دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 2 2024 04 20 Developing a Coupled Free-Surface Flow Solver using Interface Tracking Algorithm in foam-extend توسعه یک حلگر هم‌گیر جریان جهت حل جریان سطح آزاد با الگوریتم تعقیب سطح فاصل در بستر فوم‌اکستند 149 184 5458 10.22060/mej.2024.22507.7635 FA بهنام چراغی دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان‌رشته‌ای، دانشگاه تهران، تهران، ایران 0000-0003-4546-5349 شیدوش وکیلی‌پور دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان‌رشته‌ای، دانشگاه تهران، تهران، ایران 0000-0002-6722-4258 Journal Article 2023 06 24 In the present study, the implementation of a coupled implicit solver is presented for solving the free-surface flows. The implementation of the coupled pressure and velocity along with the default interface tracking algorithm has led to the creation of a solver equivalent to the basic foam-extend solver, which is called interTrackFoam. All of the features of the foam-extend platform can still be used i.e. mesh motion and parallel processing. Also, the libraries related to the block matrices available in foam-extend are used in the developed solver. The block matrix system is utilized as the basis of the coupled solver. The single-step solution of pressure and velocity is known as one of the main differences with the default solver. The ability of the developed solver to solve various test cases including a three-dimensional tank, solving the free-surface flow around an airfoil, and the flow passing over the ramp is demonstrated. The simultaneous solution capability has provided the possibility of reducing the number of iterations or considering a relatively higher time step related to solving the flow field. This aforementioned solver is the first step towards the velocity, pressure, temperature, and species-coupled solver with heat and mass transfer capability. در مقاله حاضر، پیاده‌سازی یک حلگر هم‌گیر همزمان و ضمنی فشار و سرعت جهت حل جریان‌های سطحِ آزاد در بستر فوم‌اکستند ارائه شده است. پیاده‌سازی حلگر هم‌گیر فشار و سرعت درکنار الگوریتم تعقیب سطحِ پیش‌فرض موجود در فوم‌اکستند، منجر به ایجاد حلگری معادل با حلگر پیش‌فرض در فوم‌اکستند با نام اینترترک فوم، شده است. الگوریتم حاضر تماماً به کمک ساختارها، کلاس‌ها و توابع موجود در بستر فوم‌اکستند اعمال شده و تمامی قابلیت‌های این بستر کماکان قابل استفاده می‌باشد. همچنین در این حلگر از کتابخانه‌های مربوط به ماتریس‌های بلوکی موجود به همراه قابلیت حل موازی استفاده شده است. سیستم دستگاه ماتریسی بلوکی، به عنوان پایه‌ی حلگر هم‌گیر مورد استفاده قرار گرفته است. کاهش تعداد حلقه‌های داخلی و همینطور حل یک مرحله‌ای فشار و سرعت به عنوان یکی از اصلی‌ترین تفاوت‌های ذاتی با حلگر پیش‌فرض است. با ساختار استفاده‌شده برای حلگر هم‌گیر ، امکان هم‌گیر کردن دیگر متغیرها درکنار سرعت و فشار نیز ایجاد شده است. در واقع، این حلگر اولین گام به سوی حلگر هم‌گیر سرعت، فشار، دما و اجزا با قابلیت انتقال حرارت و جرم است. توانایی حلگر توسعه داده‌شده در حل نمونه‌های آزمایش مختلفی شامل مخزن سه‌بعدی، حل جریان سطحِ آزاد حولِ ایرفویل، جریان در عبور از سطح شیب‌دار، نشان داده شده است. با توجه به قابلیت حل همزمان فشار و سرعت در حلگر حاضر، انتظار است که کاربرد این حلگر در فیزیک و هندسه‌های پیچیده با درجه هم‌گیری بالا، چشمگیر باشد. قابلیت حل همزمان، امکان کاهش تعداد تکرار یا در نظر گرفتن گام زمانی نسبتاً بالاتر مربوط به حل جریان را فراهم آورده‌است. نتایج نشان می‌دهد که برای حل جریان بدون انتقال حرارت و جرم، حلگر پیش‌فرض علارغم تعداد تکرار بیشتر برای حل معادله فشار، حداقل به مقدار چهار برابر، سرعت حل بالاتری ازخود نشان داده‌است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5458_28a543c2a9eee8c0d6fbfaff7ca7e224.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 2 2024 04 20 Effect of Various arrangements of piezoelectric beam on Energy Harvesting of Vortex Induced Vibration of Circular Cylinder بررسی اثر چیدمان‌های متفاوت تیر پیزوالکتریک در برداشت انرژی از ارتعاشات گردابه‌ای حول سیلندر دایره‌ای 185 212 5456 10.22060/mej.2024.22869.7687 FA شیوا شریفی گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران علی اسماعیلی گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران 0000-0002-4463-6823 Journal Article 2023 12 17 In this study, in order to harvest energy from the vortex-induced vibration of fluid flow, piezoelectric beams mounted behind a circular cylinder are considered, and the effect of various arrangements of the beams is studied. To reach this goal, a three-way coupling model in the turbulent, unsteady, and viscous flow regime is numerically investigated. The simulations are investigated for different values of electrical resistance and its effect on vibration amplitude, frequency ratio, voltage, and power output are compared. It has been shown that the maximum oscillation amplitude and frequency ratio occurs by a resistance value of 1000 Ω and its value decreases with the increase of resistance. Furthermore, by growing the load resistance, the generated voltage goes up significantly and the maximum voltage is obtained in the load resistance as 100 MΩ, Contrastingly, maximum power is obtained at low values of the load resistance. Finally, it is found that in the parallel arrangement of beams, due to less damping ratio due to stronger interaction between beams and shear layers, larger vibration amplitude, and much more electrical output occurs. در این تحقیق به منظور برداشت انرژی از پدیده ارتعاشات ناشی از گردابه جریان سیال، از مدل سیلندر و تیر پیزوالکتریک استفاده شده است. با توجه به اینکه چیدمان‌های مختلف تیر پیزوالکتریک می‌تواند در میزان انرژی استحصال شده تأثیرگذار باشد در این مطالعه سه مدل چیدمان نصب تیر یکسرگیردار پیزوالکتریک در گردابه‌های پشت سیلندر دایره‌ای بررسی شده است. بدین منظور یک مدل کوپل سه طرفه سیال- جامد-پیزوالکتریک به صورت عددی در رژیم جریان سیال آشفته، لزج و ناپایا تعریف شده است. در چیدمان اول، یک تیر، در چیدمان دوم، سه تیر با آرایش موازی و در چیدمان سوم، سه تیر با آرایش مثلثی در گردابه‌های موجود در پشت سیلندر دایره‌ای قرار می‌گیرند و شبیه‌سازی‌ها به ازای مقادیر مختلف مقاومت الکتریکی و تأثیر آن بر دامنه ارتعاشات، نسبت فرکانس، ولتاژ و توان خروجی بررسی می‌شود. در گام اول مقدار فرکانس ریزش گردابه‌های جریان سیال در هر یک از چیدمان‌ها اندازه‌گیری شده است. در گام دوم نشان داده شده است که بیشترین دامنه نوسان و نسبت فرکانس در مقدار مقاومت 1000 اهم می‌باشد و با افزایش مقاومت، مقدار آن کم می‌شود. در گام سوم نشان داده شده است که با افزایش مقاومت، ولتاژ تولیدی به طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد و حداکثر ولتاژ در مقدار مقاومت ۱00 مگااهم حاصل می‌شود و در مقابل حداکثر توان در مقادیر کم مقاومت الکتریکی به‌دست می‌آید. در نهایت مشخص می‌شود که در آرایش موازی تیرها به دلیل میرایی کمتر ناشی از برهمکنش قوی‌تر بین تیرها و لایه‌های برشی، دامنه ارتعاشی بزرگ‌تر و خروجی الکتریکی بسیار بیشتری رخ می‌دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5456_a89b71bb5227c75d463dd82a03115738.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 2 2024 04 20 Numerical study of bubble growth and collapse dynamics, near the rigid wall مطالعه عددی دینامیک رشد و فروپاشی حباب در نزدیکی دیواره صلب 213 240 5462 10.22060/mej.2024.23052.7715 FA محمدرضا نجفی گماسایی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران سجاد خدادادی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران رضا مداحیان دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران Journal Article 2024 03 18 In this study, the dynamics of bubble growth and collapse near a rigid wall is investigated using the modified volume of fluid method and the improved compressible interfoam solver in the OpenFoam open-source code. The research results indicate that the dimensionless gamma number has the most significant impact on the growth and collapse of the bubble near the wall. This study examined two gamma numbers 0.8 and 1.3. It was found that with a 60% increase in the gamma number, the maximum shear stress on the wall decreased by 37%, while the maximum absolute temperature inside the bubble increased by 12%. Additionally, as the gamma number increases, the area affected by the jet impact due to the bubble collapse increases. Within the scope of the present research, the initial pressure parameter of the bubble has the most significant impact on the maximum temperature inside the bubble. In the range of considered initial pressures, a 50% increase in the initial pressure results in a 6% decrease in the maximum temperature of the bubble. However, the values of other studied parameters, such as shear stress, change by less than one percent. با توجه به نقش مهم پدیده شکست حباب و انرژی آزادشده از آن در زمینه‌‌های مختلف پزشکی و مهندسی، در این پژوهش به بررسی دینامیک رشد و فروپاشی حباب در نزدیکی دیواره صلب پرداخته‌شده است. به‌‌منظور محاسبه تغییرات فشار، دما و چگالی از روش حجم سیال اصلاح‌شده در کد متن‌باز اپن فوم استفاده‌شده است. بدین منظور، حلگر اینترفوم تراکم‌پذیر بهبود‌ داده‌‌شده و نتایج حاصل از شبیه‌سازی با استفاده از مسئله حباب پایدار و مسئله جفت حباب صحت‌سنجی شده است. نتایج نشان می‌دهد عدد بی‌‌بعد گاما بیشترین تأثیر را در رشد و فروپاشی حباب در نزدیکی دیواره دارد. در بازه‌ موردمطالعه عدد بی‌بعد گاما، با افزایش 60 درصدی آن، بیشینه تنش برشی روی دیواره 37 درصد کاهش و مقدار بیشینه دما مطلق داخل حباب 12 درصد افزایش می‌یابد. همچنین، با افزایش عدد بی‌بعد گاما، منطقه تأثیریافته از برخورد جت ناشی از شکست حباب بیشتر می‌شود. به‌علاوه، پارامتر فشار اولیه حباب، بیشترین تأثیر را روی بیشینه دما داخل حباب دارد. در بازه فشار اولیه داخل حباب در نظر گرفته‌شده در پژوهش حاضر، با افزایش 50 درصدی فشار اولیه حباب، بیشینه دما حباب 6 درصد کاهش می‌یابد؛ اما مقادیر دیگر پارامتر‌های موردمطالعه ازجمله تنش برشی کمتر از یک درصد دستخوش تغییرات خواهد شد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5462_d63c4a5e9b600279c3da776f6113a400.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 2 2024 04 20 Analysis and Optimization of Mechanical Properties of Biocomposites Reinforced with Kenaf Fibers/Graphene in the Presence of Compatibilizers تحلیل و بهینه‌سازی خواص مکانیکی بایوکامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف کناف و نانو ذرات گرافن در حضور سازگارکننده 241 272 5468 10.22060/mej.2024.22798.7679 FA حسین تقی‌پور گروه مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه ولایت ایرانشهر، ایرانشهر، ایران 0000-0002-6019-7461 جابر میرزایی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران 0000-0002-5495-2897 Journal Article 2023 11 12 This article examines the mechanical properties of bio-composites reinforced with kenaf fibers and nano-graphene within a polypropylene matrix by adding a compatibilizer. The response surface methodology with the Box-Behnken approach was used to investigate and present a mathematical model for the behavior of the bio-composite considering the parameters of fiber weight percentage, nano-graphene weight percentage, and compatibilizer weight percentage. The behavior of the samples was analyzed under tensile, bending, and impact tests, and the results were justified using FE-SEM. The fracture surface of the samples indicated that the main mechanism for improving the introduced bio-composite behavior is fiber fracture and fiber pull-out. Multi-objective optimization was carried out using two meta-heuristic methods and the desirability function. The optimization aimed to increase the flexural, impact, and tensile strength while simultaneously reducing the weight of the samples, with the weight percentages of the fibers, nanoparticles, and compatibilizer defined as the problem variables. The results showed that the bio-composite sample with the optimal design parameters has three mechanical properties, including tensile strength, impact strength, and flexural strength, equal to 28.5MPa, 92.29J/m, and 50MPa, respectively. Finally, the optimal state showed that the weight of the bio-composite sample could be reduced by up to 32%. در این مقاله به بررسی خواص مکانیکی در بایوکامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف طبیعی کناف/ نانوگرافن در زمینه پلی پروپیلن با اضافه کردن سازگار کننده پرداخته شده است. از روش آماری سطح پاسخ با رویکرد باکس-بهنکن جهت بررسی و ارائه مدل ریاضی برای رفتار بایوکامپوزیت با توجه به پارامترهای درصد وزنی الیاف کناف، درصد وزنی نانوگرافن و درصد وزنی سازگارکننده استفاده شده است. رفتار نمونه‌ها تحت آزمون‌های کشش، خمش و ضربه تحلیل گردید و نتایج با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی توجیه شد. سطح شکست نمونه‌ها نشان داد مکانیزم اصلی در بهبود رفتار بایوکامپوزیت معرفی شده، شکست الیاف و جدایش به همراه بیرون کشیدگی الیاف از ماده زمینه است. فرایند بهینه‌سازی چند هدفه با دو روش فراابتکاری و تابع مطلوبیت انجام گردید. بهینه‌سازی، با هدف افزایش استحکام خمشی، ضربه و کشش، و همزمان کاهش وزن نمونه‌ها انجام گردید و درصد وزنی الیاف، نانو ذرات و سازگارکننده به عنوان متغییرهای مسئله تعریف گردیدند. نتایج نشان داد نمونه بایوکامپوزیت با درصد‌های بهینه پارامترهای طراحی، در سه خاصیت مکانیکی شامل، استحکام کششی، ضربه و خمشی به ترتیب برابر 28/5 مگاپاسکال، 92/29 ژول بر متر و 50 مگاپاسکال است. در پایان حالت بهینه نشان داد، وزن نمونه بایوکامپوزیت را می‌توان تا 32 درصد کاهش داد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5468_92dfa194391a59dc65b88b704599dbd6.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 2 2024 04 20 Design, build and control the rehabilitation robot to move fingers طراحی ، ساخت و کنترل ربات توان‌بخشی برای حرکت انگشتان دست 273 294 5470 10.22060/mej.2024.22947.7700 FA نیلوفر آزادی سهی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران،ایران مجید ساده دل دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران،ایران 0000-0002-0285-8460 مجید محمدی مقدم دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران،ایران Journal Article 2024 02 05 This research presents the design and development of a prototype fabric-based wearable soft exoskeleton. The soft glove assists the flexion and extension motion of the user’s hand with adjustable speed. The cable method is used to help bending fingers and for extending the fingers, spring blades have been used, the cables are gathered with the help of the gearbox engine and the fingers return to their normal state by reversing the direction of the engine and the force of the springs. With bandwidth modulation circuits and programming in the microcontroller, the movement and speed of the built robot are controlled. In order to determine the appropriate placement of components, including spring blades and cables, robot simulation was performed in SolidWorks software, and with the help of experimental tests, suitable spring blades were selected in terms of strength and force. The resulted soft glove is attached on the human healthy hand for assisting the finger flexion and extension. Based on the test result, the proposed system obtained the highest average for the duration of learning to work with it, which indicates user-friendliness. the parameter related to the feeling of comfort of the fingers in the glove has the lowest average due to the dense structure of the glove. سکته مغزی امروزه یکی از عوامل شایع ناتوانی دست است که برای بازیابی عملکرد آن از اسکلت‌های بیرونی رباتیک استفاده می‌شود. در این پژوهش، طراحی و ساخت نمونه اولیه ربات پوشیدنی مبتنی بر پارچه ارائه شده‌است که قابلیت حرکت همزمان انگشتان دست و تنظیم سرعت را دارد و از روش کابلی برای کمک به حرکت خم‌شدن و برای کشش و بازشدن انگشتان از تیغه‌های فنری استفاده‌ شده‌است که کابل‌ها به کمک نیروی موتور گیربکس جمع‌شده و با معکوس‌شدن جهت حرکت موتور و نیروی فنرها انگشتان به حالت طبیعی برمی‌گردند. بنابراین، برای تعیین محل مناسب قرارگیری اجزا از جمله تیغه‌های فنری و کابل‌ها شبیه‌‌سازی ربات در نرم‌افزار سالیدورکس انجام‌شده و به کمک آزمایش‌های تجربی، تیغه‌های فنری مناسب از نظر داشتن قدرت و نیروی مناسب انتخاب و در ادامه به کمک مدار مدولاسیون پهنای باند و برنامه‌نویسی در میکروکنترلر، حرکت و سرعت ربات‌ ساخته‌شده، کنترل ‌شده‌است. در این پروژه، با تعریف پارامترهای تاثیرگذار در عملکرد یک سیستم و استفاده از نمره‌دهی به سوالات یک پرسشنامه مبتنی بر پارامترهای تاثیرگذار، سیستم ارزشیابی شد. پس از بررسی میانگین نمرات هر یک از پارامترها، مدت زمان یادگیری کار با سیستم، بالاترین میانگین را کسب نمود که بیانگر کاربرپسند‌بودن سیستم و پارامتر مربوط به احساس راحتی انگشتان در دستکش کمترین میانگین را به دلیل ساختار متراکم دستکش به خود اختصاص‌داده‌است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5470_baed9f51d412c2514ee46a0942138ad6.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 2 2024 04 20 Evaluating the energy potential of gas synthesis obtained from the destruction and gasification of hazardous hospital waste with a melting-plasma reactor ارزیابی پتانسیل انرژی گازسنتزی حاصله از امحاء و گازسازی پسماند خطرناک بیمارستانی با راکتور مذاب-پلاسما 295 318 5471 10.22060/mej.2024.23022.7709 FA حسن امیراحمدی گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. 0009-0009-9934-7760 محمد حسن نوبختی گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. غلامرضا صالحی گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. شهروز ساویز مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. 0000-0001-5874-3761 Journal Article 2024 02 28 The gasification process of hospital waste, unlike traditional methods such as sterilization and burying waste and conventional incineration, has the ability to use the resulting synthetic gas to produce power and electricity in addition to satisfying environmental standards. In this article, the biomedical wastes of Farhikhtegan Hospital in Tehran were gasified with a molten plasma gasifier reactor that has a 90 kW torch. Three parameters of equivalence ratio, temperature, and gasification factor are considered to be effective factors in the molten-plasma gasification reactor, by keeping equivalence ratio parameters and gasification factor fixed, the gasification process was carried out at different temperatures for the gasification reactor and the gas synthesis resulting from It was analyzed elementally and the percentage of gases that make up gas synthesis includes; CO, H2, CO2, and CH4 were determined. At the temperature of 1400 ℃, the amount of CO and H2 gases were measured as 37.1‌% and 32‌%, respectively, and at this temperature, the high heat value (HHV) of the gas synthesis mixture was 9.635 MJ/kg. Also, pollutants such as; H2S, NO2, and SO2 were observed in a very small amount in gas synthesis analysis. In the second phase of this research, the thermodynamic equilibrium modeling of the gasification process of this waste was investigated with Aspen Plus software in the temperature range of 1000 to 1800 ℃. All gasification sub-processes including; Drying, pyrolysis, partial combustion, and regeneration were modeled in equilibrium with the modules in the software. The results of this modeling of the gasification process were in very good agreement with the experimental results. And the next part of the gasification model was combined with the heater turbine, to check the amount of available electricity. فرآیند گازسازی ضایعات بیمارستانی، برخلاف روش‌های سنتی مانند سترون‌سازی و دفن کردن پسماند و سوزاندن متداول قابلیت آن را دارد، که علاوه بر آنکه استانداردهای زیست‌محیطی را ارضاء کند، از گاز سنتزی حاصله به‌منظور تولید توان و الکتریسیته بهره برد. در مقاله حاضر، ضایعات زیست پزشکی بیمارستان فرهیختگان تهران با راکتور گازساز مذاب-پلاسما که دارای مشعل 90 کیلووات است، گازسازی شد. سه پارامتر نسبت هم ارزی، دما و عامل گازسازی از عوامل مؤثر بر راکتور گازساز مذاب-پلاسما به‌حساب می‌آیند، با ثابت در نظر گرفتن پارامترهای نسبت‌هم‌ارزی و عامل گازسازی فرآیند گازسازی در دماهای مختلف برای راکتور گازساز انجام شد و گازسنتزی حاصله از آن تحلیل و بررسی عنصری شد و درصد گازهای تشکیل‌دهنده گازسنتزی شامل؛ CO، ، و تعیین گردید. در دمای 1400 درجه‌سانتی‌گراد میزان گازهای CO و به ترتیب به میزان 37/1درصد و 32‌درصد اندازه‌گیری شد، که در این دما، ارزش حرارتی بالا از مخلوط گازسنتزی 9/635 مگاژول برکیلوگرم به دست آمد. همچنین آلاینده‌هایی مانند؛ ، و در حد بسیار کمی در تحلیل و بررسی گازسنتزی مشاهده شد. در فاز دوم این پژوهش، مدل‌سازی تعادلی ترمودینامیکی فرآیند گازسازی این پسماند با نرم‌افزار اسپن‌پلاس در بازه دمایی 1000 تا 1800 درجه‌سانتی‌گراد بررسی شد. تمام زیر فرآیندهای گازسازی شامل؛ خشک‌کردن، پیرولیز، احتراق جزئی و احیاء با ماژول‌های موجود در نرم‌افزار به‌صورت تعادلی مدل ‌شد. نتایج حاصل از این مدل‌سازی فرآیند گازسازی تطابق بسیار خوبی با نتایج تجربی داشت. و قسمت بعدی مدل گازسازی با توربین بخاری ترکیب شد، تا میزان الکتریسیته قابل‌دسترس بررسی گردد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5471_82836ca597a373e6c3cd5ae2d466161e.pdf