دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Numerical Investigation on the Fluid Elasticity Effect in the Impact of Oblique Drop onto Liquid Film مطالعه عددی تأثیر خواص الاستیک سیال بر برخورد مایل قطره بر لایه سیال 3 30 4576 10.22060/mej.2021.19488.7036 FA محمدرضا رضایی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران محمود نوروزی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران محمدحسن کیهانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران سید محمد تقوی دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه الوال، کبک، کاناد Journal Article 2021 01 12 In this paper, the crown formation and temporal propagation due to the oblique impact of a plane two-dimensional drop onto preexisting film in the non-Newtonian viscoelastic fluid are analyzed numerically. The finite volume method is applied to solve the governing equations and the volume of fluid technique is used to track the free surface of liquid phases. Here, the well-known Oldroyd-B model is used as the constitutive equation for the viscoelastic phase. However, the formation and temporal evolution of the crown’s shape is emphasized and the effects of elastic and surface tension forces on the crown’s dynamic are considered in detail. The results show that the increase in Weissenberg number, viscosity ratio, and Weber number leads to an increase in both the dimensionless crown height (Z*) and spread factor (S*), while impact angle has a major effect on the control of the crown’s height, on the other hand, this parameter has a negligible effect on spread factor in viscoelastic fluid. Moreover, by thickening of fluid film, the crown’s height increase, and the crown’s radius decrease. As the main finding of the present study, the fluid’s elasticity in the presence of surface tension force can enhance the rate of the crown propagation in the impact of an oblique drop onto liquid film. در مقاله حاضر تشکیل و رشد تاج بر اثر برخورد مایل قطره بر لایه سیال در سیالات غیرنیوتنی ویسکوالاستیک به صورت عددی و در حالت دو بعدی تحت بررسی قرار گرفته است. از روش حجم محدود جهت مدلسازی معادلات حاکم و از روش حجم سیال جهت ردگیری سطح آزاد بین دو سیال استفاده شده است. در این مطالعه از مدل اولدروید- بی به عنوان معادله ساختاری جهت مدلسازی فاز سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. در تحلیل عددی حاضر تشکیل و رشد زمانی هندسه تاج مورد تاکید است و تأثیر نیروهای الاستیک سیال و کشش سطحی بر روی آن مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بیانگر آن است که افزایش در مقدار عدد وایزنبرگ، نسبت ویسکوزیته و عدد وبر سبب افزایش در مقادیر ارتفاع (*Z) و طول پخش (*S) بدون بعد تاج در زمان‌های مختلف می‌شود. از طرفی در سیالات ویسکوالاستیک افزایش زاویه برخورد در کنترل متغیر ارتفاع Z* هندسه تاج اثر قابل ملاحظه‌ای دارد و از طرف مقابل تأثیر چشمگیری بر طول پخش *S ندارد. همچنین نتایج بیانگر آن است که با افزایش ضخامت لایه سیال ارتفاع تاج افزایش و تغییرات طول پخش تاج روند کاهشی به خود می‌گیرد. از مهمترین نتایج قابل حصول از تحقیق حاضر می‌توان به تأثیر شگرف توامان خاصیت الاستیک سیال و کشش سطحی بر گسترش ابعاد تاج تشکیل شده از برخورد مایل قطره سیال اشاره کرد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4576_f89394c979b34a25cc4ff8e11234fbfb.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Finite Element Modeling of Fluid-Solid-Piezoelectric for Investigating the Ways of Improving the Performance of the Micro Energy Harvester in the Fluid Flow مدلسازی اجزاء محدود سیال-جامد-پیزوالکتریک به منظور بررسی راه‎های بهبود عملکرد میکرو جاذب انرژی پیزوالکتریک در جریان سیال 31 54 4557 10.22060/mej.2021.19490.7037 FA معصومه سالاری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران. حامد افراسیاب دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران. محمد هادی پاشائی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران. رضا اکبری آلاشتی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران. Journal Article 2021 01 12 A coupled fluid-solid-piezoelectric model has been developed by finite element method to study and improve the performance of a micro piezoelectric transducer designed for fluid flow energy harvesting. In this harvester, when the turbulence flow of water passes over a bluff body, the vortex shedding phenomenon occurs and applies a periodical lift force to a piezoelectric beam placed in the downstream region. The resulting oscillations in the piezoelectric beam lead to electrical power generation. Navier-Stokes equations and large-eddy simulation method have been used to describe the fluid turbulence flow, and equations of conservation of linear momentum along with piezoelectric constitutive relations have been employed to obtain solid deformation and electric field intensity. Numerical experiments designed by Taguchi’s method have been used to study the effect of different parameters on the harvester performance. The results have shown that using a triangular or D-shape bluff body, and selecting the minimum possible values for the length to height ratio of the bluff body, the distance between the beam and the bluff body, and eccentricity of the beam relative to the bluff body is beneficial for better performance. Furthermore, the shape of the bluff body has been the most influential parameter on the harvester performance. در این مقاله با کمک روش اجزاء محدود، یک مدل کوپل سیال- جامد- پیزوالکتریک برای مطالعه و بهبود عملکرد یک میکرو مبدل پیزوالکتریکی توسعه یافته که برای جذب انرژی از جریان سیال طراحی شده است. در این جاذب انرژی، عبور جریان لزج و آشفته سیال از روی یک مانع سبب وقوع پدیده جدایش گردابه می‎گردد. جدایش گردابه‌ها موجب اعمال یک نیروی برآی نوسانی به تیر پیزوالکتریکی می‌شود که در پایین دست مانع قرار گرفته است. نوسانات حاصله در تیر با توجه به خاصیت پیزوالکتریکی منجر به تولید جریان و انرژی الکتریکی خواهد شد. معادلات ناویر- استوکس و روش شبیه‌‎سازی گردابه بزرگ برای توصیف رفتار جریان آشفته سیال، و معادلات پیوستگی مومنتوم خطی به همراه روابط ساختاری پیزوالکتریک برای تعیین تغییر شکل جامد و شدت میدان الکتریکی تولیدی به کار گرفته شده‌اند. با طراحی آزمون‌های عددی به روش تاگوچی، تأثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد برداشت کننده مطالعه شده است. مطابق با نتایج بدست آمده، انتخاب شکل مثلثی یا دی-شکل برای مانع و اتخاذ کمترین مقدار ممکن برای نسبت طول به ارتفاع مانع، فاصله تیر تا مانع جسم، و خروج از مرکز تیر نسبت به مانع برای بهبود عملکرد جاذب سودمند است. ضمن اینکه شکل مانع مؤثرترین پارامتر مورد بررسی بوده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4557_3596c80a46918e6dde2f3c37290cba47.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Numerical Investigation of Flow Structure and Performance of Centrifugal Pump with Cavitation بررسی عددی ساختار جریان و عملکرد پمپ سانتریفیوژ با رخداد کاویتاسیون 55 74 4582 10.22060/mej.2021.19794.7115 FA ثاراله عباسی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران. حسن قلی زاده دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران. Journal Article 2021 03 26 In the present paper, the numerical simulation of the flow to identify the cavitation and its effects inside the centrifugal pump of 100-250 type of Pumpiran Company, including the impeller and volute of the pump, has been done. The Rayleigh–Plesset equation was employed to study the growth and collapse of the vapor bubble. In order to validate the numerical results, the pump curves were extracted from the present study and compared with similar experimental. The deviation of the present numerical results with the experimental ones in the pump design flow rate is 6.5%. It is found that cavitation occurs at inlet pressures of less than 45 kPa. By reducing the inlet pressure from 40 kPa to 20 kPa, the flow separation rate also increases and its position is transferred from the beginning of the blade to the inner areas of the blade. The position of cavitation occurs at 0.14 to 0.24 of the passage as well as at the beginning of the blades. The volume fraction of steam in these parts has increased from 0.04 to 0.96, respectively. With cavitation in the net positive suction head equal to 1.52, a 3% drop of the head is observed in the diagrams. در مقاله حاضر، شبیه سازی عددی جریان جهت شناسایی رخداد کاویتاسیون و جزئیات شکل گیری و اثرات آن، در پمپ سانتریفیوژ از نوع 250- 100 شرکت پمپیران با نرم افزار انسیس سی – اف – ایکس پرداخته شده‌است. در شبیه سازی کاویتاسیون، جریان به صورت دو فاز آب و بخارآب در نظر گرفته شده‌است. از معادله رایلی- پلست جهت بررسی رشد و فروپاشی حباب بخار استفاده شده‌است. به منظور اعتبارسنجی نتایج عددی، منحنی‌های مشخصه پمپ از مطالعه حاضر استخراج و با نتایج مشابه تجربی مقایسه گردیده است. میزان انحراف نتایج عددی حاضر با نتایج تجربی در دبی طراحی پمپ 6/5 درصد می‌باشد. مشخص می‌گردد که کاویتاسیون در فشارهای ورودی کمتر از 45 کیلو‌پاسکال رخ می‌دهد. با کاهش فشار ورودی از 40 کیلوپاسکال تا 20 کیلوپاسکال، میزان جدایش جریان افزایش یافته و موقعیت آن از ابتدای پره به نواحی داخلی پره منتقل می‌شود. موقعیت رخداد کاویتاسیون در0/14 تا 0/24 گذرگاه و همچنین ابتدای پره‌ها رخ می‌دهد. به نحوی که کاویتاسیون لبه حمله به سمت مناطق داخلی پره انتقال می‌‌یابد. میزان کسر حجمی بخار در این قسمت‌‌ها به ترتیب از 0/04 به 0/96 افزایش یافته‌است. با رخداد کاویتاسیون در هد مکش مثبت خالص برابر با 1/52، افت 3 درصدی هد مشاهده می‌گردد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4582_f1298750ed09618717f9c10ea8d1d3b0.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Characterization of the Effect of Helicopter Isolated Blade Vortex on Dynamic Stall شناسایی اثر گردابه‌های تشکیل‌شده اطراف تیغه ایزوله بالگرد بر روی واماندگی دینامیکی 75 100 4604 10.22060/mej.2021.19805.7124 FA فرید حسین زاده اصفهانی دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران 0009-0003-3893-1169 سید محمد حسین کریمیان دانشکده مهندسی‌هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران 0000-0002-1934-7413 حمید پرهیزکار دانشکده مهندسی‌هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران Journal Article 2021 04 05 In this research, dynamic stall at sections near the rotor blade tip at a maximum cruise speed of the helicopter with an advanced ratio of 0.35 and cyclic pitching motion, has been studied using computational fluid dynamics simulation. Unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes equations are solved using model on a domain discretized into a hybrid mesh using finite volume discretization method. Numerical simulation is validated using experimental results of AH1-G helicopter flight tests. Comparison of results indicates that present numerical results match with experimental data well. Dynamic stall occurs as a result of a shock wave in the advancing side which affects the lift coefficient. Interestingly, the effect of the shock wave on the lift coefficient in the regions closer to the blade tip is weakened due to the tip vortex penetration. As a result, few changes are seen in the lift coefficient in these regions in comparison to those of the inner regions of the blade. In addition, the maximum value of lift coefficient in the section closer to the blade tip reduces by 10.2% in comparison to that of the most inner section. Results show that despite the formation of the leading-edge vortex, especially in the inner most sections of the blade, severe dynamic stall does not occur in the retreating side. In fact, this is due to the weakening of the leading edge vortex by the effect of the radial flow. در این‌تحقیق، واماندگی دینامیکی مقاطع نزدیک به نوک تیغه روتور در حداکثر سرعت پروازی بالگرد با نسبت پیشروی 0/35 همراه با تغییرات نوسان پیچشی توسط شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور شبیه‌سازی میدان جریان، معادلات ناپایای متوسط‌‎گیری‌شده ناویر استوکس با استفاده از روش گسسته‌سازی حجم محدود حل شده است. شبکه مورد استفاده از نوع ترکیبی بوده و از مدلK-ω SST برای مدل‌سازی جریان مغشوش بهره گرفته شده است. جهت اعتبارسنجی شبیه‌سازی عددی از نتایج تست‌ پروازی بالگرد AH1-G استفاده شده که دارای تطابق مناسبی می‌باشد. نتایج نشان‌دهنده این موضوع است که موج ضربه‌ای عامل واماندگی دینامیکی در ناحیه پیش‌رونده تیغه روتور بوده و اثرات موج ضربه‌ای بر روی ضرایب برآ در نواحی نزدیک‌تر به نوک تیغه به دلیل اثرات نفوذ گردابه نوک تضعیف شده و تغییرات ضریب برآ نسبت به نواحی داخلی تیغه کمتر و یکنواخت‌تر گردیده به‌گونه‌ای که نسبت تغییرات ضریب برآ نسبت به بیشینه این ضریب در نواحی نزدیک‌تر به نوک تیغه 2 /10درصد کاهش یافته است. از طرفی نتایج این پژوهش نشان داد که بر خلاف انتظار، با وجود شکل‌گیری گسترده گردابه‌ لبه حمله در قسمت داخلی‌تر تیغه در بیشتر ناحیه پس‌رونده، وجود جریان شعاعی به واسطه چرخش تیغه روتور عامل تضعیف گردابه لبه حمله و محدود شدن واماندگی دینامیکی در این ناحیه شده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4604_d630553e32ae21fb1a6df39c702d2c5c.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Investigation of Electro-Osmotic Micro-Pumps Using Electrical Field Gradient and Asymmetric Micro-Electrodes: Numerical Modeling and Experimental Validation بررسی عملکرد میکروپمپ الکترواسمزی با استفاده از گرادیان میدان الکتریکی و میکروالکترودهای نامتقارن: مدل‌سازی عددی و اعتبارسنجی تجربی 101 122 4547 10.22060/mej.2021.19841.7129 FA طناز طاوری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. محسن نظری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. پوریا اکبرزاده دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. ناصر سپهری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. مصطفی نظری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. Journal Article 2021 04 09 In the present study, in order to fabricate AC electroosmotic micropumps, the improvement of geometrical parameters of the 3D electrode, such as width, height, and location of 3D steps on the base electrodes in one pair, the base electrodes size (symmetric or asymmetric), electrodes gap, and also electrical characteristics including voltage and frequency have been investigated. Also, the fluid flow (KCl) in the channel was analyzed. The governing equations of fluid flow and electrical domain have been solved using the finite element method to investigate the effect of electrode geometry on slip velocity, which affects the fluid flow. In order to validate our numerical simulation, this chip is fabricated by photolithography method such as deposition of platinum electrodes, creating 3D steps on the base electrodes using a polymer, and fabrication of a microchannel. Finally, Our results indicate that an optimal design results in a pump with the width (50 µm) and steps height (5 µm) of each electrode and their displacement (30 µm) are capable of generating a high velocity, flow rate, and pressure around 1.77 mm/s, 14.9 ml/min and 74.6 Pa, respectively at a given voltage (2.5 V) and frequency (1 kHz), which qualitatively matches the trend observed in the experiment. This design provides an improvement in electroosmotic pumping. در مطالعه حاضر جهت ساخت میکروپمپ الکترواسمزی، یک هندسه جدید با الکترودهای سه‌بعدی‌ طراحی شده است. به منظور به‌سازی، پارامترهای مختلف از جمله عرض و ارتفاع پله‌ها بر روی هر الکترود و محل قرارگیری آن‌ها، اندازه هر الکترود (تقارن یا عدم تقارن)، فاصله جفت الکترودها و همچنین مشخصات الکتریکی (شامل ولتاژ و فرکانس) بررسی و جریان سیال (سدیم کلرید) درون یک کانال تحلیل شده است. معادلات حاکم بر جریان و همچنین معادلات میدان الکتریکی به روش اجزای محدود کوپل و حل شده‌اند. این امر جهت بررسی تأثیر پارامترهای هندسی الکترود بر سرعت لغزشی الکترواسمزی و در نهایت تأثیر آن بر جریان سیال صورت گرفته است. برای معتبرسازی حل عددی، تراشه با استفاده از روش فتولیتوگرافی شامل مراحلی چون لایه نشانی الکترود پلاتین، ایجاد پله‌ها بر روی الکترود با استفاده از پلیمر و ساخت میکروکانال در محیط آزمایشگاه ساخته شده است. در نهایت با توجه به به‌سازی‌، محل قرارگیری پله بر روی الکترود (µm 50 )، عرض پله (µm 30) و ارتفاع آن (µm 5) بدست آمد. با توجه به ابعاد، فرکانس kHz 1 و ولتاژ V2/5، مقدار سرعت، دبی و فشار به ترتیب برابر با mm/s 1/77، ml/min 14/9 و Pa 74/6 است که از نظر کیفی با روند نتایج آزمایشگاهی، مطابقت دارد. این طراحی، پمپاژ بالایی در پمپ‌های الکترواسموزی را فراهم می‌کند.

https://mej.aut.ac.ir/article_4547_3910d2e3adfd0dc2e3a048f15c11eb74.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Experimental Study of Aerodynamic Behavior of NACA0012 Airfoil near the Surface مطالعه تجربی رفتار آیرودینامیکی ایرفویل ناکا0012 در نزدیک سطح 123 144 4476 10.22060/mej.2021.19844.7130 FA مصطفی هادی دولابی دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران. مهدی بختیاری فر دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران 0000-0002-2788-1317 سید حسین ساداتی دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران Journal Article 2021 04 09 When a flying vehicle approaches a surface of water or land, changes occur in the pattern of the fluid flow field around it. This change in flow field eliminates the direct effect on aerodynamics and control of the vehicle. This is more common when the vehicle is landing and taking off, as well as flying at low altitudes, which is called the surface effect. In this research, the phenomenon of surface effect and its effect on aerodynamic coefficients and flow pattern around NACA0012 airfoil in the static incompressible subsonic regime have been investigated numerically and experimentally. Experimental tests were performed in the incompressible subsonic wind tunnel of the Ghadr National Aerodynamics Research Center of Imam Hossein University with a cross-sectional area of 80 by 100 cm. The simulation of the phenomenon is a fixed ground with the minimum possible thickness of the boundary layer in the wind tunnel. Solve the flow field numerically based on Navier Stokes equations along with the Transition-SST viscous model. The impact of the surface effect phenomenon on the change of aerodynamic coefficients has been investigated by considering different distances from the surface in the static state. The pressure distribution on the airfoil surface is measured by an accurate pressure sensor and is due to the surface effect phenomenon at close distances to the surface. The results of the static analysis show an increase in lift force and a decrease in drag force. هنگامی‌که یک وسیله پرنده به یک سطح آبی یا خاکی نزدیک می‌شود، در الگوی میدان جریان سیال اطراف آن تغییراتی بوجود می‌آید. این تغییر میدان جریان بر آیرودینامیک و کنترل پرنده اثر مستقیم می‌گذارد. این موضوع بیشتر در هنگام نشست و برخاست پرنده و نیز پرواز کروز با ارتفاع کم نمود پیدا می‌کند، که آن را اثر سطحی می‌نامند. در این پژوهش پدیده اثر سطحی و اثر آن در ضرایب آیرودینامیکی و الگوی جریان اطراف ایرفویل‌ ناکا0012 در رژیم مادون‌صوت تراکم‌ناپذیر در حالت استاتیکی به‌صورت عددی و تجربی بررسی شده است. آزمون تجربی در تونل باد مادون‌صوت تراکم‌ناپذیر مرکز تحقیقات ملی آیرودینامیک قدر دانشگاه جامع امام حسین (ع) با سطح مقطع 80 در 100 سانتی متر انجام شده است. شبیه سازی پدیده به‌صورت زمین ثابت و با حداقل ضخامت لایه مرزی ممکن در تونل باد می‌باشد. حل میدان جریان به‌صورت عددی براساس معادلات ناویراستوکس به همراه مدل لزجت گذار-اس‌اس‌تی انجام شده است. تأثیر پدیده اثر سطح بر تغییر ضرایب آیرودینامیکی با درنظر گرفتن فواصل مختلف از سطح در حالت استاتیکی بررسی شده است. توزیع فشار روی سطح ایرفویل بوسیله سنسور دقیق فشار اندازه‌گیری شده است و در فواصل نزدیک به سطح متأثر از پدیده اثر سطح است. نتایج تحلیل استاتیکی نشان دهنده‌ی افزایش نیروی برآ و کاهش نیروی پسا است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4476_ab6439fa2daf0246f92eea433bca5ac4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Numerical Analysis of the Effect of Configurations of Double Rotating Cylinders on Heat Transfer Enhancement Hybrid Nanofluid Flow in a Vented Cavity تحلیل عددی تأثیر چیدمان دو استوانه چرخان بر افزایش انتقال حرارت جریان نانوسیال ترکیبی درون یک محفظه باز 145 168 4421 10.22060/mej.2021.19823.7125 FA حسام مویدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیالن، رشت، ایران. 0000-0002-8320-5292 Journal Article 2021 04 06 In this paper, the effect of configurations of rotating cylinders in a vented cavity with inlet and outlet port on the flow field and heat transfer enhancement of forced convection of Al2O3/Cu-water hybrid nanofluid flow in the laminar regime is numerically investigated. In this study, the influence of parameters as configurations of cylinders (A, B, C, and D), as well as the rotational velocity of cylinders (from -10 to +10), Reynolds number (from 100 to 500), and the volume fraction of nanoparticles (from 0.5% to 3%) on the flow field and heat transfer are studied. Results indicate that the average Nusselt number and the Performance Evaluation Index for configuration D are higher than other configurations. Also, it is obvious that by increasing the rotational velocity of cylinders, Reynolds number, and the volume fraction of nanoparticles, the Performance Evaluation Index increases. Also, by rotating the cylinders in the counterclockwise rotation direction with respect to the clockwise rotation direction, the η increases about 1.30. The results show that Al2O3/Cu-water hybrid nanofluid causes heat transfer enhancement compared to the Cu-water nanofluid and it increases the Performance Evaluation Index compared to the Al2O3-water nanofluid. در مقاله حاضر، تأثیر چیدمان‌های مختلف دو استوانه چرخان درون یک محفظه باز دارای دریچه‌های ورودی و خروجی بر الگوی جریان و افزایش انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیال ترکیبی اکسید آلومینیوم-مس با پایه آب در محدوده رژیم آرام به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مطالعه، تأثیر پارامترهایی از قبیل چیدمان استوانه‌ها (A، B، C و D)، و همچنین سرعت زاویه‌ای چرخش استوانه‌ها (10- الی 10+)، عدد رینولدز (100 الی 500) و کسر حجمی نانوذرات 0/5 الی 3 درصد) بر الگوی جریان و انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که چیدمان D نسبت به سایر چیدمان‌ها، دارای بیشترین مقدار افزایش انتقال حرارت و شاخص ارزیابی عملکرد می‌باشد. همچنین نتایج نشان می‎دهد که با افزایش سرعت زاویه‌ای استوانه‌ها، عدد رینولدز جریان ورودی به محفظه و کسر حجمی، شاخص ارزیابی عملکرد افزایش می‌یابد. همچنین با چرخش استوانه‌ها در جهت پادساعتگرد نسبت به چرخش ساعتگرد، شاخص ارزیابی عملکرد افزایش چشمگیری یافته و حدو1/30 برابر می‌شود. همچنین نتایج نشان می‌دهد که نانوسیال ترکیبی اکسید آلومینیوم-مس با پایه آب، موجب افزایش عدد ناسلت متوسط نسبت به نانوسیال مس با پایه آب و همچنین افزایش شاخص ارزیابی عملکرد نسبت به نانوسیال اکسید آلومینیوم با پایه آب می‌شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_4421_12ced2db6f0193dda91ba86224ea1cd8.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Numerical Simulation of Convective Heat Transfer of Nano-Encapsulated Phase Change Material Slurries in Micro-Channels with Sinusoidal Cavities and Rectangular Ribs مطالعه عددی جریان و انتقال حرارت اسلاری حاوی نانوکپسول‌های مواد تغییر فاز‌دهنده درون میکروکانال با حفره‌های سینوسی و دندانه‌های مستطیلی 169 188 4432 10.22060/mej.2021.19791.7113 FA هادی نعمتی مقدم دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران. علی احمدپور دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران. محمدرضا حاج محمدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران. Journal Article 2021 03 25 In the present study, the Thermo-hydraulic performance evaluation of nano-encapsulated phase change material slurries was undertaken in a micro-channel heat sink. The present research was motivated by the urgent need for the performance enhancement of micro-sized heat sinks for the electronic cooling application. A micro-channel with sinusoidal cavities and rectangular ribs was chosen as the flow domain in the present study and the steady laminar flow of nano-encapsulated phase change material slurries was investigated inside the micro-channel. A single-phase model was adopted for the simulation of slurry flow and heat transfer using the well-known finite volume method. Ansys Fluent software was used to solve the governing equations and simulate the flow. In the current study, Nusselt number, friction factor, and performance factor were used to measure the thermal-hydrodynamic performance of the studied slurries. Numerical simulations were performed for Reynolds numbers ranging from 200 to 1000 and nanoparticle concentrations ranging from 0 to 30%. It was shown that adding nano-encapsulated phase change material to a base fluid like water enhanced the thermal performance of the resulting slurry. A 6% to 48% increase in the Nusselt number was reported along the microchannel. در مطالعه‌ی عددی حاضر، عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی اسلاری حاوی نانو کپسول‌های مواد تغییرفاز دهنده به‌عنوان سیال عامل در یک جاذب حرارتی میکروکانالی مورد بررسی قرار گرفته‌است. به این منظور، یک جاذب گرمایی با حفره‌های سینوسی شکل و دندانه‌های مستطیلی موجود در میانه‌ی کانال به عنوان هندسه‌ی مورد بررسی انتخاب و جریان آرام و پایای مخلوط همگن حامل نانوذرات تغییرفاز دهنده در این هندسه‌ی پیچیده مطالعه شده است. برای مدلسازی جریان مخلوط از یک مدل تکفاز همگن استفاده گردید و معادلات حاکم بر جریان و انتقال حرارت با کمک روش حجم محدود گسسته سازی شدند. از نرم افزار انسیس فلوئنت برای حل معادلات حاکم و شبیه‌سازی جریان استفاده شده‌است. برای سنجش عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی مخلوط‌های مورد مطالعه از عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و ضریب عملکرد استفاده گردید و شبیه‌سازی‌ها برای محدوده‌ی اعداد رینولدز 200 تا 1000 و غلظت حجمی 0 تا 30% برای نانوذرات انجام شدند. با توجه به ویژگی گرمای نهان بالای مواد تغییر فاز دهنده، به‌کارگیری آن‌ها در سیال پایه منجر به ارتقای ظرفیت گرمایی سیال کاری می‌شود و این امر می‌تواند به بهبود عملکرد حرارتی جاذب گرمایی برای خنک کاری قطعات الکترونیکی ریز مقیاس منجر شود. نتایج حاصل نشان داد که افزودن نانو کپسول‌های مواد تغییرفازدهنده به یک سیال پایه‌ی متداول مانند آب می‌تواند عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی آن را به‌ویژه در اعداد رینولدز پایین تقویت کند. در مطالعه‌ی حاضر افزایش 6 تا 48 درصدی عدد ناسلت برای مخلوط حاوی مواد تغییرفازدهنده گزارش شده‌است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4432_da94cbeff56cfda50785df477941308b.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Numerical Study and Sensitivity Analysis in Tubular Heat Exchangers with Perforated Conical Rings Carrying Water-Aluminum Oxide Nanofluid ‌مطالعه عددی و تحلیل حساسیت در مبادله کن‌های گرمایی لوله‌ای دارای حلقه‌های مخروطی سوراخ‌دار حامل نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم 189 210 4479 10.22060/mej.2021.19808.7120 FA محسن محمدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران سید مهدی پسته ای دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران Journal Article 2021 03 31 In this paper, the hydrodynamic behavior and heat transfer of a nanofluid turbulent flow in an exchanger equipped with perforated conical rings are simulated numerically. Water-based fluid and Al2O3 nanoparticles with a weight percentage of zero to 5% are considered as nanoparticles that increase heat transfer. The governing equations are solved using the computational fluid dynamics method with the help of ANSYS-Fluent software in the range of Reynolds 12000-2000. After validation of the numerical solution method with the available experimental results, the effect of geometric parameters and flow characteristics such as Reynolds number, number of rings used, number of holes used and volume fraction of nanoparticles on the heat transfer characteristics of the heat exchanger have been studied. The results show that the use of perforated conical rings has a significant effect on improving heat transfer in heat exchangers and this method can be used in practical applications. The results show that with increasing the number of conical rings, decreasing the number of holes, and increasing the weight fraction of nanoparticles, the Nusselt number and the coefficient of friction increase. Based on the results, it can be seen that the proposed loop can increase the Nusselt number by 5.3 times compared to the tube without the loop. In addition, Al2O3 nanoparticles have a favorable effect on increasing heat transfer and with increasing the volume fraction of Al2O3 nanoparticles from zero to 5%, Nusselt number per m = 1 and n = 3 about 92% increase in Nusselt number has been observed. در این مقاله، رفتار هیدرودینامیکی و انتقال حرارت جریان آشفته نانوسیال در یک مبادله کن مجهز به حلقه‌های مخروطی سوراخ‌دار به‌صورت عددی شبیه‌سازی شده است. سیال پایه آب و نانوذرات اکسید آلومینیوم با درصد وزنی صفر تا 5 درصد به عنوان نانوذرات افزایش دهنده انتقال گرما در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی به کمک نرم‌افزار انسیس - فلوئنت و در محدوده عدد رینولدز 12000-2000 حل شده است. پس از صحت‌سنجی روش حل عددی با نتایج تجربی موجود، تأثیر پارامترهای هندسی و مشخصات جریان مانند عدد رینولدز، تعداد حلقه‌های مورد استفاده، تعداد سوراخ‌های مورد استفاده و کسر حجمی نانوذرات بر مشخصات انتقال گرمای مبادله کن گرمایی مطالعه شده است. نتایج نشان می‌دهد، استفاده از حلقه‌های مخروطی سوراخ‌دار تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر بهبود انتقال گرما در مبادله کن‌های گرمایی دارد و این روش می‌تواند در کاربردهای عملی مورد استفاده قرار گیرد. نتایج نشان می‌دهد با افزایش تعداد حلقه‌های مخروطی، کاهش تعداد سوراخ‌های آن و بیشتر شدن کسر وزنی نانوذرات، عدد ناسلت و ضریب اصطکاک افزایش می‌یابد. بر اساس نتایج مشاهده می‌شود که حلقه مخروطی ارائه شده می‌تواند عدد ناسلت متوسط را 5/3 برابر نسبت به لوله بدون حلقه افزایش دهد. علاوه بر این، نانوذرات اکسید آلومینیوم نیز تأثیر مطلوبی بر افزایش انتقال گرما داشته و با افزایش کسر حجمی نانوذرات اکسید آلومینیوم از صفر درصد تا 5 درصد، عدد ناسلت به ازای یک حلقه مخروطی دارای سه سوراخ بر روی آن در حدود 92 درصد افزایش در عدد ناسلت مشاهده شده است.‌

https://mej.aut.ac.ir/article_4479_c89ca36e4d0430e75ca2390470a59a59.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Energy, Exergy and Thermoeconomic Analysis of the Novel Combined Cycle of Solid Oxide Fuel Cell and Biogas Steam Reforming for Cogeneration Power and Hydrogen تحلیل انرژی، اگزرژی و ترمواکونومیکی سیکل ترکیبی نوین پیل‌سوختی‌اکسیدجامد و ریفرمینگ بخار آب بیوگاز برای تولید همزمان توان و هیدروژن 211 234 4544 10.22060/mej.2021.19189.6987 FA الهه سلیمانی دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران. سعید قوامی دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران. هادی غائبی دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران. شاهین بصیری دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران. Journal Article 2020 11 13 In this paper, a new configuration of a solid oxide fuel cell/gas turbine combined cycle system with a biogas reforming cycle is presented for the purpose of coproduction production of power and hydrogen. The heat output from the base system of the solid oxide fuel cell/gas turbine is used to supply the energy required for the reforming reaction and to drive the biogas reforming cycle for hydrogen production. Comprehensive thermodynamic and thermoeconomic modeling has been performed using engineering equation solver software. Also, the parametric study has been analyzed for the effect of different parameters on the net output power, energy and exergy efficiency, exergy destruction rate, and the sum unit cost products of the whole system. The results show that the energy efficiency and exergy efficiency of the proposed combined system have increased the comparison of the solid oxide fuel cell/gas turbine system by 23.31% and 28.19%, respectively. The net output power and hydrogen production rate are obtained at 2726 kW and 0.07453 kg/s, respectively. From the exergy viewpoint, the afterburner causes a considerable amount of exergy destruction for the system by approximately 26% of the total exergy destruction rate. By increasing the inlet temperature fuel cell, the cell voltage reaches a maximum value at a temperature of 679 K and then decreases. As a result, energy and exergy efficiency are maximized and then reduced. Besides, the total exergy destruction rate and sum unit cost product of the cogeneration system is calculated equals to 1532 kW and 9400 $/GJ, respectively. در این مقاله، پیکربندی جدیدی از سیستم ترکیبی پیل‌سوختی‌اکسیدجامد/ توربین گازی با سیکل ریفرمینگ بیوگاز با اهداف تولید همزمان توان و هیدروژن ارائه شده است. حرارت خروجی از سیستم پایه پیل‌سوختی‌اکسید جامد جهت تأمین انرژی لازم واکنش ریفرمینگ و راه‌اندازی سیکل ریفرمینگ بیوگاز برای تولید هیدروژن مورد استفاده قرار گرفته است. مدل‌سازی جامع ترمودینامیکی و ترمواکونومیکی با استفاده از برنامه ای‌‌ای‌اس انجام گرفته است. همچنین مطالعه پارامتریک جهت بررسی تأثیر پارامترهای مختلف بر روی توان خالص خروجی، بازده انرژی و اگزرژی، نرخ تخریب اگزرژی و مجموع هزینه واحد محصول کل سیستم مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که بازده انرژی و اگزرژی سیستم ترکیبی پیشنهادی در مقایسه با سیستم پایه پیل‌سوختی‌اکسیدجامد/ توربین گازی به‌ترتیب به میزان 23/31% و 28/19% افزایش یافته است. توان خالص خروجی و دبی جرمی هیدروژن کل سیستم به‌ترتیب 2726 کیلووات و 07453 /0کیلوگرم در ثانیه به‌دست آمده است. از تحلیل اگزرژی کل سیستم، این نتیجه حاصل شد که جزء پس‌سوز بیش‌ترین سهم را در بین سایر اجزای سیستم در حدود 26% از نرخ تخریب اگزرژی کل به خود اختصاص داده است. با افزایش دمای ورودی پیل سوختی، ولتاژ پیل در دمای 679 کلوین به حداکثر مقدار می‌رسد و سپس کاهش می‌یابد. در نتیجه، بازده انرژی و اگزرژی به بیشترین مقدار رسیده و سپس کاهش می‌یابد. علاوه بر این، نرخ تخریب اگزرژی و مجموع هزینه واحد محصول کل سیستم ترکیبی به‌ترتیب برابر 1532 کیلووات و 9400 دلار بر گیگاژول محاسبه شده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4544_78f1893678afbeaa90b1fa01b9cfb860.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Investigation of The Surface Flame Burner Functional Diagram Using Chemiluminescence and Image Analysis بررسی نقشه عملکردی مشعل شعله سطحی با استفاده از نورتابی شیمیایی و تحلیل تصاویر 235 248 4540 10.22060/mej.2021.19602.7063 FA ضیاءالحق احمدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس ، تهران، ایران محمد ضابطیان طرقی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس ، تهران، ایران Journal Article 2021 02 08 In this study, a fully premixed cylindrical surface flame burner is investigated in laboratory research. The burner was analyzed in heating capacities 11.74-17.14 kW and its equivalence ratio 0.4-1.6. The results are including two sections of spectroscopy and flame image analysis. In the chemiluminescence section, the maximum heat release from the perforated cylindrical burner is obtained by examining the intensity of hydroxyl radiation in the equivalence ratio of 0.8. In the second part of chemiluminescence, the equivalence ratio is estimated by using the intensity ratio and curve fitting from natural flame radiation. The color and state of the flame changed from the equivalence ratio of 1.6 to 0.44, respectively, from green to yellow and red flame, blue and lift-off flame, and eventually blow-off. The satisfactory operation that is stable blue flame without lift-off and flashback is observed in the range of 0.7-0.85. This process was performed for six thermal capacities, and its results were collected in a chart called the functional burner diagram. A satisfactory operation can be selected by a functional diagram in different burner powers. در پژوهش حاضر، مشعل استوانه‌ای شعله سطحی کاملاً پیش‌آمیخته، در شش توان 11/74کیلو‌وات تا 17/14 کیلو‌وات و نسبت هم‌ارزی 0/4 تا 1/6(محدوده رقیق و غنی) مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. نتایج شامل دو بخش طیف‌سنجی و تحلیل تصاویر شعله است. در بخش سنجش نورتابی شیمیایی، نسبت هم‌ارزی متناظر با بیشینه‌ی حرارت آزاد شده از مشعل استوانه‌ای سوراخ‌دار، در نسبت هم‌ارزی 8 /0بدست آمده است. نسبت هم‌ارزی مشعل، با استفاده از منحنی برازش شده هیدروکسیل بر توان مشعل و تغییرات نسبت شدت*OH*/ CH، بصورت مستقل از توان مشعل تخمین زده شده است. در بخش تحلیل تصاویر، رنگ شعله از نسبت هم‌ارزی 0/44 تا 1/6 از ناحیه حد پایین به حد بالا در چهار ناحیه فیروزه‌ای، زرد و قرمز، آبی پایدار، برخاستگی و در نهایت خاموشی شعله در شش توان مشعل بررسی شده است. ناحیه عملکرد مناسب مشعل، دارای شعله به رنگ آبی بدون برخاستگی و برگشت شعله در یک محدوده‌ی مشخص بر حسب توان ورودی ارائه شده است. نقشه عملکرد، به ازای هر توان ورودی، نسبت هم‌ارزی مناسب عملکرد مشعل شعله سطحی را نشان می‌دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4540_0f65caf0a7d00afd2b87c028e88fe931.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 1 2022 03 21 Study of The Effect of Wall Temperature and Oxidant Structure on Temperature Distribution and NO Emission in Non-Premixed Combustion Furnace مطالعه تأثیر دمای دیواره و ساختار اکسنده بر توزیع دما و ناکس کوره احتراق غیرپیش‌آمیخته 249 266 4504 10.22060/mej.2021.19792.7114 FA امین تاجدانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران سید عبدالمهدی هاشمی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران 0000-0001-7169-7173 اسماعیل ابراهیمی فردویی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران Journal Article 2021 03 26 The aim of this study was to investigate the effect of the thermal condition of furnace wall and oxidant structure on NOx emission and thermal conditions inside the non-premixed combustion furnace. For this purpose, non-premixed combustion furnace simulations have been performed using OpenFOAM software. Standard k-ε turbulence model, modified eddy dissipation concept combustion model, and discrete ordinates radiation model are used in numerical simulations. In order to analyze the results of numerical simulations, chemical calculations using a well stirred reactor have also been considered. According to the results, increasing the furnace wall temperature to reach thermal insulation conditions leads to a significant increase in the average and maximum temperature inside the combustion chamber and transfers the combustion regime from flameless to high temperature. In addition, the replacement of carbon dioxide with nitrogen will be accompanied by a decrease in the combustion temperature due to physical and chemical differences between the two species. According to the results, increasing the wall temperature, despite reducing the heat loss, leads to an increase in NOx in the high temperature combustion regime. The use of carbon dioxide instead of nitrogen in an oxidizer can be considered as a way to reduce heat loss while reducing NOx emission from the non-premixed combustion furnace. هدف از مطالعه حاضر بررسی تأثیر شرایط حرارتی حاکم بر دیواره کوره و ساختار اکسنده بر انتشار آلاینده ناکس و شرایط دمایی داخل کوره احتراق غیرپیش‌آمیخته است. بدین منظور شبیه‌سازی کوره احتراق غیرپیش‌آمیخته با استفاده از نرم افزار اپن‌فوم انجام شده است. در شبیه‌سازی‌های عددی از مدل آشفتگی کی- اپسیلون استاندارد، مدل احتراقی مفهوم اتلاف گردابه اصلاح شده و مدل تشعشعی فاز گسسته استفاده شده است. همچنین به‌منظور تحلیل نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌های عددی، محاسبات شیمیایی با استفاده از واکنشگاه کاملاً مخلوط مورد توجه قرار گرفته است. مطابق با نتایج، افزایش دمای دیواره کوره تا رسیدن به شرایط عایق حرارتی منجر به افزایش قابل توجه دمای متوسط و بیشینه درون محفظه احتراق گردیده و رژیم احتراقی را از بدون شعله به دما بالا منتقل می‌کند. علاوه‌بر این جایگزینی دی‌اکسید کربن با نیتروژن همراه با کاهش دمای محفظه احتراق به علت تفاوت‌های فیزیکی و شیمیایی این دو گونه خواهد بود. براساس نتایج، افزایش دمای دیواره با وجود کاهش اتلاف حرارتی منجر به افزایش ناکس در رژیم احتراقی دما بالا می‌گردد. استفاده از دی‌اکسید کربن به جای نیتروژن در ساختار اکسنده می‌تواند روشی راهگشا در کاهش اتلاف حرارتی همزمان با کاهش ناکس منتشر شده از کوره احتراق غیرپیش‌آمیخته مورد توجه قرار گیرد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4504_124461dcd3571e6674ec4e0e140cc298.pdf