دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 5 2023 07 23 Determination of convective heat transfer coefficient in human femur bone drilling in the presence of normal saline and evaluation of effective parameters تعیین ضریب انتقال‌ حرارت همرفتی در سوراخکاری استخوان فمور انسان در حضور نرمال‌سالین و بررسی پارامترهای موثر درآن 557 576 5146 10.22060/mej.2023.20586.7273 FA شیرزاد صدری دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران جلال قاسمی دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران Journal Article 2021 09 30 This research has analyzed the drilling process in the human femur bone to determine the heat transfer coefficient and occurrence or non-occurrence of thermal necrosis. 3D drilling simulation has carried out naturally with air and force convection with normal-saline and the analysis was performed for three feed rates of 50, 100, and 150 millimeters per minute(mm/min) at speeds of 500, 1000, and 2000 rotation per minute(rpm). The results show that in natural cooling, the highest generated heat is equal to 4 Joule at 50mm/min and 500rpm while the lowest value of generated heat is 1.65 Joule at 150mm/min and 2000rpm. The maximum difference of the average heat transfer coefficient with the experimental results is 12.5%, which represents a good accuracy of the present results. The results also show that the average heat transfer coefficient at 100 and 150mm/min is 55% and 29.1% more, respectively, and it is 5% less at 50mm/min compared to the constant value of 20 w/ m2 k, which is considered in the previous researches. Also, thermal necrosis occurs under all conditions of natural cooling. In forced cooling, the highest average heat transfer coefficient with normal-saline is 150mm/min at a speed of 2000rpm, which is equal to 3650 w/ m2 k, and in all conditions, the bone temperature has not exceeded the temperature limit of thermal necrosis. این تحقیق به تحلیل سوراخکاری در استخوان فمور انسان برای تعیین ضریب انتقال حرارت جابجایی و بررسی بروز نکروز حرارتی پرداخته است. شبیه‌سازی سه‌بعدی سوراخکاری در حالت جابجایی طبیعی با هوا و جابجایی اجباری با نرمال‌سالین برای سه نرخ پیشروی 50، 100 و 150 میلیمتر بر دقیقه در سه سرعت دورانی500، 1000 و 2000 دور بر دقیقه انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که در حالت خنک‌کاری طبیعی، بیشترین حرارت تولیدی 4 ژول در نرخ پیشروی50 میلیمتر بر دقیقه و سرعت دورانی 500 دور بر دقیقه و کمترین مقدار آن 1/65 ژول در نرخ پیشروی 150 میلیمتر بر دقیقه و سرعت دورانی 2000 دور بر دقیقه است. حداکثر اختلاف ضریب انتقال حرارت جابجایی میانگین در مقایسه با نتایج تجربی %12/5 است که نشان از دقت خوب نتایج حاضر دارد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که ضریب انتقال حرارت جابجایی میانگین در نرخ‌های پیشروی 100 و 150 میلیمتر بر دقیقه به ترتیب ٪55 و ٪29/1 بیشتر و در 50 میلیمتر بر دقیقه ٪5 کمتر از مقدار 20 وات بر مترمربع کلوین است که در تحقیقات قبلی ثابت در نظر گرفته شده است. همچنین در تمامی شرایط خنک‌کاری طبیعی نکروز حرارتی بروز می‌دهد. در خنک‌کاری اجباری بیشترین ضریب انتقال حرارت میانگین در نرخ پیشروی 150 میلیمتر بر دقیقه در سرعت دورانی2000 دور بر دقیقه برابر با 3650 وات بر مترمربع کلوین بدست آمده و در تمامی شرایط این حالت دمای استخوان از دمایی که باعث نکروز حرارتی ‌شود، کمتر است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5146_717729ce391c20ef3e722c3e6ef79a58.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 5 2023 07 23 Experimental investigation and performance comparison of two types of microchannel and Fin-tube condensers with R407c refrigerant in compression refrigeration cycle بررسی تجربی و مقایسه عملکرد دو نوع کندانسور میکروکانال و پره-لوله با مبرد R407c در چرخه تبرید تراکمی 577 594 5147 10.22060/mej.2023.21977.7551 FA مهدی هاشم آبادی دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی هوافضا، تهران، ایران رامین حاجیان پژوهشگاه نیرو، گروه پژوهشی سیکل و مبدل‌های حرارتی، تهران، ایران 0000-0003-0040-0664 جاماسب پیرکندی دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی هوافضا، تهران، ایران شبنم منصوری پژوهشگاه نیرو، گروه پژوهشی سیکل و مبدل‌های حرارتی، تهران، ایران سید علی صدرواقفی دانشکده مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یادگار امام خمینی (ره)، تهران، ایران Journal Article 2022 11 30 The present research deals with the experimental investigation and comparison of microchannel and fin-tube condensers in a refrigeration cycle. This research investigates the effect of the type of condenser on the efficiency of the duct-split with a cooling capacity of 2.5 tons of refrigeration using experimental tests. For this purpose, two microchannel and fin-tube condensers have been used in a refrigeration cycle that has R407c refrigerant. Except for the condenser, the rest of the components of the refrigeration cycle, such as the fan, compressor, expansion valve, and evaporator are the same in both refrigeration cycles. The effect of the type of condenser on the performance coefficient of the refrigeration cycle has been evaluated at three different speeds of the condenser fan. Also, compressor power, evaporator cooling power, condenser thermal power, and temperature-entropy diagram (T-s) were extracted. Six different experiments have been conducted, and each experiment has been repeated three times to ensure the results. The results show that the use of the microchannel condenser in the same conditions and with 700 g less refrigerant charge in the entire refrigeration cycle, increases the performance factor by about 4% compared to the system that has fin-tube condenser. تحقیق حاضر به بررسی تجربی و مقایسه کندانسور میکروکانال و پره- لوله در یک چرخه تبرید می‌پردازد. هدف این پژوهش این است که براساس آزمایش‌های تجربی، اثر نوع کندانسور، بر ضریب علمکرد دستگاه داکت اسپلیت با ظرفیت سرمایشی 2/5 تن تبرید مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور از دو کندانسور میکروکانال و پره-لوله در یک چرخه تبرید استفاده شده است که دارای مبرد R407c است. به‌غیر از کندانسور، مابقی مؤلفه‌های چرخه تبرید از قبیل فن، کمپرسور، شیر انبساط، اواپراتور و ... در هر دو چرخه تبرید یکسان در نظر گرفته شده است. برای بررسی ضریب عملکرد، توان کمپرسور، توان برودتی اواپراتور، توان گرمایی کندانسور، نمودار دما-آنتروپی و همچنین تاثیر نوع کندانسور بر ضریب عملکرد سیکل تبرید در سه سرعت مختلف هوای عبوری از کندانسور مورد ارزیابی قرار گرفته است. تغییر سرعت هوای عبوری از کندانسور با تغییر سرعت فن کندانسور حاصل می‌شود. برای این منظور شش آزمایش مختلف انجام شده است که برای اطمینان از نتایج، هر آزمایش سه بار تکرار شده است. نتایج نشان می‌دهد استفاده از کندانسور میکروکانال‌ها در شرایط یکسان و با 700 گرم شارژ مبرد کمتر در کلِ چرخه تبرید، حدود 4‌% ضریب عملکرد را نسبت به سیستمی که کندانسور پره-لوله دارد، افزایش می‌دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5147_8f1fa0193ca2b5d2fa0695827d8270e9.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 5 2023 07 23 Heat Transfer of Nanofluids in Converging and Diverging Microchannels by Mixture Model بررسی عددی انتقال حرارت نانوسیال در میکروکانال‌های همگرا و واگرا به روش دوفازی ترکیبی 595 616 5184 10.22060/mej.2023.17993.7562 FA فرهاد رضوان نژاد گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران جواد رستمی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران 0000-0002-0568-8428 Journal Article 2023 01 02 Today, the use of nanofluids in microchannels is widely used for cooling microelectronic components. In this study, the flow and heat transfer of nanofluid in a converging and diverging microchannel has been investigated. The governing equations are solved by the finite element method and two-phase mixture model in COMSOL Multiphysics software. The results of this simulation were obtained for Reynolds numbers (100-700) and different concentrations of nanoparticles (0-0.02) for diverging and converging microchannels with different slopes (0-0.05). Also, the effect of two different nanofluids water-copper and ethylene-glycol-copper has been considered. The nanoparticles diameter is 50 nm. The results show that for water-copper nanofluid with a volume fraction of 1% in a converging microchannel with a slope of 3% and Reynolds 100, it increases by about 1.6 times for a converging microchannel and 1.1 times for a diverging microchannel compared to a flat microchannel. In this case, the performance coefficient for convergent and divergent microchannel is 1.37 and 1.74, respectively. In the same conditions, for ethylene glycol-copper nanofluid, the Nusselt number for converging microchannel becomes 1.22 times compared to flat microchannel and 1.13 times for divergent microchannel. امروزه استفاده از نانوسیالات در میکروکانال‌ها برای خنک‌کاری قطعات میکروالکترونیکی کاربرد زیادی دارد. در این مطالعه، جریان و انتقال حرارت نانوسیال در یک میکروکانال همگرا و واگرا بررسی شده‌است. معادلات حاکم به روش المان محدود و مدل مخلوط دوفازی در نرم‌‌افزار کامسول مولتی فیزیکس حل شده‌اند. نتایج این شبیه‌سازی برای اعداد رینولدز (100-700) و غلظت‌های مختلف نانوذرات (02-0/0) برای دو میکروکانال واگرا و همگرا با شیب‌های مختلف (0 تا 0/05) به‌دست آمده‌است. همچنین، اثر دو نانوسیال مختلف آب-مس و اتیلن‌‌گلیکول-مس در شبیه‌سازی‌ها در نظر گرفته شده‌است. قطر نانوذرات برابر با 50 نانومتر و عرض متوسط میکروکانال‌ها 50 میکرون است. نتایج شامل عدد ناسلت و ضریب عملکرد برای حالات مختلف به‌دست آمده است. برای نانوسیال آب - مس با کسر حجمی 1 درصد در میکروکانال همگرا با شیب 3 درصد و رینولدز 100 نسبت به میکروکانال تخت برای میکروکانال همگرا حدود 1/6 برابر و برای میکروکانال واگرا 1/1 برابر افزایش می‌یابد. در این حالت ضریب عملکرد برای میکروکانال همگرا و واگرا به ترتیب 1/37 و 1/74 است. در همین شرایط برای نانوسیال اتیلن گلیکول - مس عدد ناسلت برای میکروکانال همگرا نسبت به میکروکانال تخت 1/22 برابر و برای واگرا 1/13 برابر می‌شود. در این حالت نیز ضریب عملکرد برای میکروکانال همگرا و واگرا به ترتیب 1/17 و 1/4 است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5184_1d98edfd003bcd59e957739802965f19.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 5 2023 07 23 Experimental investigation on the geometrical characterization of the cone-jet mode of electrospray of ethanol-water mixtures with different concentrations by high-speed imaging مطالعه تجربی بر روی الکترواسپری مخلوط اتانول-آب با غلظت‌های مختلف با تصویربرداری پرسرعت 617 642 5192 10.22060/mej.2023.21382.7440 FA مهدی باقریان دهقی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران 0000-0003-4716-6721 مهرزاد شمس دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران پژمان نادری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران 0000-0001-7824-4409 Journal Article 2022 05 10 Due to the vast and diverse applications of electrospray in various aspects of human life, this subject has always been of interest to researchers. This article discusses the experimental investigation of the electrospray process for the ethanol-water mixture with three different concentrations of 70%, 96%, and 99.9%. In this article, different electrospray modes for 70% ethanol, based on high-speed images, are defined and explained. For three concentrations of 70%, 96%, and 99.9% of the ethanol-water mixture, the Taylor cone angle and the jet diameter at the onset and end of the stable electrospray region have been calculated. For this purpose, high-speed imaging and processing of the resulting images have been utilized. The cone angle and the diameter of the jet exiting from the cone for the three fluids have been calculated for all onset and end points of the stable electrospray region for flow rates ranging from 0.1 to 1 mL/h. The average jet diameter for all points of the stable region for 70%, 96%, and 99.9% ethanol fluids is equal to 34.43, 33.78, and 31.70 microns, respectively. Additionally, the average cone angle for all points of the stable region is 87.26°, 85.80°, and 84.13° for ethanol fluids, 70%, 96%, and 99.9%, respectively. Therefore, the highest cone angle and jet diameter values correspond to 70% ethanol, and the lowest values correspond to 99.9% ethanol. با توجه به کاربردهای گسترده و گوناگون الکترواسپری در جنبه‌های مختلف زندگی انسان‌ها، این موضوع همواره مورد توجه محققان بوده است. در این مقاله، به بررسی تجربی فرآیند الکترواسپری برای مخلوط اتانول-آب با سه غلظت مختلف %70، %96 و %9/99 پرداخته شده است. در این مقاله، ابتدا مودهای مختلف الکترواسپری برای اتانول %70، براساس تصاویر پرسرعت گرفته شده؛ تعریف و توضیح داده شده‌اند. در قسمت دوم مقاله، به محاسبه دقیق زاویه مخروط و قطر جت مخروط تیلور برای ابتدا و انتهای ناحیه پایدار الکترواسپری مخلوط اتانول-آب برای سه غلظت %70، %96 و %9/99، پرداخته شده است. برای این منظور، از تصویربرداری پرسرعت و پردازش تصاویر حاصل از آن استفاده شده است. درنهایت، زاویه مخروط و قطر جت خروجی از مخروط برای این سه سیال برای تمامی نقاط شروع و پایان ناحیه پایدار الکترواسپری در دبی‌های 1/0 تا 1 میلی‌لیتر بر ساعت محاسبه شده است. میانگین قطر جت برای تمامی نقاط ناحیه پایدار برای سیالات اتانول %70، %96 و %9/99، به ترتیب برابر 34/43، 33/78 و 31/70 میکرون می‌باشد. علاوه بر این، میانگین زاویه مخروط برای تمام نقاط ناحیه پایدار نیز برای سیالات اتانول %70، %96 و %9/99، به ترتیب برابر° 87/26،° 85/80 و° 84/13 می‌باشد. بنابراین، بیش‌ترین مقادیر زاویه مخروط و قطر جت مربوط به اتانول %70 و کم‌ترین آن مربوط به اتانول %9/99 می‌باشند.

https://mej.aut.ac.ir/article_5192_9d03333181fb0f6bd495e8b157259880.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 5 2023 07 23 TI Magnetophoretic Capacitors for Storing Particles and Cells in a Tri-Axial Magnetic Field خازن‌های مدارهای جنبش مغناطیسی مبتنی بر طرح TI به منظور ذخیره‌سازی ذرات و سلول‌ها در یک میدان مغناطیسی سه‌بعدی 643 658 5135 10.22060/mej.2023.21335.7430 FA روزبه عابدینی نسب گروه هوافضا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران 0000-0002-0729-7770 سجاد بهرامی گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه نیشابور، نیشابور، ایران Journal Article 2022 04 24 One of the main goals in the field of lab-on-a-chip is the manipulation of microparticles and cells on microfluidic chips. Methods based on magnetic forces, with remote controllability over particle movement, are considered one of the most appealing techniques toward this goal. Recently, inspired by electronic circuits and to transport particles in a controlled fashion in a tri-axial magnetic field, magnetophoretic circuits based on TI-shaped magnetic thin films are introduced. However, to date, capacitors are not used in order to store transported particles in these circuits. Here, TI magnetophoretic capacitors are introduced and characterized. The capability of the capacitor for storing particles of different sizes at various rotating magnetic field frequencies is studied. Towards this goal, finite element methods are used to simulate the magnetic potential energy distribution created by the magnetic thin films. Also, the trajectory of the magnetic particles, considering the drag forces, based on semi-analytical analysis and statistical methods, is investigated. The simulation results are validated experimentally. At the operating frequency of 0.1 Hz loading efficiency of 98% was achieved. Adding this circuit element to the magnetophoretic circuits results in a complete chip, with important applications in lab-on-a-chip systems, single-cell biology, and drug screening. یکی از اهداف مهم در حوزه آزمایشگاه بر روی تراشه، انتقال ریزذرات میکرومتری و سلول‌ها بر روی تراشه‌های ریزسیالی است. استفاده از نیروهای مغناطیسی با امکان کنترل از راه دور حرکت ذرات، از مناسب‌ترین روشها در این زمینه است. به تازگی، با الهام از مدارهای الکترونیکی و به منظور انتقال کنترل شده ذرات بر روی تراشه در یک میدان مغناطیسی سه‌بعدی، مدارهای جنبش مغناطیسی معرفی شده‌اند که مبتنی بر فیلم نازک مغناطیسی با طرح TI هستند. اما تا به امروز در این مدارها از خازن به منظور ذخیره‌سازی ذرات منتقل شده استفاده نشده است. در این پژوهش، خازن‌های مدارهای جنبش مغناطیسی مبتنی بر طرح TI پیشنهاد شده و مشخصه‌یابی می‌شود. عملکرد خازن معرفی شده برای ذخیره‌سازی ذرات با قطرهای مختلف در میدان‌های مغناطیسی دوار با فرکانس‌های مختلف بررسی می‌شود. در این راستا، از روش‌های اجزاء محدود برای شبیه‌سازی توزیع انرژی پتانسیل مغناطیسی حاصل از فیلم نازک مغناطیسی استفاده می‌شود. همچنین، حرکت ذرات در محیط سیال، با در نظر گرفتن نیروی پسا با روش شبه تحلیلی و تحلیل تصادفی مطالعه شده و اعتبار نتایج با آزمایش‌های تجربی تایید می‌گردد. در فرکانس کاری0/1 هرتز راندمان ذخیره‌سازی ذره معادل 98 درصد به‌دست آمد. با قرار گرفتن این عنصر مداری در مدارهای جنبش مغناطیسی، تراشه مورد نظر تکمیل شده و کاربردهای مهمی در سیستمهای آزمایشگاه بر روی تراشه، زیست شناسی تک سلولی، و غربال‌گری دارویی خواهد داشت.

https://mej.aut.ac.ir/article_5135_3ec27c2cff04bc5fd2586ca36c62044e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 5 2023 07 23 Kinetic modeling of CO2 capture in calcium looping process in the presence of sulfur dioxide based on random pore and fractal-like models مدل‌سازی سینتیکی جذب دی‌‌اکسید کربن در فرایند چرخه‌کلسیم در حضور گاز دی‌اکسید سولفور بر پایه مدل‌های حفرات تصادفی و شبه‌فراکتال 659 674 5183 10.22060/mej.2023.21917.7541 FA حمیدرضا رمضان بهتاش دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران مریم طهماسب‌پور دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران محمدرضا تیزفهم دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران Journal Article 2022 11 06 Carbon dioxide is the primary greenhouse gas and its capturing by the calcium looping process is considered as one of the most promising technologies to reduce the negative effects on climate change. Since the calcium looping process is carried out at temperature higher than 700oC, it is not always possible to perform experimental investigations of the reactions taking place in industrial scales at real conditions. Therefore, in this research, two kinetic models including random pore and fractal-like models were used for the modeling of carbonation and sulfation reactions. The results showed that due to the importance of the diffusion stage in the product layer, the difference between the experimental data and the ones predicted by the random pore model increased by passing time, and this difference was more increased under higher concentrations of sulfur dioxide. On the contrary, the fractal-like model with considering variable diffusion coefficients during the reaction time, presented a better accuracy. The fractal-like model was used to predict the carbonation and sulfation reactions conversions at cycles 5, 15, and 30, showing 60, 37, and 27% carbonation conversion, and 1.6, 1.3, and 1.1% sulfation conversion, respectively. In addition, the conversions were decreased during the consecutive cycles due to the decrease of capture capacity and specific surface area of the adsorbent. دی‌اکسید‌کربن از مهم‌ترین گازهای گلخانه‌ای بوده و جذب آن در فرایند چرخه‌کلسیم، از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌ها برای کاهش اثرات منفی آن بر روی تغییرات اقلیمی می‌باشد. باتوجه‌به این که این فرایند در دماهایی بالاتر از oC ۷۰۰ انجام می‌‌گیرد، امکان مطالعه بر روی سینتیک واکنش‌های صورت‌گرفته در آن در مقیاس‌های صنعتی و در شرایط واقعی مهیا نمی‌باشد، از همین رو در این تحقیق، از دو مدل سینتیکی حفرات تصادفی و شبه‌فراکتال جهت مدل‌سازی داده‌های آزمایشگاهی واکنش کربناسیون و سولفاته‌شدن استفاده شد. نتایج نشان داد که به دلیل اهمیت مرحله نفوذ در لایه محصول، اختلاف بین داده‌های تجربی و نتایج حاصل از مدل حفرات تصادفی با گذشت زمان، افزایش پیدا کرده و در غلظت‌های بالای گاز دی‌اکسیدسولفور ورودی، این اختلاف بیشتر نیز شد. در مقابل، مدل شبه‌فراکتال با متغیر در نظر گرفتن ثابت نفوذ در طول زمان واکنش، نتایج به‌دست آمده را با دقت بهتری ارائه داد. از مدل شبه‌فراکتال جهت پیش‌بینی درصد تبدیل کربناسیون و سولفاته‌شدن در چرخه‌های ۵، ۱۵ و ۳۰ استفاده‌ شد که درصدهای تبدیل برای کربناسیون به‌ترتیب 60، 37 و 27 درصد و برای سولفاته‌شدن به‌ترتیب 3/1، 1/6 و 1/1 درصد بدست آمد. به‌علاوه، به دلیل کاهش ظرفیت جذب جاذب، درصد تبدیل در طول چرخه‌های متوالی کاهش یافته‌است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5183_75f266633433d20abf6c1a13d97e7491.pdf