دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Numerical Modeling of Diaphragm Dosing Pumps with Fluid-Structure Interaction Analysis مدلسازی عددی پمپ‌های دیافراگمی تزریق با در نظر گرفتن برهمکنش سیال و سازه 1461 1480 4784 10.22060/mej.2022.20658.7288 FA رفعت محمدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک، ایران عارفه ربیعی کرهرودی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک، ایران امیر احمدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک، ایران Journal Article 2021 10 11 In this paper, the performance of a diaphragm dosing pump of the injection odorizers is simulated with the fluid-structure interaction analysis. The simulation results are validated with experimental data and the largest relative error is 16% for the average flow rate. Performance simulation of the diaphragm pump for the diaphragm oscillation period of 1 second and three different diaphragm displacement amplitudes of 0.8, 0.5, and 0.2 mm, shows that as the amplitude increases, the fluid velocity and consequently the flow rate of the pump increases. The average flow rate of the pump in the mentioned amplitudes is equal to 0.002, 0.0013, and 0.0005 kg/s, respectively. As the amplitude increases from 0.2 to 0.8 mm, the maximum stress applied to the diaphragm increases from 32.2 to 99.2 MPa (equivalent to 208%). Also, the effect of diaphragm oscillation frequency on pump performance is investigated. The results show that the pump's flow rate directly and linearly relates to the diaphragm oscillation frequency. In contrast, the applied stress on the diaphragm is not frequency-dependent and in the same ratios of the period, the applied stress is almost constant. According to the results, if the pump amplitude is set to 0.5 mm and the frequency is 1.6 Hz, instead of operating at a diaphragm amplitude of 0.8 mm and a frequency of 1 Hz, the pump's flow rate will be the same. While the maximum amount of stress in the diaphragm will be reduced by about 30% and the probability of damage will be reduced. در این مقاله عملکرد یک نمونه از پمپ‌های دیافراگمی تزریق که در سیستم‌های بودارکننده تزریقی ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز استفاده می‌شود، با در نظر گرفتن تاثیرات برهمکنش سیال و سازه، شبیه‌سازی شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده و حداکثر خطای محاسبه دبی پمپ، 16 درصد به‌دست آمده است. شبیه‌سازی عملکرد پمپ دیافراگمی مورد مطالعه در نوسان دیافراگم با دوره تناوب یک ثانیه و سه دامنه حرکت 0.8 و 0.5 و 0.2 میلی‌متر، نشان می‌دهد که با افزایش دامنه نوسان دیافراگم، سرعت سیال و دبی سیال خروجی از پمپ افزایش می‌یابد. به‌طوریکه میزان دبی متوسط خروجی پمپ در دامنه‌های مذکور به ترتیب برابر با 0.002، 0.0013 و 0.0005 کیلوگرم بر ثانیه است. البته با افزایش دامنه نوسان دیافراگم از 0.2 به 0.8 میلی‌متر، مقدار تنش حداکثر اعمالی به دیافراگم نیز از 32.2 به 92.2 مگاپاسکال افزایش می‌یابد (معادل 208 درصد). همچنین تأثیر فرکانس نوسان دیافراگم بر عملکرد پمپ بررسی شده و نتایج نشان می‌دهد که دبی پمپ نسبت مستقیم و خطی با فرکانس نوسان دیافراگم دارد، در صورتیکه تنش اعمالی بر دیافراگم وابسته به فرکانس نیست و در نسبت‌های یکسانی از دوره تناوب، تنش تقریباً ثابت است. بر اساس نتایج به‌دست آمده اگر به جای آنکه پمپ در دامنه حرکت دیافراگم 0.8 میلی‌متر و فرکانس 1 هرتز کارکند، دامنه حرکت دیافراگم بر روی 0.5 میلی‌متر و فرکانس 1.6 هرتز تنظیم شود، مقدار دبی پمپ دقیقاً یکسان خواهد بود، در حالیکه مقدار تنش حداکثر در دیافراگم حدود 30 درصد کاهش یافته و احتمال آسیب آن کمتر می‌شود. https://mej.aut.ac.ir/article_4784_5dedb42b34e50082065a783265ce28a8.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Simulation of the Role of the Anti-Angiogenic Therapy in Fluid Flow Behavior and Macromolecule Transport into a Heterogeneous Solid Tumor شبیه‌سازی نقش درمان ضدرگ‌زایی در رفتار جریان سیال و رسانش ماکرومولکول در تومور جامد غیرهمگن 1481 1512 4800 10.22060/mej.2022.20938.7343 FA محیا محمدی دانشجوی دکترا، گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران سیروس آقانجفی استاد، گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران مجید سلطانی دانشیار، گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران 0000-0003-0878-6274 Journal Article 2021 12 31 The present study develops a numerical approach based on the mathematical models governing the behavior of fluid flow and drug transport in tumors to investigate the delivery of a macromolecule under the effect of the vascular normalization into a non-uniform tumor, including different parts of a real solid tumor. In this study, different tumor sizes in the range of  are considered. The area under the curves of the drug average distribution and its deviation in the tumor site over time is studied as the amount of drug delivered and the uniformity of delivered drug to assess the quality of drug delivery. Results show that before and after normalization, the behaviors of interstitial fluid flow and the distribution of therapeutic agent concentration depend on tumor size. Normalization in all sizes reduces the interstitial fluid pressure, which this pressure drop increases as the tumor size reduces. Normalization improves antibody concentration distribution at different times depending on tumor size. However, from the point of view of the average spatiotemporal criterion, vascular normalization improves macromolecule delivery into the tumor site in  by increasing the distribution uniformity. This research, by discussing the mechanisms affecting normalization efficiency, can provide insights for in vivo and in vitro studies that address the combination of anti-angiogenic therapy and chemotherapy. مطالعه حاضر مدل عددی مبتنی بر مدل‌های ریاضی حاکم بر رفتار جریان سیال و انتقال دارو در تومورها را توسعه می‌دهد تا به بررسی رسانش ماکرومولکول به یک تومور غیریکنواخت، شامل بخش‌های مختلف موجود در تومور جامد واقعی، تحت تأثیر هنجارسازی عروقی بپردازد. در این پژوهش اندازه تومور در بازه متفاوتی (شعاع معادل از 0/23 تا 2/79 سانتی‌متر) در نظر گرفته می‌شود. مساحت زیر نمودارهای توزیع غلظت میانگین دارو و انحراف از آن بر حسب زمان در ناحیه توموری به عنوان مقدار داروی تحویلی و یکنواختی توزیع داروی تحویلی برای بررسی کیفیت دارورسانی مطالعه می‌شوند. نتایج نشان می‌دهند که رفتار جریان سیال میان‌بافتی و توزیع غلظت عامل درمانی، قبل و بعد از هنجارسازی، به اندازه تومور وابسته می‌باشند. هنجارسازی در تمام اندازه‌ها سبب کاهش فشار سیال میان‌بافتی می‌شود که با کم شدن اندازه تومور، افت فشار ناشی از هنجارسازی افزایش می‌یابد. هنجارسازی در زمان‌های متفاوتی که وابسته به اندازه تومور است، سبب بهبود توزیع غلظت آنتی‌بادی می‌شود. با این‌حال از منظر معیارهای میانگین مکانی-زمانی، هنجارسازی عروقی در شعاع معادل از 0/46 تا 0/93 سانتی‌متر با افزایش یکنواختی توزیع، سبب بهبود رسانش ماکرومولکول به ناحیه توموری می‌شود. این پژوهش با بحث راجع به سازوکار‌های اثرگذار در کارکرد هنجارسازی می‌تواند چشم‌اندازی برای مطالعات درون‌تنی و برون‌تنی فراهم کند که از درمان ترکیبی ضدرگ‌زایی و شیمی‌درمانی بهره می‌برند. https://mej.aut.ac.ir/article_4800_0c4a4df48a930b56e7d71ec5a34b8257.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Acoustic Simulation of Hot and Cold Flow mixing by a Lobed Mixer in a High Bypass Ratio Turbofan Engine شبیه‌سازی آکوستیکی اختلاط جریان‌های سرد و گرم توسط میکسر کنگره‌دار در یک موتور توربوفن باکنارگذر بالا 1513 1532 4823 10.22060/mej.2022.20701.7296 FA صادق فاضلی دانشگاه مالک اشتر روح الله خوشخو مجتمع انشگاهی مکانیک، دانشگاه مال اشتر علیرضا خوئینی پورفر واحد مهندسی و تعمیرات، شرکت مهندسی و ساخت توربین مپنا(توگا) Journal Article 2021 10 23 Noise reduction laws for turbofan engines require effective configurations to reduce jet engine noise. Lobed mixers are known to be effective for noise reduction in high bypass ratio turbofan engines. In this study, a mixture of hot and cold flow is simulated in a lobed mixer for a high bypass ratio turbofan engine. Navier-Stokes equations are considered three-dimensional, compressible, steady, and turbulent. To solve the turbulent flow, the turbulent model has been used; besides, to investigate the acoustic power, the Broadband noise source model was applied. In this research, first, the simulation method was validated and the results were compared with the experimental data of previous studies. Then, the impact of the lobed mixer was investigated on mixing hot and cold flow and noise reduction in a high-bypass ratio turbofan engine. The results of this study show that the maximum acoustic power was obtained at about 72 dB at a distance of 14 meters from the nozzle, decreasing by moving away from the engine nozzle; also, the maximum amount of acoustic power in the central body at nozzle exit has decreased from about 90 dB to 72 dB. The maximum acoustic power was observed at about 95 dB on the mixer surface next to the central body flow. Finally, we can conclude that a mixture of flow reduces the acoustic power and improves its uniformity at the nozzle exit while increasing the acoustic power near the central body. قوانین و مقررات مربوط به کاهش صدا برای موتورهای توربوفن، نیازمند ایجاد پیکربندی‌های مؤثر در جلوگیری از صدای جت موتور می‌باشد. میکسرهای کنگره‌دار به عنوان یک وسیله مؤثر کاهش صدا برای موتور‌های توربوفن شناخته شده‌اند. در این تحقیق، اختلاط جریان هوای سرد و گرم در یک میکسر کنگره‌دار برای یک موتور توربوفن با کنارگذر بالا شبیه‌سازی شده است. معادلات ناویراستوکس به‌صورت سه‌بعدی، تراکم‌پذیر، پایا و مغشوش درنظر گرفته شده‌اند. برای حل جریان مغشوش، از مدل اغتشاشی  استفاده شده است، همچنین جهت بررسی قدرت آکوستیکی، از روش منابع نویز صوتی پهن باند استفاده شده است. در این تحقیق، در ابتدا، روش شبیه‌سازی مورد اعتبارسنجی قرارگرفته و نتایج حاصل از شبیه‌سازی با نتایج تجربی دیگران مقایسه شده است. سپس تأثیر میکسر کنگره‌دار در اختلاط جریان‌های سرد و گرم و کاهش نویز توسط آن در یک موتور توربوفن با کنار گذر بالا مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می‌دهد، ماکزیمم قدرت آکوستیکی در فاصله 14 متری از نازل در حدود 72 دسی‌بل به‌دست آمد که با دور شدن از نازل موتور، میزان قدرت آکوستیکی کاهش می‌یابد. همچنین، مقدار ماکزیمم قدرت آکوستیکی بر روی هسته مرکزی، درخروجی نازل از حدود 90 دسی‌بل، به 72 دسی‌بل کاهش یافته است. ماکزیمم قدرت آکوستیکی بر روی سطح میکسر در ناحیه نزدیک به جریان هسته مرکزی در حدود 95 دسی‌بل مشاهده شد. در نهایت می‌توان نتیجه گرفت که اختلاط دو جریان توسط میکسر منجر به کاهش قدرت آکوستیکی و افزایش یکنواختی آن در خروج از نازل می‌شود و با عبور جریان از نازل، میزان قدرت آکوستیکی نزدیک هسته مرکزی افزایش می‌یابد.  https://mej.aut.ac.ir/article_4823_0f089a3bcf38d052f7882d12b3923a82.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Numerical Investigation of Internal Flow Transition Using Modified γ-Reθ Model شبیه‌سازی عددی پدیده گذار داخلی با استفاده از مدل اصلاح شده γ-Reθ 1533 1552 4818 10.22060/mej.2022.21138.7383 FA محمدعلی مدرسی گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران قاسم حیدری نژاد تربیت مدرس رضا مداحیان گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران بهار فیروز آبادی شریف*مکانیک Journal Article 2022 02 22 The numerical investigation of Transition is one of the challenging issues in turbulence modeling. In the present study, the coefficients of the <em>γ</em>-<em>Re_θ</em> model are modified based on the physics of internal flow transition to capture the entrance length properly. To validate the model, the internal flow is simulated using six test cases. A 3D duct, two smooth axisymmetric pipes, a 3D stenosis pipe, two parallel plates, and the backward-facing step configurations are considered at different Reynolds numbers from 2´10³ to 3´10⁵. The flow variables, including the average velocity field, friction factor, fully developed friction factor, and the reattachment length are compared against the experimental, theoretical and large eddy simulation results. By comparing the results of average velocity against the semi-empirical relations and experimental data using new coefficients, it is observed the model can estimate the entrance length in accordance with experiments. The earlier coefficients lead to a reduction of entrance length by increasing the Reynolds number. Furthermore, the error percentages reduce by more than 7.6 and 26.7 percent using new coefficients rather than earlier models for fully developed friction factor and reattachment length, respectively. شبیه‌سازی عددی پدیده گذار یکی از چالش‌ها در شبیه‌سازی جریان‌های آشفته در هر دو نوع از جریان‌های داخلی و خارجی است. در مطالعه حاضر، ضرایب مدل گذار چهار معادله‌ای <em>γ</em>-<em>Re_θ</em> بر اساس فیزیک گذار در جریان داخلی به نحوی اصلاح می‌شود که طول ورودی در جریان داخلی بدرستی پیش‌بینی شود. برای اعتبارسنجی، جریان داخلی در شش هندسه متفاوت شبیه‌سازی شد تا جامعیت مدل در پیش‌بینی پدیده گذار در فیزیک‌های مختلف مشخص شود. جریان درون مجرای سه بعدی، دو لوله متقارن محوری، یک لوله تنگ شونده-بازشونده، دو صفحه موازی و پله معکوس در محدوده‌ اعداد رینولدز 10³×2 تا 10⁵×3 شبیه‌سازی گردید. متغیرهای جریان نظیر سرعت متوسط، ضریب اصطکاک پوسته‌ای، ضریب اصطکاک در ناحیه توسعه یافته و طول بازچسبانی با نتایج تجربی، تئوری و نتایج حاصل از شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ مقایسه شد. با مقایسه نتایج سرعت متوسط با روابط نیمه تجربی و داده‌های تجربی، مشاهده شد که مدل اصلاح شده توانایی تخمین مناسبی از طول ورودی در جریان داخلی را در مقایسه با داده‌های تجربی دارد. علاوه‌براین، مقدار خطا در پیش‌بینی ضریب اصطکاک در ناحیه توسعه یافته و طول بازچسبانی با استفاده از ضرایب اصلاح شده به ترتیب بیش از 7/6 و 26/7درصد در مقایسه با مدل‌های پیشین کاهش یافت. https://mej.aut.ac.ir/article_4818_e88f243bf341ded9b4ced444795c3f17.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Advanced Exergy Investigation of Combined Cycle of Helium Reactor Gas Turbine with Organic Rankine Cycle بررسی سیکل ترکیبی توربین گاز رآکتور هلیوم با سیکل رانکین آلی از دیدگاه تحلیل اگزرژی پیشرفته 1553 1574 4795 10.22060/mej.2022.20637.7284 FA محسن فلاح دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران زهرا محمدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران سید محمد سید محمودی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران Journal Article 2021 10 06 <span style="letter-spacing: .05pt;">In this work, the combined cycle of a helium reactor gas turbine with an organic Rankine cycle is studied and compared from the perspective of conventional and advanced exergy analysis. Using Equation solving engineering software, modeling of this cycle has been done and the results of conventional energy and exergy analysis have been obtained. Then, to determine the appropriate prioritization of cycle component improvement from the perspective of advanced exergy analysis has been studied. In fact, advanced exergy analysis provides accurate information about the real potential for system performance improvement by dividing the exergy destruction of each component into endogenous, exogenous, avoidable, and unavoidable components. The results of advanced exergy analysis show that by modifying and upgrading the components of the system, 19.1% of the total exergy destruction of the system can be reduced. According to the advanced exergy analysis, the improvement priority belongs to the compressor and then to the reactor and gas turbine. However, from the conventional exergy analysis, the reactor's exergy destruction is greater than that of the compressor and the priority is on the reactor. In addition, based on the prioritization of advanced exergy analysis, it is possible to increase the cycle exergy efficiency from 75.21% to 82.51% and the cycle energy efficiency from 51% to 56.22%.</span> در این مقاله، سیکل ترکیبی توربین گاز رآکتور هلیوم با سیکل رانکین آلی از دیدگاه تحلیل اگزرژی متداول و پیشرفته مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته است. با استفاده از نرم افزار حل معادلات مهندسی مدل‌سازی این سیکل انجام گرفته و نتایج تحلیل انرژی و اگزرژی متداول به دست آمده است. سپس به منظور تعیین اولویت‌بندی مناسب بهبود اجزاء سیکل از دیدگاه تحلیل اگزرژی پیشرفته مورد مطالعه قرار گرفته است. در واقع تحلیل اگزرژی پیشرفته با تقسیم نابودی اگزرژی هر جزء به بخش‌های درونزا، برونزا، اجتناب‌پذیر و اجتناب‌ناپذیر، اطلاعات دقیقی در مورد پتانسیل بهبود واقعی عملکرد سیستم ارائه می‌دهد. نتایج تجزیه و تحلیل اگزرژی پیشرفته نشان می‌دهد که با اصلاح و ارتقای اجزای سیستم مورد مطالعه در این پژوهش، 19/1 درصد از نابودی اگزرژی کل سیستم قابل کاهش می‌باشد. همچنین تجزیه و تحلیل اگزرژی پیشرفته با در نظر گرفتن بخش اجتناب‌پذیر درونزا در هر جزء اولویت بهبود را به ترتیب به کمپرسور و سپس به رآکتور و توربین گازی می‌دهد. این در حالی است که از تجزیه و تحلیل اگزرژی متداول، نابودی اگزرژی محاسبه شده برای رآکتور بیشتر از کمپرسور بوده و اولویت بهبود با رآکتور است. علاوه بر آن براساس اولویت‌بندی تحلیل اگزرژی پیشرفته امکان افزایش بازده اگزرژی سیکل از 75/21% به 82/51 % و بازده انرژی سیکل از 51% به 56/22 % وجود دارد. https://mej.aut.ac.ir/article_4795_adf7ee2dcf142b0e11888e72b43fcb75.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Investigating the Effect of Mesh Structure and Mesh Retaining Module on the Rate of Fog Harvesting بررسی تأثیر ساختار توری و ماژول نگهدارنده‌ی توری بر نرخ استحصال آب از مه 1575 1586 4799 10.22060/mej.2022.20812.7320 FA امیررضا محبی دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران. مهرداد مظفریان دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران. 0000-0003-1030-2953 محمد کریمی دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران. Journal Article 2021 11 24 Nowadays, the impact of water scarcity is felt more than ever due to population growth, environmental changes, and increased industrial as well as agricultural developments.  Thus, it is imperative to harvest water from every available source such as fog. The process of harvesting water from fog which is a cost-effective method has attracted the attention of many researchers trying to increase the efficiency of this method in various ways. In this research, a practical test system is presented to investigate the influence of the mesh and the mesh retaining module on the rate of fog harvesting. 6 sets of modules and meshes were exposed to the fog flow and after taking the results, the most effective factor between the meshes and the module was determined. All factors affecting fog harvesting were kept constant during the test, and only the effects of the mesh and module were examined. Teflon yarns mesh which increased the fog harvesting by 23 to 77%, was chosen as the best mesh, while the Modular Funnel-Large Fog Collector module which increased the rate of fog collection by 7 to 9 times was considered as the best module. This unique effectiveness should be attributed to the aerodynamic property of the MF-LFC module, which uses the rate of fog flow effectively in order to increase water harvesting. امروزه به دلایل افزایش جمعیت، تغییرات آب‌وهوایی و توسعه‌ی کشاورزی و صنایع، مشکل کمبود آب بیش‌ازپیش حس می‌شود؛ ازاین‌رو می‌بایست از تمامی منابع آب در دسترس، برای جمع‌آوری آب استفاده کرد که یکی از این منابع، مه می‌باشد. فرایند استحصال آب از مه که یک روش با صرفه می‌باشد، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده و محققان در تلاش‌اند که بازده این روش را با روش‌های مختلف افزایش دهند. در این تحقیق با ارائه‌ی یک سیستم آزمایش بسیار کاربردی، میزان تأثیر گذاری توری و ماژول نگهدارنده‌ی توری بر نرخ استحصال آب مورد بررسی قرار گرفته‌اند؛ بدین صورت که ۶ مجموعه‌ی ماژول و توری در مقابل جریان بخار قرار گرفتند و پس از حاصل شدن نتایج، موثرترین عامل از بین توری و ماژول تعیین شدند؛ در حین آزمایش، تمامی عوامل مؤثر بر استحصال آب ثابت نگه داشته شدند و صرفاً تأثیر توری و ماژول مورد بررسی قرار گرفت؛ توری تارهای تفلونی که سبب افزایش ۲۳ تا ۷۷ درصدی استحصال آب از مه شد، به‌عنوان بهترین توری انتخاب شد؛ همچنین ماژول مثلثی کانال باز که استحصال آب را ۷ تا ۹ برابر افزایش داد به‌عنوان بهترین ماژول برگزیده شد. این میزان تاثیر‌گذاری بی‌نظیر را باید از خاصیت آیرودینامیکی ماژول مثلثی کانال باز دانست که به‌خوبی از شدت جریان مه در راستای افزایش استحصال آب، بهره می‌برد. https://mej.aut.ac.ir/article_4799_fecc3a370a23d13b1cf91ac3c1e1ca92.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Numerical Investigation of Steam Methane Reforming over Ni- and Rh-based Catalysts to Produce Hydrogen, Syngas and Reduce Surface Coverage تحلیل عددی فرآیند رفرمینگ متان با بخار با کاتالیست‌های نیکل و رادیوم جهت تولید هیدروژن، گاز سنتز و کاهش پوشش سطحی کربن 1587 1606 4851 10.22060/mej.2022.20851.7331 FA علی سعیدی دانشگاه بیرجند 0000-0003-1950-6098 فاطمه زنگویی گزوه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند Journal Article 2021 12 15 <span style="letter-spacing: .05pt;">Steam methane reforming has the highest efficiency compared with other hydrogen production ways. Temperature, pressure, steam to methane ratio, and catalyst play essential roles in the Steam methane reforming process. In this paper, a numerical simulation method is performed using Cantera software in Python programming language to produce syngas and hydrogen in the Steam methane reforming process over Nickel- and Rhodium-based catalysts. The simulation is done in 600-1300K, steam to methane ratio of 2-4, and pressure of 0.25-4 bars to determine a suitable catalyst and the best range to produce hydrogen and syngas and to reduce Carbone surface coverage. The results demonstrate that the preferred ranges for hydrogen production over Nickel and Rhodium are temperature between 1000 to 1100K, pressure 1 to 2 bars, and steam to methane ratio 2.5 to 3 and 3 to 3.5 for each, respectively. The appropriate ranges to produce syngas over Nickel and Rhodium are temperature 1200-1300K and 1100-1300K, steam to methane ratio 2.5-3 and 3-3.5, respectively, and the pressure is suggested between 1-2 bars. However, Rhodium in the same condition is more active than Nickel, while the surface coverage formation is lower over Nickel than Rhodium. Therefore, Nickel is proposed to produce hydrogen via Steam Methane Reforming.</span> فرآیند رفرمینگ متان با بخار بالاترین بازدهی را نسبت به سایر روش‌های تولید هیدروژن دارد. نقش دما، فشار، نسبت بخار به کربن ورودی و کاتالیست دارای اهمیت است. در تحقیق حاضر، یک حل عددی با استفاده از نرم‌افزار منبع باز کانترا در محیط برنامه‌نویسی پایتون، برای تولید گاز سنتز و هیدروژن به روش رفرمینگ متان با بخار در حضور دو کاتالیست نیکل و رادیوم ارائه می‌گردد. مدل‌سازی در محدوده گسترده دمایی 600-1300 کلوین، نسبت بخار به کربن ۲-۴ و فشار 5/25-۴ بار به‌منظور تعیین کاتالیست مناسب و بهترین محدوده برای تولید هیدروژن، گاز سنتز و کاهش پوشش سطحی کربن انجام می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که محدوده مناسب برای تولید هیدروژن در حضور کاتالیست نیکل و رادیوم بازه 10۰۰ تا ۱1۰۰ کلوین، فشار ۱-2 بار و نسبت بخار به کربن به ترتیب 2/5-3 و ۳-3/5 است. برای تولید گاز سنتز در حضور کاتالیست نیکل و رادیوم به ترتیب بازه ۱۲۰۰- ۱۳۰۰ و ۱1۰۰-۱۳۰۰ کلوین، نسبت بخار به کربن 2/5-3 و ۳-3/5 و فشار ۱-2 بار پیشنهاد می‌گردد. همچنین، کاتالیست رادیوم از نیکل در شرایط یکسان فعال‌تر می‌باشد؛ اما ازآنجاکه رسوب پوشش سطحی کربن روی بستر کاتالیست نیکل کمتر است، کاتالیست نیکل برای انجام فرآیند رفرمینگ متان با بخار پیشنهاد می‌شود. https://mej.aut.ac.ir/article_4851_5d40954183d62a82257835477ccad3d2.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Numerical Study of Catalyst Bed Performance of a Monopropellant Thruster Under Influence of Porosity Coefficient مطالعه عددی عملکرد بستر کاتالیستی یک رانشگر تک‎مولفه‎‌ای تحت تأثیر ضریب تخلخل بستر 1607 1622 4837 10.22060/mej.2022.20741.7305 FA محمدرضا سلیمی پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران حدیثه کریمایی استادیار پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم تحقیقات و فناوری مصطفی غلامپور یزدی فارغ التحصیل کارشناسی ارشد پژوهشگاه هوافضا Journal Article 2021 11 01 Hydrazine monopropellant thrusters are commonly used in the situation control and orbital transmission systems of satellites and space crafts. In these thrusters, hydrazine is decomposed into a hot gas product after passing through the catalyst bed during an exothermic reaction. The decomposition chamber of a monopropellant thruster is numerically modeled at the pore scale. Then the effect of catalyst bed porosity coefficient, which is the most important parameter affecting the performance of the decomposition chamber, is investigated. Simulations were performed in two-dimensional axial symmetry as the steady flow in the gas phase. Catalyst granules with an average diameter of 1 mm with three porosity coefficients of 0.4, 0.55, and 0.65 have been considered and the inlet pressure of the decomposition chamber has been considered to 15 bar. The results showed that the porosity coefficient has a very significant effect on the performance of the catalyst bed so that by decreasing this coefficient, the decomposition of hydrazine increases, the bed temperature, and outer wall temperature increase, and the mass flow rate decreases. Reducing the bed porosity coefficient from 0.65 to 0.4 causes about a 40% drop in the bed pressure compared to the initial inlet pressure and also about a 40% reduction in the mass flow rate through the bed. Therefore, the study of this parameter can greatly help the researchers in determining and optimizing the efficiency of the decomposition chamber. در رانشگرهای تک‎مؤلفه‌ای هیدرازینی، هیدرازین پس از عبور از بستر کاتالیستی طی یک واکنش گرمازا به محصولات داغ گازی تجزیه می‎شود. در این مقاله، محفظه تجزیه یک رانشگر تک مولفه‌ای هیدرازینی، در مقیـاس دانه های تشکیل دهنده بستر، بصورت عددی مدل شده است و اثر پارامتر ضریب تخلخل بستر کاتالیستی که مهمترین پارامتر تاثیرگذار بر عملکرد محفظه تجزیه است، مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه‌سازی‌ها بصورت دوبعدی متقارن محوری با لحاظ جریان پایا و در فاز گاز صورت گرفته است و دانه ‏های کاتالیست با قطر متوسط 1 میلی‌متر در سه ضریب تخلخل متفاوت 0/4، 0/55،0/65 در نظر گرفته شده اند و فشار ورودی محفظه تجزیه نیز 15 بار در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد که ضریب تخلخل تأثیر بسیار قابل توجه بر عملکرد بستر داشته به طوریکه با کاهش ضریب تخلخل، سطح تماس مؤثر برای انجام واکنش‌های شیمیایی افزایش می‌یابد که این موضوع، منجر به افزایش تجزیه هیدرازین شده، و سبب بهبود عملکرد بستر کاتالیستی خواهد شد. همچنین با کاهش این ضریب، دمای بستر و دمای دیواره بیرونی افزایش و دبی جرمی عبوری کاهش می‌یابد. کاهش ضریب تخلخل بستر از0/65 تا 0/4، سبب حدود 40% افت فشار بستر نسبت به فشار ورودی اولیه و همچنین حدود 40% کاهش در دبی جرمی عبوری از بستر می‎گردد. بنابراین بررسی این پارامتر می‌تواند کمک شایانی به محققین در تعیین و بهینه سازی راندمان محفظه تجزیه بنماید. https://mej.aut.ac.ir/article_4837_274a10ffa06e434f2a94df765cac6bf4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Investigation of Unsteady Thermal Performance of Multi-Effect Desalination with Thermal Vapor Compression بررسی عملکرد حرارتی ناپایا آب‌شیرین‌کن چند اثره همراه با ترموکمپرسور 1623 1646 4831 10.22060/mej.2022.20921.7337 FA سبحان خواجه نامقی دانشگاه صنعتی شاهرود،شهر شاهرود، کشور ایران محسن نظری Shahrood University of Tech, Shahrood, Iran مصطفی نظری دانشگاه صنعتی شاهرود، عضو هیات علمی امید پیله ور دانشگاه صنعتی شاهرود Journal Article 2021 12 24 Due to the high use of thermal desalination plants, there is a great tendency to simulate their behavior. Most of the research is focused on modeling steady behavior, but to design control systems and evaluate their performance, we also need to study unsteady behavior. Also, few researchers have studied the system shutdown. In this paper, steady and unsteady modeling of an industrial multi-effect desalination plant with four effects, one condenser, and a Thermo compressor has been studied. The variable-step, variable-order method has been used to solve differential equations. Each evaporator is divided into three phases of vapor, tubes, and brine then the equations of mass and energy conservation are used. Results have been validated with real plant data. The variables of temperature, vapor flow rate, brine flow rate and brine level were studied in unsteady modeling in starting, shutting down, and steady-state conditions. It was found that the largest change in the brine flow rate after shutting down is in the last effect, which increases by 42%. Also, the biggest change in the level of the brine is in the first effect, which after 800 seconds will reach 11 times the steady state that will cause the flooding phenomenon. <span lang="FA" style="font-family: 'B Nazanin';">با توجه به کاربرد زیاد آب‌شیرین‌کن‌های حرارتی تمایل زیادی به شبیه‌سازی رفتار این دستگاه‌ها وجود دارد که بیشتر پژوهش‌ها روی مدل‌سازی رفتار پایا متمرکز بوده اما برای طراحی دستگاه‌های کنترلی و بررسی عملکرد آن‌ها نیاز به مدل‌سازی رفتار ناپایا داریم. همچنین مطالعات بسیار کمی به نحوه خاموش شدن آب‌شیرین‌کن</span> <span lang="FA" style="font-family: 'B Nazanin';">پرداخته‌اند. در این پژوهش مدل‌سازی عددی پایا و ناپایا، آب‌شیرین‌کن چند اثره همراه در مقیاس صنعتی با چهار اثر، یک کندانسور و یک ترموکمپرسور موردبررسی قرارگرفته شده است. از روش گام و مرتبه متغیر برای حل معادلات دیفرانسیلی استفاده‌شده است. هر اواپراتور به سه فاز بخار، لوله‌ها و آب‌نمک تقسیم‌شده است و سپس معادلات بقای جرم و انرژی در شرایط ناپایا نوشته‌شده است. مدل پایا و ناپایا با داده‌های تجربی اعتبار سنجی شده است. مؤلفه‌های دما، دبی بخار، دبی آب‌نمک و ارتفاع آب‌نمک در مدل‌سازی عددی حالت ناپایا در هنگام راه‌اندازی، پایا شدن و خاموش شدن دستگاه موردمطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان می‌دهد که بیشترین تغییر دبی آب‌نمک بعد از خاموشی در اثر آخر است که به میزان %42 افزایش می‌یابد همچنین بیشترین تغییر در ارتفاع آب‌نمک در اثر اول است که بعد از 800 ثانیه به 11 برابر حالت‌پایا خواهد رسید که موجب پدیده طغیان خواهد شد.</span> https://mej.aut.ac.ir/article_4831_f720ec3e5486f090fd382b68e230b435.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Numerical Investigation of Effective Parameters in Radiant Heat Transfer of Oxyfuel Combustion Process of Swirling Gas Furnaces بررسی عددی پارامترهای مؤثر در انتقال حرارت تشعشعی فرایند احتراق اکسیژنی کوره‌های گازی چرخشی 1647 1672 4824 10.22060/mej.2022.20957.7347 FA سامان کسمائی آزمایشگاه توربولانس و جریان دوفازی، دانشکده هوافضا، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران سحر نوری صنعتی امیرکبیر*مهندسی هوافضا سیروس کسمائی آزمایشگاه توربولانس و جریان دوفازی، دانشکده هوافضا، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران Journal Article 2022 01 04 <span style="letter-spacing: .05pt;">In gas furnaces based on oxyfuel combustion, radiative heat transfer is an important part of the heat flux and plays an important role in the flame temperature distribution. Different parameters affect the radiant heat transfer of furnaces. In this study, the effect of wall emissivity coefficient, oxidizer compound, and inlet flow swirl number in a Harwell gas furnace was investigated.</span> <span style="letter-spacing: .05pt;">k-ε standard, discrete ordinate, and eddy dissipation model were utilized to model turbulence, radiation, and combustion process, respectively. The radiative properties of the gaseous medium were determined using the weighted-sum-of-gray-gases model. The results showed that with increasing the swirl number, the maximum flame temperature moves upwards and approaches the inlet. This causes the heat flux of the walls to increase and the axial heat flux to decrease. By changing the oxidizer composition, the radiant activity of the gaseous medium changes. This causes a change in the temperature distribution in the whole field and axial and wall heat fluxes. The use of nitrogen in the oxidizer causes the maximum temperature to move towards the walls, while the use of carbon dioxide causes the flame to concentrate in the central axis, although the increase of the mass percentage of oxygen in the oxidizer improves flame diffusion. Increasing the wall emissivity coefficient causes the flame to become more concentrated and its maximum temperature to move upwards.</span> مطالعات زیادی در زمینه کوره‌های گازی جهت بهبود عملکرد و همچنین کاهش مشکلات زیست محیطی آن‌ها انجام شده‌است. استفاده از تکنولوژی احتراق مبتنی بر سوخت اکسیژنی یکی از روش‌های رایج در کاهش مشکلات زیست محیطی می‌باشد. در کوره‌های گازی مبتنی بر احتراق سوخت اکسیژنی، با توجه به دمای بالای شعله، انتقال حرارت تشعشعی بخش مهمی از شار حرارتی را تشکیل می‌دهد و  نقش مهمی در نحوه توزیع دمای شعله دارد. پارامترهای مختلفی در انتقال حرارت تشعشعی کوره‌ها تأثیر دارد. در این پژوهش به بررسی تأثیر ضریب تشعشع دیوارها، ترکیب اکسیدکننده و چرخش جریان ورودی در کوره‌گازی هارول که با سوخت متان کار می‌کند پرداخته شد. از مدل  استاندارد، مدل جهت‌گیری گسسته و مدل اتلاف گردابه‌ای به‌ترتیب جهت مدل‌سازی آشفتگی جریان، تشعشع و فرایند احتراق استفاده شد. خواص تشعشعی محیط گازی با استفاده از مدل جمع وزنی گازهای خاکستری تعیین شد. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد چرخش از 2/0 به 1، شعله در اثر حرکت چرخشی گازها به اندازه 92 میلی‌متر به دیواره بالا و 100 میلی‌متر به دهانه ورودی نزدیک می‌شود. این امر سبب می‌شود که با افزایش عدد چرخش شار حرارتی دیوارها افزایش و شار حرارتی محوری کاهش یابد. با تغییر ترکیب اکسیدکننده به علت تغییر در درصد و ترکیبات گازهای حاصل از احتراق، میزان فعال بودن محیط گازی از نظر تشعشعی دچار تغییر می‌شود. استفاده از نیتروژن در اکسیدکننده سبب می‌شود دمای بیشینه 40 میلی‌متر به‌سمت دیوار بالا حرکت کند درحالی که کربن دی اکسید باعث تمرکز شعله در محور مرکزی می‌گردد اگرچه افزایش درصد جرمی اکسیژن در اکسیدکننده فرایند پخش را بهبود می‌بخشد. افزایش ضریب تشعشع دیوارها نیز موجب می‌شود شعله متمرکزتر شود و با افزایش ضریب تشعشع از 0 به 1، بیشینه دمای شعله 140 درجه کاهش می‌یابد. https://mej.aut.ac.ir/article_4824_2edfeadfe636973b42d7b6ac315b896c.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Development and Analysis of a Novel Multi-Generation System Fueled by Biogas with Smart Heat Recovery طراحی و ارزیابی یک سیستم نوین تولید چندگانه بر پایه سوخت بیوگاز با بازیابی حرارتی هوشمند 1673 1700 4820 10.22060/mej.2022.20600.7269 FA مریم حسن زاده دانشگاه محقق اردبیلی هادی غائبی محقق اردبیلی-فنی و مهندسی- مهندسی مکانیک میلاد فیلی گروه مکانیک دانشگاه محقق اردبیلی Journal Article 2021 09 27 This paper presents a novel multi-generation system based on biogas fuel for simultaneous production of goods such as electricity, cooling, freshwater, and hydrogen using smart heat recovery of combustion gases. The performance of the proposed system is investigated in terms of the first and second laws of thermodynamics. Also, to acquire a comprehensive evaluation of operation costs, an exergoeconomic analysis has been performed. Furthermore, a comprehensive parametric study has been conducted to understand the behavior of the system performance parameters with the design parameters. In the following, to show the superiority of using a Stirling engine, the investigation of the present study is performed under two different scenarios. The proposed system could produce 986 kW, 137.5 kW, 8.39 m³/h, and 2.96 kg/h, net output electricity, cooling load, distilled water, and hydrogen while working with the Stirling engine. In this case, the energy and exergy efficiencies of the proposed system are obtained at 37.3% and 32.08%, which are improved by about 2.96% and 7.89%, respectively. In terms of cost metrics, the total unit cost of the products is about 0.1086$/kWh which has increased by 8.1% compared to the non-sterling engine mode. در این مطالعه، یک سیستم تولید چندگانه بر پایه سوخت بیوگاز ارائه شده است. به این منظور ابتدا عملکرد سیستم از دیدگاه قانون اول ترمودینامیک شبیه سازی شده و در ادامه به منظور مشخص کردن کارآیی هر زیر سیستم و میزان تلفات و هدررفت انرژی، عملکرد سیستم از دیدگاه قانون دوم مورد بررسی قرار گرفته و همچنین آنالیز اقتصادی اگزرژواکونومویک به کار رفته است. در ادامه به منظور نشان‌دادن تأثیر استفاده از موتور استرلینگ، عملکرد  سیستم در دو حالت مختلف با موتور استرلینگ و بدون آن بررسی شده و در نهایت مطالعه پارامتری جامعی به منظور پی بردن به رفتار معیارهای عملکردی سیستم با پارامتر‌های طراحی انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که سیستم ارائه شده در زمان کار با موتور استرلینگ، به ترتیب توانایی تولید kW986، kW 137/5، 8/39 و kg/h 2/96 توان الکتریکی، سرمایش، آب شیرین و هیدروژن خالص را دارد و در این حالت بازده انرژی و اگزرژی سیستم نسبت به حالت بدون موتور استرلینگ حدود 2/96% و 7/89% بهبود یافته به ترتیب برابر با 37/3% و 32/08% محاسبه شده‌اند. همچنین در این حالت هزینه تولید محصولات سیستم برابر با kWh 0/1086 / $است، که در حالت بدون موتور استرلینگ برابر با kWh0/0998 / $بوده و چیزی در حدود 8/1% کاهش یافته است.   https://mej.aut.ac.ir/article_4820_79cc30c73507cfc25d20fe7f7bcfd91b.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 7 2022 09 23 Energy Harvesting from Pool Boiling Using Electromagnetic Induction: Experimental Study and Numerical Simulation برداشت انرژی از جوشش استخری با استفاده از القای الکترومغناطیسی: مطالعه تجربی و شبیه‌سازی عددی 1701 1716 4856 10.22060/mej.2022.21002.7358 FA رسول معروفی آذر گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران 0000-0002-0746-4612 مازیار فهیمی فرزام گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران 0000-0001-9635-8186 Journal Article 2022 01 17 <span style="letter-spacing: .05pt;">In this study, a method has been proposed for energy harvesting from waste heat. A magnet was floated on the liquid in the coiled container and the system was placed on the heat source. By pool boiling of the liquid and according to Faraday's induction law, the voltage was induced in the coil by the movement of the magnet. Excess temperature, dimensions of the container, liquid height in the container, and the frame shape and diameter have been selected as effective parameters. Effects of these parameters on peak-to-peak voltage and root mean square voltage have been investigated experimentally. Obtained results showed that the maximum energy was harvested at higher values of excess temperature, liquid height, coil turn, and frame diameter with a spherical frame shape. The highest measured parameters were 532 mV and 95.65 mV for <em>Vpp</em> and <em>Vrms</em>, respectively. In the second part, the numerical method is used to simulate the proposed system. The effect of various parameters on interface characteristics has been investigated. The results showed that the trend of changes in the interface parameters, including its pressure and height, were consistent with experimental data. Therefore, this method can be used to design and predict the performance of the energy harvester.</span> در این مطالعه روشی برای برداشت انرژی از گرمای اتلافی پیشنهاد شده است. در سیستم پیشنهادی، یک آهنربا روی مایع در ظرف سیم پیچی شده شناور شده و سیستم روی منبع حرارت قرار گرفته است. با جوشش مایع و طبق قانون القای فارادی، با حرکت آهنربا در داخل ظرف، ولتاژ در سیم پیچ القا شده است. دمای مازاد، ابعاد ظرف، ارتفاع مایع در ظرف و شکل و قطر قاب به عنوان پارامترهای مؤثر انتخاب شده است. تأثیر این پارامترها بر ولتاژ قله به دره و جذر میانگین مربعات ولتاژ به صورت تجربی بررسی شده است. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که حداکثر انرژی در مقادیر بالاتر دمای مازاد، ارتفاع مایع، دور سیم پیچ و قطر قاب با شکل قاب کروی برداشت می‌شود. بیشترین مقادیر اندازه‌گیری شده به ترتیب 532 میلی ولت و95/65 میلی ولت برای <em>Vpp</em> و <em>Vrms</em> بود. در بخش دوم این تحقیق از روش عددی برای شبیه‌سازی و تحلیل سیستم پیشنهادی استفاده شده است. تأثیر پارامترهای مختلف بر ویژگی‌های سطح مشترک بررسی شده است. نتایج نشان داد که روند تغییرات پارامترهای سطح مشترک (شامل فشار و ارتفاع آن) با داده‌های تجربی همخوانی دارد. بنابراین می‌توان از این روش برای طراحی و پیش‌بینی عملکرد دستگاه برداشت انرژی استفاده نمود. https://mej.aut.ac.ir/article_4856_06f7c042b76e4b04f698c75b7b2777ea.pdf