندسی مناسب و تا جای ممکن بهینه شده برای این مواد ارائه میگردد. هدف از بهینهسازی، بیشینهسازی انتقال گرما از پره، با تغییر هندسه ساختار مواد ابررسانا تحت قیدهایی نظیر ثابت بودن نسبت حجمی مواد ابررسانا میباشد. ساختار هندسی مواد ابررسانا با توزیع شاخههایی با ضخامتهای متغیر و توزیع خطی ارائه میگردد. تأثیر پارامترهای هندسی و فیزیکی مختلف، مانند عدد بایوت، نسبت ضخامت پره به طول آن، نسبت حجمی مواد ابررسانا به پره و نسبت ضریب هدایت گرمایی ابررسانا به پره بر نتایج بهینهسازی گزارش میشود. نتایج نشان میدهد که برای شاخههای ابررسانا، یک هندسه بهینه وجود دارد، به گونهای که برای آن هندسه بهینه، انتقال گرما از پره به بیشترین مقدار ممکن افزایش مییابد. این افزایش انتقال گرما با افزایش درجه آزادیهای ساختار هندسی مواد ابرسانا بیشتر میشود. مقدار افزایش انتقال گرما و همچنین ساختار بهینه مواد ابررسانا، وابسته به پارامترهایی نظیر عدد بایوت، نسبت ضخامت پره به طول آن، نسبت حجمی مواد ابررسانا به پره و نسبت ضریب هدایت گرمایی ابررسانا به پره میباشد. به طوریکه با افزایش عدد بایوت، نسبت حجمی مواد ابررسانا به پره، کاهش نسبت ضخامت پره به طول آن و افزایش نسبت ضریب هدایت گرمایی ابررسانا به پره، کارایی مواد ابررسانا در ازدیاد انتقال گرما بیشتر و مشهودتر میگردد.https://mej.aut.ac.ir/article_3324_e42b6a6e630ada4cb77288ed813353f5.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190318Analytical Solution of the Heat Transfer in Heterogeneous Composite Conical Shells with Temperature Dependent Conduction Coefficientsحل تحلیلی انتقال حرارت در پوستههای مخروطی کامپوزیتی ناهمگن با ضرایب هدایت وابسته به دما25812596334210.22060/mej.2019.15168.6050FAبابکعرفان منشدانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شاهرودمحمد محسنشاه مرداندانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شاهرودمحمودنوروزیدانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شاهرودJournal Article20181024This paper presents an analytical solution for heat transfer in heterogeneous composite conical shells with temperature dependent conduction coefficients for the first time. The geometry of the shell is completely conical shaped and the fibers are winded around the laminate in the desired direction. In order to achieve the most general solution, the general boundary condition is considered at the basis of shell and the effect of heat convection resulted from flow motion around the body and different kinds of non-axisymmetric radiative heat flux at the outer side of the shell is modeled. The heterogeneous effect in this case is the results of the dependency in conduction heat transfer coefficient on temperature. Therefore, the heat transfer equation should first be transformed using the Kirchhoff transform to a solvable equation using integral transformation, then, the partial differential equation becomes an ordinary differential equation Fourier transformation. Finally, the transformed differential equation can be solved Green’s functions. In the end, the reversal integral transformation and reversal Kirchhoff conversion are applied to obtain heterogeneous temperature distribution. Validation of this analytical solution is performed by comparing the analytical results with the solution of second-order finite difference method and some applied cases are considered to investigate the capability of current solution for solving the industrial problems in the production of composite conical pressure vessels.در این مقاله، برای اولین بار یک حل تحلیلی برای انتقال حرارت در پوستههای مخروطی کامپوزیتی ناهمگن وابسته به دما ارائه شده است. هندسه پوسته بهطور کامل مخروطی شکل فرض شده است و الیاف به دور جسم، در جهات دلخواه پیچانده شدهاند. بهمنظور دستیابی به کلیترین حل، شرایط مرزی حرارتی اعمال شده به صورت کلی در پایه پوسته و همچنین اثرات انتقال حرارت هدایتی، جابجایی با جریان سیال اطراف و تشعشع )صورت تقریبی تشعشع( در مرزها مدل شدهاند. ناهمگن بودن در مسئله حاضر ناشی از وابستگی ضریب انتقال حرارت هدایتی به دما است. بنابراین میبایست، معادله انتقال حرارت را ابتدا با استفاده از تبدیل کیرشهف به معادله قابل حل به کمک سری انتگرالی محدود تبدیل کرد، سپس به کمک این تبدیل، معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی به یک معادله دیفرانسیل معمولی مبدل میگردد. درنهایت معادله دیفرانسیل حاصل به کمک روش توابع گرین قابل حل است. در آخر با اعمال معکوس تبدیل انتگرالی محدود و معکوس تبدیل کیرشهف توزیع دمای ناهمگن بدست آید. حل حاضر بر اساس مقایسه نتایج حل تحلیلی با حل عددی به روش مرتبه دوم تفاضلات محدود اعتبارسنجی شده است. مفروضات این مسئله بهگونهای انتخاب گردیده که قابلیت حل حاضر برای رفع مشکلات صنعتی درزمینه تولید مخازن تحت فشار مخروطی کامپوزیتی مشخص گردد.https://mej.aut.ac.ir/article_3342_1ca22eaac7d28eb6d6a5a8cacdc4825c.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920181120A New Index for Evaluating Thermal Sensation Based on the Principles of Non- Fourier Heat Transferارائه شاخص جدید ارزیابی آسایش حرارتی مبتنی بر اصول انتقال حرارت غیر فوریهای25972608312810.22060/mej.2018.14472.5866FAسیدعلیرضاذوالفقاریدانشگاه بیرجند، عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک0000-0001-9917-3400حانیهبیجاریدانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه بیرجندJournal Article20180520In recent years, the modeling of human thermal sensation based on thermoreceptors response has attracted the attention of many researchers. However, biological tissues do not usually follow the principles of Fourier heat transfer. So, this study tries to develop a new predictive index for a thermal comfort model based on cutaneous thermoreceptors obtained by using non-Fourier heat transfer in biological tissues. The mentioned index is in conformity with the ASHRAE standard thermal sensation scale. The model used in this study considers the concept of non-Fourier heat transfer to describe heat transfer in biological tissues. Since biological tissues consist of complicated and nonhomogeneous structures, it is important to describe the process of heat transfer in these tissues by non-Fourier heat transfer equation. The new index has been verified by extensive comparisons with the experimental and analytical results under steady-state and transient conditions where a good agreement was found. Results show that the new index can predict the thermal sensation with mean absolute errors of 0.31 and 0.49 under steady-state and transient conditions, respectively. Since the new index is based on the concepts of non-Fourier heat transfer, it can provide an accurate prediction of thermal sensation in terms of sudden change in temperature.در سالهای اخیر، محققان زیادی به دنبال ارائه پیشبینی صحیحی از احساس حرارتی افراد در شرایط محیطی مختلف بودهاند. به این منظور بدن به صورتهای مختلفی مدلسازی شده است. این مدلها شاخصهایی را برای ارزیابی احساس حرارتی بر مبنای دمای قسمتهای مختلف بدن ارائه میدهند. در تمامی مدلهای ارائه شده تاکنون جزئیات نحوه مدلسازی فرآیند انتقال حرارت موردتوجه قرار نگرفته است؛ ولی ازآنجایی که بافتهای زنده دارای ساختاری پیچیده و ناهمگن میباشند، توصیف نحوه انتقال حرارت در اینگونه بافتها به کمک مبانی انتقال حرارت غیر فوریهای حائز اهمیت به نظر میرسد. در مدل مورداستفاده در این مقاله توزیع دما در محل حسگرهای حرارتی پوست به کمک معادله انتقال حرارت غیرفوریهای به دست میآید، سپس شاخص احساس حرارتی با استفاده از دما و مشتق آن در محل حسگرها مطابق با استاندارد آسایش حرارتی با کمک عددهایی در بازه 5+ تا 5- بیان میشود. شاخص ارزیابی آسایش حرارتی با نتایج تجربی و تحلیلی مختلف در شرایط پایا و گذرا مورد اعتبارسنجی قرار گرفت و در هر دو شرایط گذرا و پایا نتایج خوبی حاصل شد. نتایج نشان میدهد که شاخص جدید میتواند در موارد پایا با دقت 32 / 0 واحد و در موارد گذرا با دقت 49 / 0 واحد احساس حرارتی را پیشبینی نماید. از آ نجایی که شاخص جدید بر مبنای مفاهیم انتقال حرارت غیرفوریهای بیا نشده میتواند پیشبینی صحیحی از احساس حرارتی در شرایط تغییر دمای ناگهانی یا تغییرات نقطهای و پالسی همانند کاربردهای لیزر در درمان بافتهای زنده داشته باشد.https://mej.aut.ac.ir/article_3128_0b219ed53397b043adb17de638ebcdee.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603252920190320Analysis of the Heat Transfer in a Multilayer Living Tissue Using the Galerkin Weighted Residuals Methodتجزیه و تحلیل انتقال حرارت در بافت زنده چند لایه به روش نیمه تحلیلی باقی ماندههای وزنی گلرکین26092626335110.22060/mej.2019.15152.6044FAعلی اکبرعباسیان آرانیدانشیار مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران0000-0003-3011-0297علیعارف منشدانشیار مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایرانآرمینامامی فردانشجوی دکترای مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایرانJournal Article20181021In this paper, the thermal behavior of living biological tissue during electromagnetic radiation thermal therapy is investigated. While a large number of studies devoted to the Fourier and non-Fourier heat transfer in living tissue are available for different boundary conditions, less analytical and semi-analytical works exist on the heat transfer in the multilayers tissue. In the present study, semi- analytical Galerkin weighted residuals method is used to solve the dual-phase lag non-Fourier heat transfer equation in the multilayer tissue with a tumor placed in. The results show that considering a multilayer tissue with distinct thermophysical properties for each layer has a remarkable effect on the temperature distribution in the tissue, so that 2°C difference in tumor temperature after 1800 s is observed. The effect of the Vernot number on the temperature distribution shows that increasing the flux relaxation time results in reducing the temperature signal velocity and the tumor temperature. Lowering the skin surface temperature, decreases the high values of temperature and forces the maximum temperature region deeper into the tissue. Moreover, the reduction in the blood perfusion rate that occurs in the hypoxic tumors results in the increase of the tumors temperatures during the thermal therapy.در این تحقیق، رفتار حرارتی بافت زنده در فرایند گرمادرمانی به وسیله منبع گرمایی الکترومغناطیسی مورد مطالعه قرار میگیرد. اگرچه معادله انتقال حرارت فوریه و غیرفوریه در بافت زنده تحت شرایط مرزی مختلف مطالعه شده است؛ اما، مطالعه بافت چندلایه با در نظر گرفتن اثرات غیرفوریهای خصوصا به شکل تحلیلی و نیمه تحلیلی کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در پژوهش حاضر با استفاده از روش نیمهتحلیلی باقی ماندههای وزنی گلرکین، معادلات انتقال حرارت غیرفوریهای تاخیر فاز دوگانه در بافت زنده چندلایه به همراه تومور حل شده است. نتایج نشان میدهد که چندلایه در نظر گرفتن بافت به همراه خواص مختص هر لایه، تاثیر به سزایی در توزیع دمای درون بافت خواهد داشت به طوریکه این اختلاف دما پس از گذشت 1800 ثانیه به 2 درجه سانتیگراد میرسد. همچنین، تاثیر عدد ورنوت بر توزیع دمای بافت نشان میدهد که با افزایش زمان آسایش شار، سرعت سیگنال دمایی کاهش مییابد و در نتیجه آن دمای تومور کاهش خواهد یافت. بررسی پارامترهایی مانند دمای سطح پوست و میزان پرفیوژن خون نشان میدهد که خنککاری بیشتر دمای سطح پوست در طول فرایند گرما درمانی موجب انتقال نقطه بیشینه دما به عمق بیشتری از بافت میگردد. همچنین کاهش پرفیوژن خون که در تومورهای هیپوکسی اتفاق میافتد موجب افزایش دما در تومور حین فرایند گرمادرمانی میگردد.https://mej.aut.ac.ir/article_3351_5e0dbba68785c3cf711c346300e6d64d.pdf