دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Design, Fabrication and Experimental Study of Spiral Microchannel Particle Separator on Centrifugal Microfluidic Platforms طراحی، ساخت و مطالعه آزمایشگاهی میکروکانال مارپیچی جداساز ذرات در سیستم‌های میکروسیالات گریز از مرکز 1359 1372 3670 10.22060/mej.2019.16683.6427 FA دل آرام زهره وندی مکانیک،دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران،ایران اسماعیل پیش بین بیومکانیک،دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران مهدی نویدبخش علم و صنعت*مهندسی مکانیک منوچهر اقبال مهندسی پزشکی،سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، تهران، ایران Journal Article 2019 07 07 Nowadays there are a lot of tendencies to use analytical micro-systems in the field of molecular and microbial diagnostics, because of benefits such as less required space, reduced sample and reagent consumption and reduced analysis time. The rotational microfluidic is a sub-branch of the microfluidic systems which by using centrifugal forces, causes the fluid to flow in the networks enclosed in disk-shaped rotating systems. These networks can carry out chemical or biological tests and lead to create more capable devices replaced with current regular devices for medical diagnosis. One of the most commonly used elements in microfluidic systems is the separation element. This element is used to separate particles in the sample by considering mechanical, chemical and electrical specifications. In this study, a novel geometry designed to separate particles passively in microfluidic systems. The spiral microchannel geometry imports the local centrifugal force caused by the curvature of the channel in addition to the centrifugal and the Coriolis forces, to affect the particles and increase the efficiency of the separation. The particle separation process in the proposed channel was studied. The results of the experiments showed high separation efficiency, which indicates the high potential of this element in the separation process. امروزه تمایل بسیاری به استفاده از میکروسیستم‌ها‌‌‌ی تحلیلی در زمینه‌‌‌ی تشخیص‌‌‌های مولکولی و میکروسیالاتی وجود دارد‌ چراکه مزایایی مانند فضای کم، کاهش میزان مصرف نمونه و کاهش زمان تحلیل دارند. میکروسیالات دورانی یک زیر شاخه از حوزه‌ی میکروسیالات است که با بهره‌گیری از نیروهای گریز از مرکز باعث حرکت سیال در شبکه‌های محصور شده در سیستم‌ها‌‌‌ی دیسک شکل دوار می‌گردد‌. المان جداسازی یکی از پرکاربردترین المان‌های به‌کار رفته در این سیستم‌ها می‌باشد که به‌منظور جداسازی ذرات موجود در نمونه به‌کار می‌رود. در این پژوهش روش هندسی جدیدی برای جداسازی ذرات معلق در یک نمونه سیال به روش منفعل ارائه شده است. هندسه مارپیچ شکل به‌کار رفته در این مدل باعث می‌شود نیروی گریز از مرکز محلی ناشی از انحنای کانال علاوه بر نیروهای گریز از مرکز و کوریولیس ناشی از دوران دیسک به فرایند جداسازی کمک کند. در ابتدا روند جداسازی ذرات در کانال مطالعه می‌شود و سپس تاثیر پارامترهای طول کانال و سرعت دوران بر بازدهی المان بررسی می‌گردد. نتایج حاصل از آزمایش‌ها بازدهی جداسازی بالای 90 درصد را نشان دادند که حاکی از پتانسیل بالای این المان در فرایند جداسازی می‌باشد. همچنین افزایش سرعت دورانی و طول کانال مارپیچ باعث بهتر شدن فرایند جداسازی و افزایش بازدهی می‌گردد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3670_77ec6f21c85b637cc42bb997841e11a6.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Manufacturing and Testing of an Optimized Magneto-Rheological Fluid and Modelling of a Twin Tube Magneto-Rheological Damper Using a Modified Non-Newtonian Model Using Analytical Quasi-Static, Analytical Unsteady, Numerical and Experimental Methods ساخت و آزمایش سیال مگنتورئولوژیکال بهینه و مدل‌سازی دمپر مگنتورئولوژیکال دو مخزنه با استفاده از مدل غیر نیوتونی اصلاح‌شده جدید و روش‌های تحلیلی شبه استاتیک، تحلیلی ناپایا، عددی و آزمایشگاهی 1373 1400 3726 10.22060/mej.2019.16718.6430 FA محمدمهدی ذوالفقاریان دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران محمدحسن کیهانی استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران محمود نوروزی دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران Journal Article 2019 07 10 Magneto-rheological fluids are one of the intelligent fluids which have been extensively used in engineering application including magneto-rheological dampers. Having yield stress in a magnetic field and ability to control and increase their viscosity are their most important characteristics. After three different carbonyl iron powders were subjected to analysis, five different magneto-rheological fluids were synthesized and were tested for stability and the optimized fluid obtained. The results obtained from the optimized magneto-rheological fluid with 85% (weight %) iron powder was similar to that of LORD oil. Also, a modified non-Newtonian rheological model was developed to predict the behavior of the optimized magneto-rheological fluid which is more accurate than Bingham and Herschel-Bulkley models and could be implemented in computational fluid dynamic modelling. The modelling of the damper was conducted by implementing modified non-Newtonian and Bingham models using analytical quasi-static, unsteady and computational fluid dynamicmethods and the results were validated with experimental data. The results show that neglecting factors including fluid shear thinning, wall shear stress and inertia term effects and effect of magnetic field on plastic viscosity in conventional modelling methods results in considerable error that will increase as magnetic field, Reynolds number and gap are increasing. سیال‌های مگنتورئولوژیکال، یکی از انواع سیال‌های هوشمند می‌باشند که به‌طور گسترده در کاربردهای مهندسی ازجمله دمپینگ ارتعاشات در دمپرهای مگنتورئولوؤیکال، بکار می‌روند و تحت میدان مغناطیسی دارای تنش تسلیم و ویسکوزیته قابل‌افزایش و کنترل می‌باشند. در این پژوهش، پس از انجام آزمایش‌ روی سه نمونه پودر آهن کربونیل و تست پایداری، سیال بهینه انتخاب می‌شود. نتایج به‌دست‌آمده برای سیال بهینه ساخته‌شده با 85% وزنی پودر آهن، مشابه نتایج روغن لرد (ساخت آمریکا) می‌باشد. همچنین یک مدل غیر نیوتونی اصلاح‌شده جدید جهت مدل‌سازی رفتار سیال مگنتورئولوژیکال بهینه، ارائه شد که نسبت به مدل‌های متداول بینگهام پلاستیک و هرچل بالکلی، دارای دقت بیشتری بوده و در مدل‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی قابل ‌استفاده است. سپس، ضمن مدل‌سازی یک نمونه دمپر مگنتورئولوژیکال با استفاده از مدل مذکور و مدل بینگهام پلاستیک و روش‌های دینامیک سیالات محاسباتی، تحلیلی شبه استاتیک و ناپایای ارائه‌شده، نتایج بدست آمده ااعتبارسنجی شد. نتایج حاصل نشان می‌دهد، در نظر نگرفتن اثر رقیق شوندگی سیال، تنش برشی سیال روی دیواره، ترم اینرسی و اثر میدان مغناطیسی بر ویسکوزیته پلاستیک، باعث خطای قابل‌توجه، بخصوص با افزایش میدان مغناطیسی، عدد رینولدز و عرض شیار پیستون می‌شود و روش‌های ارائه‌شده در این پژوهش، دقیق‌تر می‌باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3726_9fe77ac7060e716f2d42631d156825c0.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Numerical Analysis of Secondary Flow Strength Induced by Electrohydrodynamic Actuator Through a Smooth Channel تحلیل عددی قدرت جریان ثانویه ناشی از محرک الکتروهیدرودینامیک در یک کانال مسطح 1401 1416 3736 10.22060/mej.2019.16765.6435 FA حسام مویدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران نیما امانی فرد گیلان*مهندسی مکانیک حامد محدث دیلمی دانشگاه گیلان*فنی و مهندسی شرق گیلان 0000-0003-1125-2134 Journal Article 2019 07 15 In this paper, the effect of the secondary flow induced by the electrohydrodynamic actuator is numerically investigated in the vorticity flux, as a criterion for the secondary flow strength, and the electrohydrodynamic vortices through a smooth channel. In this study, the influence of effectiveness parameters of the electrohydrodynamic as the Reynolds number, applied voltage and the arrangement of the emitting electrode on the vorticity flux, and also relationship between flow and heat transfer characteristics with the vorticity flux are evaluated. The results indicated that in presence of electric field, by increasing the Reynolds number, dimension of the upstream electrohydrodynamic-induced vortices and the vorticity flux are decreased. Also, it is obvious that by increasing the applied voltage, the dimension of the electrohydrodynamic-induced vortices and the vorticity flux are increased. According to numerical results, the heat transfer enhancement is completely depending on the vorticity flux. Also, by changing of the emitter arrangements, the non-dimension average vorticity flux and the average heat transfer enhancement are changed. It is shown that with decrease of the distance between emitter electrode and inlet of channel, the non-dimension average vorticity flux and the average heat transfer enhancement are increased 27.9% and 17.9%, respectively. در مقاله حاضر، تأثیر جریان ثانویه ناشی از محرک الکتروهیدرودینامیک بر شار ورتیسیتی، به عنوان معیار قدرت جریان ثانویه و گردابه‌های ناشی از آن درون یک کانال مسطح به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای حل معادلات میدان‌های الکتریکی، جریان و دما از روش حجم محدود استفاده شده است. در این مطالعه، تأثیر پارامترهای مؤثر بر پدیده الکتروهیدرودینامیک از قبیل عدد رینولدز، ولتاژ اعمالی و آرایش الکترود تزریق‌کننده بر شار ورتیسیتی و همچنین رابطه بین جریان و انتقال حرارت سیال با شار ورتیسیتی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که در حضور میدان الکتریکی، با افزایش عدد رینولدز جریان ورودی، ابعاد گردابه‌های اولیه ناشی از باد کرونا و شار ورتیسیتی بی‌بعد کاهش می‌یابد. همچنین مشاهده شده که با افزایش ولتاژ، ابعاد گردابه‌های اولیه و ثانویه ناشی از باد کرونا و شار ورتیسیتی بی‌بعد افزایش می‌یابد. نتایج حاکی از آن است که رفتار ضریب افزایش انتقال حرارت بی‌بعد کاملاً مشابه و وابسته به ضریب افزایش شار ورتیسیتی بی‌بعد می‌باشد. همچنین، با نزدیک ‌شدن الکترود تزریق‌کننده به ورودی کانال نسبت به موقعیت الکترود نزدیک به خروجی کانال، شار ورتیسیتی بی‌بعد متوسط و ضریب افزایش انتقال حرارت متوسط، به ترتیب 9/27 و 9/17 درصد افزایش می‌یابد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3736_3e195b0793297114c668f772c6e2d9ba.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Analytical-Numerical Investigation of Unequal Sized Droplets of Dilatants' Fluid in T-Junction with Unequal Length Branches بررسی تحلیلی عددی تولید قطرات غیرهم‌اندازه سیال اتساعی در اتصال تی‌شکل با شاخه‌های غیرهم‌طول 1417 1438 3750 10.22060/mej.2019.16844.6454 FA احمد بِدرام دانشگاه فنی و حرفه ای 0000-0001-6843-767X Journal Article 2019 07 29 In this paper we performed an analytical and 3 dimensional numerical investigation for breakup of non-Newtonian droplets in a non-Newtonian carrier fluid. The system geometry is T-junction with unequal length branches that can generates unequal sized droplets. Analytical and 3 dimensional numerical results of this research have good agreement with each other. We investigated variation of many quantities during the breakup process such as: flow rate ratio of branches, velocity ratio of branches, droplet length in each branch, whole length of droplet, vorticity, pressure and effective viscosity. The analytical results of this paper reveal the variation of flow rate ratio of branches, velocity ratio of branches, droplet length in each branches and whole length of droplet during the breakup process. The results showed the flow rate ratio of branches and the velocity ratio of branches is constant during the breakup process. Also we observed the droplet length in each branches and whole length of droplet increase linearly during the breakup process. The results showed vorticity near the surface of the droplet is 3 to 7 times the vorticity of the inside of the droplet, therefore the mixing of the materials of the droplet inside increases. Also the maximum vorticity is before reaching the droplet to the center of junction. در این مقاله، شکست قطرات غیرنیوتنی شناور در یک سیال غیرنیوتنی به صورت تحلیلی و شبیه‌سازی عددی سه بعدی بررسی شده است. هندسه‌ی در نظر گرفته شده، اتصال تی‌شکل با شاخه‌های غیرهم‌طول است که می‌تواند قطرات با اندازه‌های غیریکسان تولید نماید. نتایج حل تحلیلی و شبیه‌سازی عددی این پژوهش، تطابق بسیار خوبی با یکدیگر دارد. کمیت‌های متعددی از قبیل نسبت دبی شاخه‌ها، نسبت سرعت شاخه‌ها، طول قطره در هر شاخه، طول کلی قطره، گردابی، فشار و لزجت مؤثر، در طول فرآیند شکست بررسی شده است. در این پژوهش با حل تحلیلی، مقادیر نسبت دبی شاخه‌ها، نسبت سرعت شاخه‌ها، طول قطره در هر شاخه و طول کلی قطره در طول فرآیند شکست به دست آمد. نتایج حل تحلیلی نشان داد که نسبت دبی شاخه‌ها و نسبت سرعت سیال در شاخه‌ها، در طول فرآیند شکست ثابت است. شبیه‌سازی عددی نیز نتایج تحلیلی را تأیید نموده و مشخص نمود که نسبت دبی و نسبت سرعت شاخه‌ها، در طول فرآیند ثابت است. همچنین نتایج تحلیلی و عددی نشان داد که طول قطره در هر یک از شاخه‌های فرعی و نیز طول کلی قطره، به صورت خطی در طول فرآیند شکست افزایش می‌یابد و در این مورد نیز، تطابق خوبی بین نتایج حل عددی و تحلیلی مشاهده شد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3750_685ac8cadc1be5ac98da9556bc1c8d9e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Development of Blade Element Momentum Theory for Unsteady Flow with Regard to the Dynamic Stall Phenomenon توسعه تئوری مومنتوم المان پره در جریان‌‌های ناپایا با در نظر گرفتن پدیده واماندگی دینامیکی 1439 1456 3769 10.22060/mej.2020.16877.6458 FA حسین اتحادی گروه آیرودینامیک، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران 0000-0002-7621-7914 حامد علی صادقی خواجه نصیر * هوافضا 0000-0001-9719-2413 Journal Article 2019 08 04 The first step in turbine blade design is to select tip speed ratio. In this research, the optimum speed ratio is calculated with regard to the dynamic stall phenomenon. The dynamic stall imposes large amplitude loading on airfoil sections and since it occurs in turbine operating envelope in unsteady flow. The purpose of this study was to investigate the effect of unsteady flow with periodic oscillation on the performance of horizontal axis wind turbines. A dynamic stall model is implanted to analyze the static data obtained. Then, using this model and blade element momentum theory, the optimal tip speed ratio is calculated. Also, thrust and power coefficients are plotted in several different tip speed ratios. In addition to dynamic results, static results are plotted in power and thrust graphs. Comparison of these results shows how the dynamic stall causes the deviations of responses to static state. This phenomenon affects the efficiency by -3% as compared to the static stall. Also the optimum tip speed ratio increases in dynamic mode. In addition, time average diagrams of the drag coefficient show that the delay in separation starts approximately from the midpoints of the blade and reaches the maximum value at the root. اولین گام در طراحی توربین‌‌های بادی، انتخاب نسبت سرعت نوک می‌‌باشد. در این پژوهش، محاسبه‌ی سرعت نوک بهینه با در نظر گرفتن واماندگی دینامیکی صورت گرفته است. واماندگی دینامیکی نیروی زیادی روی مقاطع هوابر ایجاد می‌کند و در توربین با جریان ناپایا رخ می‌دهد. هدف این پژوهش بررسی تاثیر جریان ناپایا با نوسان دوره‌ای بر عملکرد توربین‌‌های بادی محور افقی می‌‌باشد. ابتدا از یک مدل واماندگی دینامیکی برای تحلیل داده‌های استاتیک موجود استفاده می‌شود، سپس به کمک این مدل نسبت سرعت نوک بهینه با استفاده از تئوری مومنتوم المان پره محاسبه می‌‌گردد. همچنین ضریب توان و نیروی پیشران توربین در چند نسبت سرعت نوک متفاوت بررسی گردیده است. در نمودارهای ضریب توان و نیروی پیشران، علاوه بر نتایج دینامیک، نتایج استاتیک ترسیم شده ‌است. مقایسه‌‌ی این نتایج نشان می‌‌دهد که چگونه واماندگی دینامیکی، باعث انحراف جواب‌‌ها نسبت به حالت استاتیک می‌‌شود. نتایج حاکی از آن است که پدیده واماندگی دینامیکی، باعث کاهش 3% ضریب توان توربین نسبت به جریان پایا می‌‌گردد. همچنین نسبت سرعت نوک بهینه طراحی توربین، در حالت دینامیک افزایش می‌‌یابد. در ادامه بررسی نمودارهای متوسط زمانی ضریب پسا نشان می‌‌دهد که تأخیر در جدایش تقریباً از مقاطع میانی بال شروع می‌‌شود و در ریشه به مقدار بیشینه می‌‌رسد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3769_4625d8e31dad7d1c4c83399a6eb62f0c.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Investigation of the Effect of Ventilation System Inlet Location on Particle Motion in a Room Using Multi Relaxation Time-Lattice Boltzmann Method بررسی تاثیر مکان دریچه ورودی سیستم تهویه بر رفتار ریزگردها داخل اتاق با استفاده از روش شبکه بولتزمن چند زمانه 1457 1468 3735 10.22060/mej.2019.16946.6481 FA حسن سجادی عضو هیات علمی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بجنورد 0000-0002-0681-7682 امین امیری دلویی دانشگاه بجنورد گودرز احمدی دانشگاه کلارکسون 0000-0001-5277-7960 Journal Article 2019 08 24 In this work multi-relaxation time lattice Boltzmann method is used to investigate the effect of the inlet air location on particle motion in a room. The scaled modeled room is one-tenth scale of a full-size room with dimensions of 0.914 m × 0.305 m × 0.457 m. For an inlet air with dimension of 0.101 m×0.101 m, two locations (ceiling and floor) are studied. The large Eddy simulation with the standard Smagorinsky model is utilized to simulate the turbulent indoor airflow. Particles with 1 and 10 micrometer sizes are selected for investigation of particle dispersion and deposition in the room. The simulation results for number of deposited particles and those exiting the room show that when the inlet air is on the floor, the number of larger 10 µm particles leaving through the exhaust register is more than the case for inlet on the ceiling. For smaller 1 µm particles, however, no significant difference between the floor and ceiling inlet air for particles leaving the room thought the exhaust register was seen. The present results also show that the gravity significantly affects the particle deposition, and the number of deposited 10 µm particles on the floor are about 100 times that of the deposited 1 µm particles when the inlet air is at ceiling. در این مقاله از روش عددی شبکه بولتزمن بر پایه مدل زمان آرامش چند گانه برای بررسی تاثیر مکان دریچه ورودی هوا بر رفتار ریزگردها داخل ساختمان استفاده شده است. هندسه مورد بررسی در این مقاله اتاقی با نسبت 1/0 یک اتاق واقعی با ابعاد 914/0×457/0×305/0 متر انتخاب شده و دو موقعیت مختلف (سقف و کف) برای دریچه ورودی هوا با ابعاد 101/0×101/0 متر در نظر گرفته شده است. از آنجاییکه جریان داخل اتاق مغشوش است از مدل حل ادی‌های بزرگ همراه مدل استاندارد اسماگورنسکی استفاده شده است. همچنین ذرات با ابعاد 1 و 10 میکرومتر برای بررسی نحوه انتشار و ته نشینی بر روی دیواره‌های اتاق انتخاب گردیده است. تعداد ذرات ته نشین شده و همچنین خارج شده از اتاق برای ذرات با اندازه های مختلف نشان داد، هنگامی که دریچه در کف اتاق قرار دارد خروجی ذرات با سایز بزرگ (10 میکرومتر) نسبت به حالتی که دریچه در سقف قرار دارد بیشتر است و از لحاظ کیفیت، هوای داخل اتاق مناسب‌تر خواهد بود. اما برای ذرات با سایز کوچک (1 میکرومتر) تفاوت چندانی در خروجی ذرات مشاهده نشد. نتایج نشان داد که نیروی گرانش تاثیر زیادی در ته نشینی ذرات روی کف اتاق دارد به طوری که برای حالت دریچه ورودی هوا در سقف، میزان ته نشینی ذرات با اندازه 10 میکرومتر بر روی کف بسیار بیشتر (حدود 100 برابر) از ذرات با اندازه کوچک (1 میکرومتر) است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3735_dc0c398086fee58f9d64e1e47aa4e586.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Numerical Analysis of Cross Section Time Variation Effects of the Supersonic Exhaust Diffuser بررسی عددی اثرات کاهش لحظه‌ای سطح مقطع یک دیفیوزر خروجی گاز مافوق‌صوت 1469 1486 3807 10.22060/mej.2020.16956.6482 FA نعمت اله فولادی گروه پژوهشی پیشران/پژوهشکده سامانه های حمل ونقل فضایی/ پژوهشگاه فضایی ایران، تهران/ایران 0000-0003-2737-0741 محسن حاتمی نسب کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران سینا افخمی پژوهشکده‌ سامانه‌های حمل و نقل فضایی، تهران، ایران Journal Article 2019 08 24 This paper is presented to investigate the deposition effect on a second throat exhaust diffuser performance. In the numerical simulation, the blockage of the diffuser due to the deposition of aluminum oxide is considered by a gradual and time-dependent cross-section constriction. In the initial conditions, the supersonic flow has been established in the nozzle and diffuser. Diffuser cross-section area is reduced by using a dynamic mesh method during the solution. The flow is considered compressible, viscous, and 2 dimensional axis-symmetric. The k-ω shear stress transport turbulence model is used to solve the turbulent flow field. Diffuser blockage (n) is equal to the ratio of instantaneous and primary diameters of the second-throat. By changing the value of n from 1 to 0.75, the onset of flow separation is moved to the downstream location in the diffuser. This results in a considerable reduction of total pressure loss and then improves the flow pressure recovery. Decreasing parameter n from 0.75 to 0.64, the flow structure is subjected to severe changes and the separation of the flow occurs near the diffuser inlet or inside the nozzle. In this condition, the diffuser state changes from starting to un-starting mode. Therefore, the vacuum condition vanishes in the test chamber. تحقیق پیش‌رو به‌منظور بررسی تاثیر رسوب‌گرفتگی در عملکرد دیفیوزر مافوق صوت تست استند خلاء انجام شده است. گرفتگی مجرا با رسوب اکسید آلومینیوم به صورت تنگ‌شدن تدریجی و وابسته به زمان در شبیه‌سازی عددی لحاظ شده است. در شرایط اولیه، جریان مافوق‌صوت در نازل و دیفیوزر برقرار است. با گذشت زمان، سطح مقطع دیفیوزر با استفاده از روش شبکه‌ی متحرک کاهش داده می‌شود. در تحلیل عددی جریان تراکم‌پذیر به‌صورت دوبعدی و تقارن‌محوری است و از مدل آشفتگی انتقال تنش برشی k-ωبرای حل میدان جریان استفاده شده است. تنگ‌شدگی مجرا (n) برابر با نسبت قطر لحظه‌ای گلوگاه ثانویه دیفیوزر به قطر اولیه‌ی آن تعریف شده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که با تغییر پارامتر n از مقدار 1 تا 75/0، جدایش جریان از روی دیواره دیفیوزر به تعویق می‌افتد و با کاهش افت فشار کل، بازده بازیابی فشار استاتیک جریان توسط دیفیوزر افزایش می‌یابد. با افزایش میزان تنگ‌شدن مجرا از 75/0n= تا 64/0n= در اثر خفگی جریان در گلوگاه ثانویه، موقعیت و ساختار امواج ضربه‌ای جریان در دیفیوزر دچار تغییرات اساسی شده و جدایش جریان در نزدیکی ورودی دیفیوزر و یا در داخل نازل رخ می‌دهد. در این شرایط، دیفیوزر از حالت راه‌اندازی خارج شده و محفظه‌ی تست از شرایط خلاء خارج می‌شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_3807_43a115cbd6f4788924537365be3d6012.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Power Improvement of a Commercial Large Scale Vertical-Axis Wind Turbine Using Plasma Actuators بهبود عملکرد توربین باد محور عمودی با مقیاس واقعی با به‌کارگیری عملگر پلاسمایی 1487 1504 3767 10.22060/mej.2020.16968.6487 FA حمیدرضا یزدانی تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد ، ایران محمد سفید دانشگاه یزد Journal Article 2019 08 27 The present study numerically investigates the feasibility of using multiple dielectric barrier discharge plasma actuators inside the surface of geometry as a novel approach for active flow control over a large vertical axis wind turbine. For this reason, the plasma actuator is modeled based on Suzen model and the results are validated. Then, a computational study is carried out on a commercial large scale vertical -axis wind turbine to examine the effect of the presence of the plasma actuator. The 530 G vertical-axis wind turbine is used as the baseline case. The plasma actuator was applied inside the surface of the blades of turbine and on all their surfaces in a sequential and simultaneous way. It is revealed that the use of multiple dielectric barrier discharge actuators could enhance the induced velocity; this affects the pressure distribution and increases the aerodynamic torque. Consequently, an averaged power increase of 3 % was achieved. Possibility of increase in wind turbine power even in a commercial scale large turbine has been proved by flow separation control using the plasma actuation technology. In addition, the application of the plasma inside the surface of the blades will not effect on its performance. هدف از این تحقیق شبیه‌سازی سه بعدی جریان حول توربین باد عمود محور در ابعاد واقعی تحت تأثیر نیروهای حجمی حاصل از عملگر پلاسمایی می‌باشد. بدین منظور، ابتدا عملگر پلاسمایی بر روی یک صفحه تخت که در شرایط هوای ساکن قرار دارد، شبیه‌سازی شده و نتایج با مدلِ مرجع اعتبارسنجی گردید. سپس به منظور کاربرد عملگر بر روی توربین باد و به دلیل حساسیت جریان و تاثیر نامطلوب حضور عملگر بر روی سطح پره‌ها، ایده‌ی اعمال آن درونِ سطحِ پره‌های توربین اولین بار در این پژوهش به‌کار گرفته شد. بدین منظور ابتدا توربین باد ابعادِ واقعی G 530 بصورت دو بعدی و سه بعدی شبیه‌سازی و با نتایج تجربی اعتبارسنجی گردید. در آخر، عملگر پلاسما درونِ سطح پره‌های توربین عمود محور و بر روی تمام سطح آن‌ها بصورت متوالی و همزمان اعمال شد. نتایج نشان داد اعمال عملگر با این شرایط خاص، سبب تغییر الگوی جریان بر روی پره‌ی توربین بادِ واقعی شده و در نتیجه توان خروجی به میزان 3 درصد افزایش می‌یابد. نکته حائز اهمیت این است که توان در یک توربین بادی محور عمودی مقیاس واقعی با استفاده از تکنولوژی عملگر پلاسما می‌تواند افزایش یابد. همچنین اعمال عملگر درونِ سطح پره‌ها تاثیر در کارایی عملگر نخواهد داشت.

https://mej.aut.ac.ir/article_3767_d74cb35426f3d808325876f45b69dbf1.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Analysis of Density Wave Oscillations in a Boiling Channel by a New Analytical Model تحلیل غیر خطی ناپایداری نوسانات موج چگالی در فرایند جوشش درون یک کانال با استفاده از یک مدل تحلیلی جدید 1505 1520 3780 10.22060/mej.2020.17180.6528 FA محمدرضا شاه نظری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران. اشکان امجدی گلپایگانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران. علی صابری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران. Journal Article 2019 10 10 Two-phase flow instabilities are observed in many areas of industrial applications such as turbomachinery, refrigeration systems, water boiling reactors and similar systems. Predicting fluid flow parameters such as pressure drop, stability region during boiling and oscillation characteristics are the determining factors in the design of two-phase flow equipment. In this paper, density wave oscillations type instability in boiling process is analyzed. By introducing appropriate dimensionless variables, an integrated model for the process is presented. The model is solved for steady state response of the system by using numerical analysis of a developed numerical method based on weighted residual method. Stability region is determined in reaction frequency versus ratio of reaction frequency to inlet mass flow plane. In addition, friction number effect on stability threshold is assessed. The effect of mass flow rate, inlet subcooling, system pressure and other important process parameters on the oscillation characteristics as well as the instability boundary are investigated. The results show that with increasing mass flow, the system becomes more stable for density wave oscillations occurrence. The critical quality of the exhaust vapor also decreases with increasing mass flow. On the other hand, the period of oscillations and its amplitude increases with increasing mass flow. ناپایداری جریان دوفاز در بسیاری از حوزه‌های صنعتی نظیر توربوماشین، سیستم‌های تبرید، راکتور آب جوشان مشاهده می‌شود. پیش‌بینی پارامتر‌های جریان مانند افت فشار، محدوده پایداری و مشخصات نوسانات، عوامل تعیین کننده‌ای در طراحی و شرایط ایمنی کارکرد تجهیزات است. در این مقاله ناپایداری نوسانات موج چگالی جریان سیال دوفاز در فرایند جوششی مورد تحلیل قرار گرفته ‌است. با معرفی متغیرهای بدون بعد، یک مدل یکپارچه برای فرایند ارائه شده ‌است. با آنالیز عددی مدل، به وسیله کاربرد یک روش توسعه یافته مبتنی بر روش عددی "وزن دادن به مانده‌ها"، مدل جهت دست‌یابی به پاسخ سیستم برای شرایط پایا حل شده‌است. محدوده ناپایداری بر روی صفحه با مختصات فرکانس واکنش و نسبت فرکانس واکنش به سرعت جرمی ورودی با استفاده از تحلیل انجام شده مشخص شده‌ است و همچنین تاثیر عدد اصطکاکی بر آن مورد بررسی قرار گرفته ‌است. تاثیر افزایش سرعت جرمی، میزان مادون سرد بودن، تغییرات فشار و سایر پارامتر‌های مهم فرایند بر مشخصات نوسانات و همینطور محدوده ناپایداری بررسی شده ‌است. نتایج نشان می‌دهد با افزایش سرعت جرمی، سیستم نسبت به رخداد نوسانات موج چگالی پایدارتر می‌گردد. کیفیت بحرانی بخار خروجی نیز با افزایش سرعت جرمی کاهش می‌یابد و دروه تناوب نوسانات موج چگالی و دامنه آن با افزایش سرعت جرمی افزایش می‌یابد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3780_3569df159ec477451530c4455b2a9e86.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Experimental and Numerical Investigation of Film Cooling Effectiveness on Squealer Tip of a Turbine Blade تحقیق تجربی و عددی ضریب اثربخشی خنک‌کاری لایه‌ای در نوک پره توربین دارای اسکوئیلر 1521 1536 3827 10.22060/mej.2020.3827 FA رضا تقوی زنور دانشگاه علم و صنعت پانته آ پیکانی دانشکده مکانیک / دانشگاه علم و صنعت / تهران / ایران. علی اکبرزاده دانشکده مهندسی مکانیک / دانشگاه علم و صنعت ایران / تهران / ایران Journal Article 2019 12 04 In this article, the effects of squealer on aerodynamic performance and thermal load distribution on the blade tip region are investigated. Experimental results are presented at blowing ratios of 0.5, 0.75, 1.0, and 1.5. The film-cooling effectiveness is measured via the steady-state heat transfer measurement technique. A numerical approach has been applied to compare the film cooling performance and aerodynamic losses in the plane and recessed blade tips. The experimental results indicate that, as the blowing ratio increases, the coolant jets provide better cooling coverage on the cavity surface. The numerical results show that the plane tip film-cooling effectiveness is lower than that for the squealer tip. It can be observed that, for the plane and squealer tip configurations, as the blowing ratio increased, the heat transfer coefficient decreased by about 43% and 44%, respectively. Moreover, the film-cooling effectiveness on squealer tip surface and rim walls increased by 15% and 23%, respectively. Furthermore, the lower heat transfer coefficient was observed at a higher blowing ratio on the surfaces mentioned above. The squealer tip geometry showed better aerodynamic performance, which results in weaker tip leakage vortex and lower tip leakage flow rate with respect to the plane tip geometry. در کار تحقیقاتی حاضر، به بررسی اثر حضور اسکوئیلر در بهبود عملکرد آیرودینامیکی و توزیع بار حرارتی در ناحیه نوک پره پرداخته شده است. ابتدا اثر چهار نسبت دمش مختلف بر روی عملکرد خنک‌کاری نوک پره دارای اسکوئیلر به‌صورت تجربی و با استفاده از روش اندازه‌گیری انتقال حرارت در حالت پایا بررسی شده است. سپس با بهره‌گیری از رهیافت معادلات ناویر-استوکس به روش میانگین‌گیری رینولدز به بررسی عملکرد خنک‌کاری و افت‌های آیرودینامیکی در نوک پره تخت و دارای اسکوئیلر پرداخته شده است. نتایج حاصل از تحقیقات تجربی نشان می‌دهد در پره دارای اسکوئیلر، با افزایش نسبت دمش، مناطق وسیع‌تری از نوک پره تحت پوشش سیال خنک‌کننده قرار می‌گیرند. نتایج شبیه‌سازی عددی نشان می‌دهد، در تمام نسبت دمش‌ها، متوسط اثربخشی در سطح پروفیل پره با نوک تخت کمتر از پره دارای اسکوئیلر است. در پره دارای اسکوئیلر، با افزایش نسبت دمش، مقدار متوسط ضریب انتقال حرارت در سطح پروفیل پره‌ با نوک تخت و دارای اسکوئیلر به ترتیب به مقدار 43% و44% کاهش پیدا کرده و متوسط ضریب اثربخشی بر روی لبه داخلی اسکوئیلر و سطح بالای اسکوئیلر به ترتیب 23% و 15% افزایش پیدا می‌کند. ضمنا با بالا رفتن نسبت دمش، انتقال حرارت در سطوح ذکرشده کاهش پیدا می‌کند.

https://mej.aut.ac.ir/article_3827_b5b8c484824d8a06f4f3d570bc420313.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Experimental Investigation of the Effects of Inlet Cooling Air Temperature on the Occupants’ Local Thermal Sensation in the Under-Floor Air Distribution System بررسی آزمایشگاهی اثرات دمای هوای سرمایشی ورودی در سیستم توزیع هوای زیر سطحی بر احساس حرارتی موضعی ساکنان 1537 1548 3438 10.22060/mej.2019.15712.6186 FA سیدعلیرضا ذوالفقاری دانشگاه بیرجند، عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک 0000-0001-9917-3400 سعید تیموری دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه بیرجند Journal Article 2019 01 28 In the present study, the effects of inlet cooling air temperature from the diffusers of under-floor air distribution system have been experimentally investigated on the occupants’ local thermal sensation. In the experiments, the inlet air temperature is controlled at 12°C, 16°C and 20°C, and the inlet velocity is kept constant. Also, the room thermal conditions have been controlled at the mean temperature of 24±0.5°C and mean relative humidity of 25±2%. During the experiment, 8 healthy male subjects with common office clothing and metabolic rate were exposed to an under-floor air distribution system for 30 min and their thermal sensation and satisfaction were assessed on the basis of thermal comfort standards. Based on the results, the head and chest thermal sensations are not significantly depended on inlet temperature. But, by decreasing the inlet temperature, the thermal sensation and satisfaction of hands and feet are decreased. Moreover, the results indicated that the overall body thermal sensation is significantly depended on the sensation of the body parts with extreme thermal conditions. Also, the results show that the feeling of air movement can be increased during the time; so, the subjects reported about 75% draught discomfort after 30 min exposure to under-floor air distribution system. در این تحقیق، تاثیر دمای هوای ورودی از دریچه‌ها بر عملکرد سرمایشی سیستم توزیع هوای زیر سطحی و همچنین احساس حرارتی موضعی افراد به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. در این آزمایش، دمای هوا ورودی از دریچه در سه حالت 12، 16 و 20 درجه سلسیوس تنظیم گردیده است. شرایط اتاق به نحوی تنظیم شد که دمای متوسط اتاق روی 5/0±24 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 2±25% در همه حالات ثابت باشد. طی فرآیند آزمایش، 8 نفر داوطلب مرد سالم با پوشش و نرخ متابولیک مربوط به شرایط اداری متداول، به مدت 30 دقیقه در اتاقی دارای سیستم توزیع هوای زیر سطحی قرار گرفتند و شرایط احساس حرارتی و رضایت‌مندی ایشان مطابق با استانداردهای آسایش حرارتی در طول زمان استخراج گردید. بر اساس نتایج به دست‌آمده، با کاهش دمای دریچه ورودی، احساس حرارتی و رضایت‌مندی بخش‌های دست و پا کاهش می‌یابد. نتایج بیان می‌کند احساس حرارتی و رضایت‌مندی کل بدن افراد، به طور چشمگیری به شرایط حرارتی بحرانی‌ترین عضو بدن وابستگی دارد و با ثابت بودن جریان هوا ، افراد با گذشت زمان وزش را بیشتر احساس می‌کنند؛ به طوری که پس از 30 دقیقه، حدود 75 درصد افراد دچار نارضایتی ناشی از پدیده کوران می‌شوند.

https://mej.aut.ac.ir/article_3438_f34185c4ca5d58e781d4f14173d41e5d.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Dynamic Simulation of Desiccant Cooling System with Simultaneously Using Solar and Ground Renewable Energies in Hot-Humid Regions شبیه‌سازی پویای خنک‌کننده جاذب رطوبت دسیکنت با استفاده هم‌زمان از انرژی‌های تجدیدپذیر خورشیدی و زمینی در آب و هواهای گرم و مرطوب 1549 1572 3738 10.22060/mej.2019.16938.6478 FA سعید رایگان گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران قاسم حیدری نژاد تربیت مدرس هادی پاسدار شهری تربیت مدرس * مهندسی مکانیک Journal Article 2019 08 19 This paper presents the dynamic operation of a desiccant cooling system combined with solar and ground source energies. Solar energy is used for providing the required energy for regenerating the desiccant wheel, and the ground source heat exchanger is exploited as an air pre-cooling component. The potential of the system in providing thermal comfort is assessed in hot-humid regions. Results reveal that this system is capable of providing thermal comfort in these regions with low-grade regeneration temperatures (lower than 75 ℃). As a new perspective, the maximum value of the desiccant wheel regeneration temperature is controlled. The effect of the desiccant wheel performance and its maximum regeneration temperature is evaluated on the behavior of the system. With results, high performance desiccant wheel increases the provided thermal comfort up to 40% and the contribution of solar energy up to 14% compared with its low performance. Reducing the maximum regeneration temperature to 50 ℃, decreases the achieved thermal comfort to lower than 30%. Ground source heat exchanger enhances the thermal comfort and a specified level of that can be provided with lower regeneration temperatures. The economical assessment shows that in entirely provided thermal comfort conditions by the system, the payback period is calculated to be 8.2 years. در این مقاله، عملکرد پویای خنک‌کننده جاذب رطوبت دسیکنت و ترکیب شده با انرژی‌های خورشیدی و منبع زمینی ارائه می‌شود. از انرژی خورشیدی به منظور فراهم آوری حرارت مورد نیاز برای احیاء چرخ دسیکنت و از مبدل منبع زمینی به عنوان پیش خنک‌کن هوا استفاده شده است. پتانسیل خنک‌کننده در برقراری آسایش حرارتی در آب و هواهای گرم و مرطوب ارزیابی شده است. نتایج نشان می‌دهند که این خنک‌کننده می‌تواند با دماهای احیاء پایین (پایین‌تر از 75 درجه سلسیوس) آسایش حرارتی را در این مناطق برقرار کند. به عنوان رویکردی جدید، بیشینه دمای احیاء لازم برای چرخ دسیکنت کنترل شده است. تأثیر عملکرد چرخ دسیکنت و بیشینه دمای احیاء آن بر رفتار خنک‌کننده بررسی شده است. بر اساس نتایج، عملکرد قوی چرخ دسیکنت آسایش حرارتی را تا 40 درصد و سهم انرژی خورشیدی را تا 14 درصد نسبت به عملکرد ضعیف آن افزایش می‌دهد. با کاهش بیشینه دمای احیاء تا 50 درجه سلسیوس، آسایش حرارتی برقرار شده به کمتر از 30 درصد کاهش می‌یابد. استفاده از مبدل منبع زمینی آسایش حرارتی را بهبود می‌بخشد و درصد مشخصی از آسایش حرارتی با دماهای احیاء پایین‌تری برقرار می‌شود. تحلیل اقتصادی نشان می‌دهد که در شرایط برقراری کامل آسایش حرارتی توسط خنک‌کننده، زمان بازپرداخت برابر با 2/8 سال می‌باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3738_16738419b15b05e74e1ecb164430bfa8.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Performance Evaluation of a Fluidized Bed Reactor by Studying the Hydrodynamics and Thermal Properties of Different Solid Particles ارزیابی عملکرد یک رآکتور بستر سیال با بررسی هیدرودینامیک و خصوصیات گرمایی ذرات جامد مختلف 1573 1590 3727 10.22060/mej.2019.16845.6455 FA سوده طرفه دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران رامین کوهی کمالی گیلان*مهندسی مکانیک 0000-0002-8004-0242 Journal Article 2019 07 30 High heat transfer rate as one of the important advantages of fluidized bed reactors is attributed to hydrodynamic mechanisms. In this research the important hydrodynamic parameters such as minimum fluidization velocity, pressure drop, bed height, bubble formation and flow regime were investigated experimentally and numerically. The two-fluid model coupled with the kinetic theory of granular flow and two different drag models of Gidaspow and Syamlal-O'Brien were applied in the present simulation. The results showed that by using the Gidaspow drag model in numerical solution, the minimum fluidization velocity with an approximate error of 13.8% and the bed height with an average error of 9% are predictable in comparison with the experiments. In order to investigate the effects of particles properties on temperature distribution of a bubbling fluidized bed, several solid particles with different densities and thermal diffusivities were investigated. Finally, to demonstrate the advantages of fluidized beds to receive the required hot air in industrial units, temperature distribution and required height of a bubbling fluidized bed reactor were compared with a similar constant surface temperature simple channel. The results showed that the outlet air temperature of a bubbling fluidized bed is about 28 degrees Celsius higher than a similar simple channel. نرخ انتقال حرارت بالا به عنوان یکی از مزایای مهم رآکتورهای بستر سیال به فرآیندهای هیدرودینامیکی بستر وابسته است. در این تحقیق پارامترهای مهم هیدرودینامیکی از جمله حداقل سرعت شناوری، افت فشار، ارتفاع بستر و وضعیت بستر از نظر تشکیل حباب و رژیم جریان به صورت آزمایشگاهی و عددی بررسی گردید. مدل اویلری دو سیالی به همراه تئوری انرژی جنبشی جریان دانه‌ای و دو مدل درگ مختلف گیداسپا و سایملال-اوبراین در شبیه‌سازی عددی حاضر به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که با استفاده از مدل درگ گیداسپا در حل عددی، حداقل سرعت شناوری با خطای تقریبی 8/13 درصد و ارتفاع بستر با متوسط خطای 9 درصد نسبت به کار آزمایشگاهی قابل پیش‌بینی است. به منظور بررسی تأثیر خصوصیات ذرات بر توزیع دمای بستر سیال‌های حبابی، ذرات جامد مختلف با چگالی و ضرایب پخشندگی گرمایی متفاوت مورد بررسی قرار گرفتند. در نهایت برای اثبات مزیت استفاده از رآکتورهای بستر سیال برای دریافت هوای گرم مورد نیاز در واحدهای صنعتی، توزیع دما و ارتفاع یک رآکتور بستر سیال حبابی و کانال ساده‌ی دما ثابت در شرایط یکسان مقایسه گردید. نتایج نشان داد که دمای هوای خروجی از یک رآکتور بستر سیال حبابی تقریباً 28 درجه سلسیوس بیشتر از کانال ساده‌ی مشابه است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3727_d3802b1dc0d80d8a3c8ccc6ccc068e7c.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Investigation of Thermo-Hydraulic Parameters of Reactor Containment due to Cold-Leg Break Accident بررسی پارامترهای ترموهیدرولیکی محفظه ایمنی راکتور در اثر حادثه شکسته شدن شاخه سرد خنک‌کننده 1591 1606 3808 10.22060/mej.2020.17084.6509 FA محمد باقر محمدصادقی آزاد دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران فرزاد چوبداررحیم دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران Journal Article 2019 09 20 Since the nuclear energy has been recognized as a useful energy, the subject of structure, operation and safety and environmental protection have also been important. In the nuclear reactors, one of the most dangerous accidents that can occur is the loss of coolant accident, that the most important of these events is the guillotine breaking in cold or hot leg coolant, which, this will melt the reactor core if it is not stopped. This paper presents one of the most dangerous accidents in reactor containments known as loss of coolant accident in its worst condition which is called large break loss of coolant accident. The specific type of large break loss of coolant accident is double ended cold leg break which means totally guillotine type of break in cold leg pipe. This modeling is performed in single volume method in Advanced Pressurized water reactor which is one of the most sophisticated safe reactors that has ever been built. The conservation mass and energy equations have been used in this modeling and the modeling software applied in our analysis is MATLAB, and the results are compared with the Advanced Pressurized-1000 water reactor safety, security and environmental reports. از زمانی‌که انرژی هسته‌ای به‌عنوان یک انرژی کاربردی و مفید شناخته شده است در راستای آن مسائل ساختار، عملکرد و ایمنی نیروگاه‌ها و حفاظت محیط زیست نیز حائز اهمیت می‌باشند. سیستم‌های هسته‌ای به‌دلیل اینکه اگر حادثه‌ای رخ دهد ممکن است مواد رادیواکتیو به محیط زیست نشت پیدا کند و باعث آلودگی محیط زیست گردد، از اهمیت فوق العاده‌ای برخوردار هستند. در راکتورهای هسته‌ای یکی از خطرناکترین حوادثی که ممکن است اتفاق بیفتد حادثه از دست دادن خنک‌کننده می‌باشد که مهمترین این حوادث شکسته شدن گیوتینی شاخه خنک‌کننده سرد یا گرم می‌باشد که در صورت مهار نشدن آن منجر به ذوب قلب راکتور می‌گردد. در این مقاله شکستگی گیوتینی که در شاخه سرد خنک‌کننده یک راکتور آب تحت فشار اتفاق می‌افتد مدل‌سازی شده است. در مدل‌سازی انجام شده محفظه ایمنی به صورت تک حجمی در نظر گرفته شده است و معادلات بقای جرم و انرژی مربوط به آن نوشته شده و تاثیر انتقال حرارت و میعان بر روی آن بررسی شده است. لازم به توضیح است که مدل‌سازی با نرم افزار متلب 2016 انجام شده است. نمودارهای تغییرات فشار، دما، کیفیت و انتقال حرارت با زمان ترسیم گردیده و سپس نتایج به دست آمده با نتایج موجود مقایسه شده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3808_cd8d5260c8131ca7aeea5d41796d1a0a.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Experimental Study of the Effects of Fluid Physical Properties and Working Temperature on Heat Transfer in Conduction Pump مطالعه تجربی تأثیر ویژگی‌های فیزیکی سیال و دمای کارکرد بر روی انتقال گرما در پمپ رسانشی 1607 1620 3685 10.22060/mej.2019.16182.6297 FA محرم جعفری هیات علمی/دانشگاه تبریز اسماعیل اسماعیل زاده هیئت علمی، دانشگاه تبریز نوید فرخی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران Journal Article 2019 04 22 In the current paper, heat transfer in conduction pumping of n-hexane and n-decane dielectrics (as working fluids) using flush electrodes is investigated by conducting experimental tests. The Study has been carried out for different fluid film thicknesses and variable applied electric voltage, and the effects of various parameters such as physical properties (ion mobility difference, density and viscosity), as well as fluid working temperature on heat transfer performance of the conduction pump have been investigated. The results show that higher ion mobility difference, as well as lower density and viscosity, increases the flow rate and heat transfer in the conduction pump, due to the improvement of the vortices formation in the vicinity of the electrodes. Moreover, it significantly increases the heat transfer in the pump by creating turbulent flow around the electrodes. On the other hand, higher operating temperatures enhance the flow rate and heat transfer due to decreasing density and viscosity and also increasing the temperature gradient between the source and the destination of heat transfer. The intense heat transfer enhancement by using the conduction phenomenon compared to the ordinary fluid flow pumping through a simple duct (having no electrodes) is seen for all film thicknesses and working temperatures. Maximum observed enhancement of Nusselt number for n-hexane and n-decane are equal to 1041% and 568%, respectively. در مقاله حاضر با انجام تست‌های تجربی، انتقال گرما در پمپ رسانشی با استفاده از الکترودهای مسطح برای دو مایع دی‌الکتریک نرمال-هگزان و نرمال-دکان به‌عنوان سیال عامل مورد مطالعه قرار گرفته است. این پژوهش برای ضخامت‌های مختلف فیلم سیال و با در نظر گرفتن ولتاژ الکتریکی متغیر، انجام شده و اثرات پارامترهای مختلف مانند ویژگی‌های فیزیکی (اختلاف تحرک یونی، چگالی و گرانروی) و هم‌چنین دمای کاری سیال بر عملکرد انتقال گرمای پمپ بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که بالاتر بودن اختلاف تحرک یونی سیال دی‌الکتریک و هم‌چنین پایین‌تر بودن چگالی و لزجت، به‌دلیل بهبود کیفیت تشکیل گردابه‌ها در همسایگی الکترودها باعث افزایش دبی جریان و افزون بر این به‌دلیل ایجاد جریان آشفته در اطراف الکترودها موجب افزایش بسیار قابل‌توجه انتقال گرما در پمپ می‌شود. از سوی دیگر بیشتر بودن دمای کاری نیز به‌سبب کاهش چگالی و گرانروی و هم‌چنین افزایش گرادیان دما بین منبع و مقصد انتقال گرما باعث بالارفتن دبی و انتقال گرما می‌گردد. افزایش شدید انتقال گرما با استفاده از پدیده رسانش الکتریکی در مقایسه با گذر معمولی جریان از درون یک مجرای ساده (فاقد الکترود) برای تمام ضخامت‌های مختلف فیلم و دماهای کاری مشاهده می‌شود. بیش‌ترین مقادیر افزایش عدد ناسلت برای نرمال-هگزان و نرمال-دکان به‌ترتیب برابر 1041 و 568 درصد مشاهده می‌شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_3685_55a0df4b5a1786cd13a7a8de759859d4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Tips on Application of Natural Ventilation in Prevalent Buildings in Iran نکات کاربردی در طراحی ساختمان‌های متداول در ایران با تکیه بر تهویه طبیعی 1621 1636 3695 10.22060/mej.2019.15459.6133 FA سیدامیر موسویان دانشگاه تربیت مدرس مهدی معرفت هیئت علمی. دانشگاه تربیت مدرس رضا مداحیان گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران بهروز محمدکاری رئیس بخش انرژی عضو هییت علمی Journal Article 2018 12 19 Methods of using natural ventilation in the architecture of the buildings have been studied. Architectural elements such as: the atrium, the ceiling light aperture, the courtyard, the staircase, dome roof, duct of the installations, and vertical channels of the building such as channel of the elevator are widely used in Iranian buildings. Feasibility of using these elements for natural ventilation has been studied taking into account the relevant standards. Significant results of the study are the sizes of the openings suitable for each case of ventilation. For the ventilation based on vertical paths such as the installation duct or the atrium, the ratio of the path area to the opening to it should be 0.78 times of the hydraulic diameter of the path. The area of the opening of the room to outdoor should 1.5 times of the opening of the room to the path. For ventilation using the light ceiling aperture the area of the opening to outdoor is independent of building area and should be 1 m2. In ventilation using duct and staircase the should be an opening on the doom roof with area equal to the area of the duct. در این تحقیق راه‌های به‌کارگیری تهویه طبیعی در معماری متداول ساختمان‌ها مورد بررسی قرارگرفته است. در معماری متداول ایران عناصری همچون میان تالار، نورگیر سقفی، حیاط، انواع گذرگاه‌های عمودی شامل داکت تأسیساتی و کانال آسانسور، پارکینگ، راه‌پله و خرپشته به کار می‌رود و می‌تواند برای تهویه طبیعی به‌کار برده شود. تهویه با نورگیر سقفی، تهویه با گذرگاه‌های عمودی در ساختمان مانند آتریم و داکت، تهویه با ترکیب راه‌پله و داکت و تهویه عبوری مورد بررسی قرار گرفت. از نتایج مهم این تحقیق می‌توان به تعیین اندازه‌ی بازشوهای مناسب برای تهویه طبیعی در ساختمان اشاره کرد. در تهویه با گذرگاه‌های عمودی هوا مانند داکت تأسیساتی و آتریم، نسبت مساحت سطح مقطع گذرگاه به مساحت بازشو از اتاق به آن گذرگاه باید حدود 87/0 قطر هیدرولیکی آن گذرگاه باشد. علاوه بر این مساحت بازشوی اتاق به بیرون حدود 5/1 برابر مساحت بازشوی اتاق به گذرگاه در نظر گرفته شود. نتایج بررسی نشان داد که در شیوه‌ی تهویه با نورگیر سقفی حداکثر مساحت بازشوی خروجی مستقل از زیربنا و برابر با 1 مترمربع در نظر گرفته شود. در شیوه‌ی تهویه از طریق ترکیب داکت و راه‌پله مساحت بازشوی قرارگرفته بر روی خرپشته برابر با مساحت سطح مقطع داکت در نظر گرفته شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_3695_af1b5754061ebbd4412adfb34c8d3534.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Investigation on Effects of Water Addition on Performance and Emissions of an n-heptane Fueled Homogeneous Charge Compression Ignition Engine بررسی تاثیر افزودن آب بر عملکرد و آلایندگی موتورهای بارهمگن ‌اشتعال تراکمی ‌تغذیه شده با سوخت هپتان نرمال 1637 1652 3826 10.22060/mej.2020.16686.6420 FA شیوا صمدی دانشجو الهه نشاط صنعتی سهند-مهندسی مکانیک Journal Article 2019 07 03 The main purpose of current study is investigation on the effect of water addition on n-heptane homogenous charge compression ignition combustion. A multi zone model coupled to the semi-detailed chemical kinetics mechanism is used for simulation of n-heptane homogenous charge compression ignition combustion. First, the accuracy of the model was estimated for two different operating modes, and then seven different amounts of water were added to the fuel and its effects on n-heptane combustion were investigated. Thermal, chemical and dilution effects of water are studied using artificial inert species method. The results show that the start of combustion was retarded by water addition due to the thermal effect of water. Peak values of in-cylinder pressure and heat release rate decreases by water addition. Water addition has caused the maximum amount of radicals in the combustion chamber to be reduced and the time of their formation is delayed. Water addition increases the amount of unburned hydrocarbons at exhaust. Thermal effect of water on start of combustion and emissions formation is more significant than its dilution and chemical effects. Using small quantities of water will increase the thermal efficiency of the engine and reduce emissions from it. هدف از مطالعه حاضر بررسی تاثیر افزودن آب بر احتراق همگن سوخت هپتان نرمال است. جهت نیل به هدف مذکور یک موتور بارهمگن ‌اشتعال تراکمی ‌با استفاده از یک مدل ترمودینامیکی چند منطقه‌ای شبیه‌سازی شده است. سوخت موتور مورد نظر هپتان نرمال بوده که فرایند احتراقی آن با استفاده از یک مکانیزم سینتیک شیمیایی شبه توسعه یافته شبیه‌سازی شده است. در ابتدا دقت مدل در پیش بینی عملکرد و آلاینده‌های احتراق همگن سوخت هپتان نرمال با استفاده از داده‌های تجربی ارزیابی شده و سپس مقادیر مختلف آب به مخلوط سوخت و هوای داخل محفظه افزوده شده و اثرات آن بر عملکرد و آلایندگی موتور بررسی شده‌اند. نتایج به دست آمده نشان ‌می‌دهند که افزودن آب، بیشینه دما و فشار داخل محفظه احتراق را کاهش داده و سبب به تاخیر افتادن آغاز احتراق ‌می‌شود. افزودن مقادیر بالای آب، سبب بدسوزی شده، بازده حرارتی موتور را به طور محسوسی کاهش داده و آلاینده‌های خروجی از موتور را افزایش ‌می‌دهد. بیشترین اثر آب بر عملکرد و آلایندگی موتور، اثر حرارتی آن بوده و اثر شیمیایی آن بر موارد ذکر شده قابل صرف‌نظر است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3826_a292f1c5874b2be8395ffd75f313937f.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Investigation of the Humidifier Performance of Adding Gas Diffusion Layers Around Membrane for Fuel Cell Application بررسی عملکرد اضافه کردن لایه‌های پخش گاز اطراف غشا مرطوب‌ساز غشایی برای کاربرد پیل سوختی 1653 1666 3740 10.22060/mej.2019.16907.6465 FA مرتضی قائد امینی هارونی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان ابراهیم افشاری دانشگاه اصفهان Journal Article 2019 08 11 Proton exchange membrane fuel cells requires humidification the reactive gases before entering the fuel cell for good performance. Using a planar membrane humidifier with important advantages such as simple building and no moving parts, is one of the best methods to humidification the reactive gases discussed in this paper. In this study, it is proposed to insert porous layers (gas diffusion layers) on both sides of the membrane, to increase the residence time gases. Therefore, by using three-dimensional and numerical modeling of the humidifier, the effect of porous layers and the effect of their properties on the humidifier performance are investigated. For this purpose, a non-porous humidifier is first modeled, and then the porous layer is inserting on the wet side, on the dry channel side, and on two sides of the membrane, and the performance of these models is compared. The results show that the highest dew point temperature of dry side outlet is related to the use of gas diffusion layers on both sides, on the dry side, on the wet side and humidifier without gas diffusion layers respectively. In all cases of laying gas, with increasing porosity coefficient and permeability, dew point increase and improve humidifier performance. به منظور عملکرد بهتر پیل‌های سوختی غشاپلیمری، نیاز به مرطوب‌سازی گازهای واکنشگر قبل از ورود به پیل است. استفاده از مرطوب‌ساز غشایی تخت با داشتن مزایای مهمی از قبیل ساختمان سادهو نداشتن قطعه متحرک، برای مرطوب‌سازی گازهای واکنشگر یکی از بهترین روش‌ها بوده که در این مقاله به آن پرداخته شده است. در این مطالعه پیشنهاد شده به منظور افزایش زمان ماند گازها در دو طرف غشا، لایه‌های متخلخل (لایه‌های پخش گاز) قرار داده شود. با مدل‌سازی سه بعدی و عددی مرطوب‌ساز، به بررسی اثر قرار دادن لایه‌های متخلخل و تأثیر خواص این لایه‌ها بر عملکرد مرطوب‌ساز پرداخته شده است. بدین منظور، ابتدا یک مرطوب‌ساز بدون لایه متخلخل، مدل‌سازی شده و سپس لایه متخلخل در سمت کانال‌های مرطوب، سمت کانال‌های خشک و دو سمت غشا قرار گرفته‌ شده است. نتایج نشان می‌دهد که بیشترین دمای نقطه شبنم خروجی سمت خشک به ترتیب مربوط به حالت استفاده از لایه‌های پخش گاز در هر دو سمت غشا، در سمت خشک، در سمت مرطوب و مرطوب‌ساز بدون لایه پخش گاز می‌باشد. در همه‌ی حالت‌های گذاشتن لایه متخلخل، با افزایش ضریب تخلخل و میزان نفوذپذیری لایه پخش گاز، نقطه شبنم خروجی سمت خشک افزایش می‌یابد و عملکرد مرطوب‌ساز را بهبود می‌بخشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3740_33ef701c8059391708f1c3ddbe9f1f81.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Experimental Investigation of Integrated Power System of Dead-End Proton Exchange Membrane Fuel Cell H2/O2 Stack with Large Active Area and Internal Humidifier بررسی تجربی عملکرد یک سیستم توان یکپارچه سری پیل سوختی پلیمری انتها بسته هیدروژن-اکسیژن با سطح فعال بزرگ و سیستم رطوبت‌زن داخلی 1667 1676 3813 10.22060/mej.2020.17133.6517 FA مجید خورشیدیان دانشگاه صنعتی مالک اشتر، آزمایشگاه تحقیقاتی پیل سوختی سید مجید رهگشای دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران 0000-0002-6484-6190 مظاهر رحیمی اسبویی آزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل سوختی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر ، فریدونکنار، ایران. سید حسین مسروری سعادت آزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل سوختی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر 0000-0002-2869-4935 Journal Article 2019 10 02 Proton exchange membrane fuel cells with a dead-ended anode and cathode can obtain high hydrogen and oxygen utilization by a comparatively simple system. Accumulation of the water in the anode and cathode channels can lead to local fuel starvation, which degrades the performance of fuel cell. In this paper, for the first time, a new design for proton exchange membrane fuel-cell stack is presented that can achieve higher fuel utilization without using fuel recirculation devices that consume parasitic power. Unified humidifier is another novelty that is applied for the first time. The basic concept of the design is to divide the anodic cells of a stack into two blocks by conducting the outlet gas of each stage to a separator and reentering to next stage, thereby constructing a multistage anode and cathode. In this design, higher gaseous flow rate is maintained at the outlet of the cells, even under dead-end conditions, and this results in a reduction of purge-gas emissions by hindering the accumulation of liquid water in the cells. The result shows that with this new design the dead-end mode has the same performance as open-end mode. All performance tests were carried out at an integrated power system. پیل‌های سوختی پلیمری با آند و کاتد انتها بسته می‌توانند با سیستمی نسبتاً ساده درصد مصرف سوخت‌های اکسیژن و هیدروژن را افزایش دهند. با این‌وجود، تجمع آب در بخش انتهایی کانال‌های آند و کاتد موجب قحطی سوخت موضعی و در نتیجه کاهش عملکرد پیل سوختی می‌شود. در این مقاله، برای اولین بار یک طرح جدید برای سری پیل سوختی ارائه شده است که بدون استفاده از دستگاه‌های گردش مجدد سوخت که نیازمند صرف توان اضافی هستند، می‌تواند درصد مصرف سوخت را افزایش دهد. ایده اصلی طرح ارائه‌شده تقسیم سری به دو مرحله مجزا است: گاز خروجی از مرحله اول بعد از ورود به جداساز به مرحله بعدی وارد می‌شود. گازهای واکنشگر قبل از ورود به سلول‌ها از یک رطوبت‌زن یکپارچه با سری عبور کرده و رطوبت مورد نیاز برای عملکرد مناسب را کسب می‌کنند. در طرح ارائه‌شده اگرچه پیل سوختی در حالت انتهابسته کار می‌کند اما با توجه به مرحله‌ای بودن سری، بیشتر سلول‌ها در استوکیومتری بزرگتر از 1 کار می‌کنند. با این طراحی نیاز به تخلیه کمتری برای دفع آب تجمع‌یافته است. به عبارتی دیگر، کارایی طرح انتها بسته معادل طرح انتها باز خواهد شد. تمامی آزمون‌های عملکردی در یک سیستم قدرت یکپارچه با پیل سوختی انجام شده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3813_0a49e3c3a03ebde64f85c0bacd8a08e2.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 3 2021 05 22 Energy, Exergy and Economic Analysis of a Semi-solar Greenhouse with Experimental Validation شبیه‌سازی انرژی، اگزرژی و اقتصادی یک گلخانه نیمه خورشیدی با راستی‌آزمایی تجربی 1677 1694 3815 10.22060/mej.2020.17093.6518 FA بهزاد محمدی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز سید فرامرز رنجبر دانشیار تبریز یحیی عجب شیرچی دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز لیلی گروسی فرشی تبریز-مهندسی مکانیک 0000-0001-6618-1578 سیما باهری اسلامی دانشیار/دانشگاه تبریز Journal Article 2019 10 03 In this study, modeling of a semi-solar greenhouse has been done using Matlab software from the viewpoint of energy, exergy and economic, for the first time to the best of the author’s knowledge. This simulation predicts the four different point’s temperatures of the semi-solar greenhouse, considering mass and heat transfer between greenhouse components and the crop evapotranspiration. The results of the proposed modeling have evaluated by data recording from the constructed typical semi-solar greenhouse experimentally. Noticeable value of 19.5 °C has obtained for the temperature difference of the inside air and the outside air during tests. For statistical error functions of for coefficient of determination, model efficiency, mean absolute percentage error, total sum of squared error and root mean squared error average values of 97.5%, 87%, 6.08 %, 213.4°C2 and 2.1°C have been calculated which shows the acceptable accuracy of the thermodynamic analysis. Moreover, exergy destruction of heat and mass transfer processes in the greenhouse system has been inspected. Considering the aim of this study as providing suitable thermal conditions for the inside air, the greenhouse air unit cost for each time step of one minute was analyzed. The unit cost of the air inside the greenhouse increases considerably by raising the interest rate from 10% to 20%. Using the technique of double layer glass separated with air filled space as the greenhouse cover, total exergy destruction of the semi-solar greenhouse decreases about 45.36%. در‌ این ‌مطالعه ‌با ‌استفاده ‌از نرم افزار متلب، مدل‌سازی دینامیکی یک گلخانه نیمه‌خورشیدی از دیدگاه انرژی، اگزرژی و اقتصادی برای اولین بار در ایران، با توجه به مستندات علمی منتشر شده، انجام شده است. این مدل‌سازی با در نظر گرفتن تبخیر و تعرق گیاه، دمای چهار نقطه متفاوت از داخل گلخانه نیمه‌خورشیدی را پیش‌بینی کرده است. جهت راستی‌آزمایی مدل ترمودینامیکی این شبیه‌سازی، از داده‌برداری انجام شده از گلخانه نیمه‌خورشیدی ساخته شده در شهر تبریز استفاده شده است. داده‌های ثبت شده در طول آزمایش، اختلاف دمای قابل ملاحظه °C 5/19 بین هوای داخلی گلخانه و هوای بیرون را نشان داده است. مقادیر متوسط %5/97، %87، %08/6، °C2 4/213 و °C 1/2 برای توابع خطای ضریب تبیین، درصد کارایی، درصد میانگین خطای مطلق، مجموع مربعات خطا و ریشه متوسط مربعات خطا نشان‌دهنده دقت مدل‌سازی حرارتی می‌باشد. علاوه‌براین در این پژوهش، مقادیر نابودی اگزرژی در فرآیندهای انتقال حرارت گلخانه مورد تحلیل قرار گرفته است. با توجه به اینکه تولید شرایط دمایی مناسب برای رشد گیاه به عنوان هدف اقتصادی این مطالعه در نظر گرفته شده است، هزینه واحد هوای داخلی گلخانه برای بازه زمانی یک دقیقه بررسی گردیده است. با افزایش نرخ بهره از %10 به %20، هزینه واحد هوای داخل گلخانه تقریبا دو برابر شده است. استفاده از شیشه‌های دو‌جداره توانسته است نابودی اگزرژی را تا % 36/45 کاهش دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3815_143758ee65fb29d30caa170c0db0ed36.pdf