دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257720250923Improving the Cooling Performance of a Microchannel Containing Nanofluid Using Interrupted Finsبهبود عملکرد خنک‌کاری یک میکروکانال حاوی نانوسیال با استفاده از پره‌های منقطع817844589410.22060/mej.2025.24840.7903FAالههقناعتیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایرانقنبرعلیشیخ زادهدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران0000-0002-7874-9981Journal Article20251002A numerical simulation of hybrid nanofluid flow in five microchannel heat sink geometries with interrupted fins was carried out, and the results were compared with a simple geometry. The simulations were performed using the finite volume method and the SIMPLE algorithm in ANSYS Fluent for laminar, steady, and incompressible flow at Reynolds numbers ranging from 100 to 600 and nanoparticle volume fractions of 0, 0.01, and 0.02. Various parameters were calculated and analyzed for different cases. The highest pressure drop occurred in the geometry with triangular interrupted fins at a Re=600 for the base fluid, which was 9.3 times higher than that of the simple geometry. The maximum enhancement in the Nusselt number, about 49.4%, was also observed in this geometry. The order of geometries in terms of thermal resistance was as follows: simple geometry, square fins, hexagonal fins, circular fins, rhombic fins, and triangular fins, indicating the role of fins in reducing thermal resistance. After identifying the optimal geometry, the effects of fin arrangement and height were investigated, and the best performance was obtained for triangular fins with a height of 0.06 mm, a nanoparticle volume fraction of 0.02, and a Reynolds number of 600, achieving a performance evaluation criterion of approximately 1.8. These results confirm the importance of geometric design and optimal fin height selection in enhancing the thermo-hydrodynamic performance of microchannels.در این پژوهش، شبیه‌سازی عددی جریان نانوسیال هیبریدی در پنج هندسه چاه حرارتی میکروکانالی با پره‌های منقطع انجام شده و نتایج با هندسه ساده مقایسه شده است. شبیه‌سازی‌ها با روش حجم محدود و الگوریتم سیمپل در نرم‌افزار انسیس فلوئنت برای جریان آرام، دائم و تراکم‌ناپذیر در اعداد رینولدز 100 تا 600 و کسر حجمی 0، 0.01 و 0.02 نانوذرات انجام شده است و افت فشار، عدد ناسلت متوسط، معیار ارزیابی عملکرد، مقاومت حرارتی و دمای دیواره پایینی برای حالت‌های مختلف محاسبه و تحلیل شده‌اند. بیشترین افت فشار در هندسه با پره‌های منقطع مثلثی و در عدد رینولدز 600 برای سیال پایه رخ داده که نسبت به هندسه پایه 9.3 برابر بیشتر شده است و بیشترین بهبود عدد ناسلت حدود 49.4 درصد در همین هندسه ثبت گردیده است. ترتیب هندسه‌ها از نظر مقاومت حرارتی به صورت هندسه پایه، پره مربعی، پره شش‌ضلعی، پره دایروی، پره لوزوی و پره مثلثی است و نشان‌دهنده نقش پره‌ها در کاهش مقاومت حرارتی است. پس از شناسایی هندسه بهینه، تأثیر چیدمان و ارتفاع پره‌ها بررسی شده و بهترین عملکرد برای پره مثلثی با ارتفاع 0.06 میلی‌متر، 0.02 درصد نانوذرات و عدد رینولدز 600 با معیار ارزیابی عملکرد حدود 1.8 به دست آمده است.https://mej.aut.ac.ir/article_5894_8973ba741e7bd6450d8023552f43728e.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257720250923Design and Modeling of a Novel Two-stage Dielectrophoresis-Based Microfluidic Microseparator for Efficient Circulating Tumor Cell Separationطراحی و مدل‌سازی یک ریزجداکننده دی الکتروفورزیس جدید دو طبقه مبتنی بر ریزسیالات برای جداسازی کارآمد سلولهای تومور گردشی845868589910.22060/mej.2025.24650.7892FAرضاحاجی آقائی وفائیدانشکده مهندسی برق، دانشگاه بناب، بناب ، ایرانالنازپوررضادانشکده مهندسی برق، دانشگاه بناب، بناب ، ایرانJournal Article20250831The reliable separation of circulating tumor cells from blood cells is crucial for early cancer analysis and prediction. The aim of this research is the separation of circulating tumor cells and subtypes of white blood cells (Granulocytes and T-lymphocytes) by employing dielectrophoretic force. Dielectrophoresis refers to the movement of a neutral but polarizable particle, such as a cell, virus, or nanoparticle, in a non-uniform electric field. It is a powerful tool in microfluidics and lab-on-a-chip devices for cell sorting, such as separating cancer cells from blood cells or different types of bacteria. In this study, an innovative microfluidic device equipped with planar electrodes operating at a low voltage of 1 V for the main channel and 0.8 V for the second channel is proposed, which functions at a frequency of 100 kHz. The use of low voltage ensures the survival and health of biological cells, which is a key factor in medical applications. Plots of electrical potential, velocity, pressure, and the dielectrophoretic force applied to the three studied cell types were presented through simulations. The efficiency of the proposed microseparator for cancer cells was calculated to be approximately 94%. Subsequently, using the Finite Element Method as a comparative approach, the impact of changing the voltage of the main channel electrodes on the efficient separation of particles was investigated and analyzed.جداسازی قابل اطمینان سلولهای تومور گردشی از سلولهای خونی برای تحلیل و پیش‌بینی زودهنگام سرطان امری حیاتی محسوب می‌شود. هدف از این پژوهش، جداسازی سلولهای تومور گردشی و زیرگونه‌های سلولهای سفید خون (گرانولوسیت‌ها و T-لنفوسیت‌ها) با به‌کارگیری نیروی دی الکتروفورزیس است. دی الکتروفورزیس به حرکت یک ذره خنثی اما قطبش‌پذیر مانند یک سلول، ویروس یا نانوذره در یک میدان الکتریکی ناهمگن اشاره دارد. دی الکتروفورزیس یک ابزار قدرتمند در ریزسیالات و دستگاه‌های آزمایشگاه-روی-یک-تراشه برای مرتب‌سازی سلولی است، مانند جداسازی سلولهای سرطانی از سلولهای خونی یا انواع مختلف باکتری. در این مطالعه، یک دستگاه ریزسیال نوآورانه مجهز به الکترودهای حلقوی با ولتاژ پایین ۱ ولت برای کانال اصلی و 0/8 ولت برای کانال فرعی پیشنهاد شده که در فرکانس ۱۰۰ کیلوهرتز عمل می‌کند. استفاده از ولتاژ پایین، بقا و سلامت سلولهای زیستی را تضمین می‌نماید که عاملی کلیدی در کاربردهای پزشکی به شمار می‌رود. نمودارهای پتانسیل الکتریکی، سرعت، فشار و نیروی دی الکتروفورزیس اعمال شده بر سه نوع سلول مورد مطالعه از طریق شبیه‌سازی ارائه گردید. بازدهی ریزجداکننده پیشنهادی برای سلولهای سرطانی حدود ۹۴٪ محاسبه شده است. در ادامه، با بهره‌گیری از روش المان محدود به عنوان یک رویکرد مقایسه ای، تأثیر تغییر ولتاژ الکترودهای کانال اصلی بر جداسازی کارآمد ذرات مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت.https://mej.aut.ac.ir/article_5899_362c99307cdc3f2d8b410652386a9dd1.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257720250923Regression Modeling and Experimental Analysis of Critical Time in the First Phase of Three-Dimensional Manipulation Using a Design-of-Experiments-Based Simulation Approachمدل‌سازی رگرسیونی و تحلیل تجربی زمان بحرانی در فاز اول منیپولیشن سه‌بعدی با رویکرد شبیه‌سازی مبتنی بر طراحی آزمایش‌ها869888590110.22060/mej.2025.24420.7867FAمعینطاهریگروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران0000-0001-6583-3925احسانمنصوریگروه مهندسی صنایع، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران0000-0001-7222-6533فرشتهقانعگروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران0009-0009-5493-6449زهرا ساداتاقدامیگروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران0009-0001-3861-2251Journal Article20250719Atomic Force Microscopy (AFM) is one of the principal tools in nanotechnology, with extensive applications in biological, medical, and materials engineering fields. Using AFM enables precise investigation of mechanical properties of biological structures. In this study, the manipulation process of biological nanoparticles during the initial motion phase was investigated through a combination of numerical analysis and experimental testing using an (AFM). The main objective was to examine the effect of cantilever and tip geometric parameters on the critical time of the first phase and to develop an accurate predictive model. The geometric parameters including height, thickness, length, and width along with the particle radius were considered as influencing factors. A regression model was derived based on the effect of these parameters on critical time. Statistical analysis of the proposed model demonstrated a high level of accuracy and reliability, with a coefficient of determination (R²) of 95.10%, showing full agreement with the experimental results. Furthermore, contour plots were employed to model system behavior under combined variable variations. The results revealed that increasing tip height and particle radius leads to a longer critical time. Additionally, the variation diagram of the manipulation force indicated that the total force applied to the particle increases continuously up to approximately 60 milliseconds before reaching a steady state. This point corresponds to critical force threshold, confirming validity of the proposed regression model.میکروسکوپ نیروی اتمی به عنوان یکی از ابزارهای اصلی در نانوفناوری، کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های زیستی، پزشکی و مهندسی مواد یافته است. با استفاده از AFM امکان بررسی دقیق خواص مکانیکی ساختارهای زیستی فراهم شده است. در این پژوهش، فرایند منیپولیشن نانوذرات زیستی در فاز آغازین حرکت با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) به‌صورت ترکیبی از تحلیل عددی و آزمایش تجربی بررسی شده است. هدف اصلی، مطالعه‌ی تأثیر پارامترهای هندسی تیرک و سوزن بر زمان بحرانی فاز اول و توسعه‌ی مدلی دقیق برای پیش‌بینی آن است. پارامترهای هندسی شامل ارتفاع، ضخامت، طول و عرض به همراه شعاع ذره به عنوان عوامل مؤثر در نظر گرفته شدند. مدل رگرسیونی مبتنی بر اثرگذاری پارامترها بر زمان بحرانی استخراج شده است. نتایج تحلیل آماری مدل پیشنهادی نشان داده است که مدل با ضریب تعیین 95.10% از دقت و اعتبار بالایی برخوردار است و با نتایج تجربی مطابقت کامل دارد. همچنین، با نمودارهای کانتور، رفتار سیستم در برابر تغییرات ترکیبی متغیرها مدل‌سازی شد. نتایج نشان داده است که افزایش ارتفاع سوزن و شعاع ذره باعث افزایش زمان بحرانی می‌شود. همچنین، نمودار تغییرات نیروی منیپولیشن نشان می‌دهد که نیروی کل وارد بر ذره تا زمان حدود ۶۰ میلی‌ثانیه به‌صورت پیوسته افزایش یافته و سپس به حالت پایدار می‌رسد. این نقطه از نظر زمانی با آستانه نیروی بحرانی تطابق داشته و صحت مدل رگرسیونی را تأیید می‌کند.https://mej.aut.ac.ir/article_5901_f4661398cb1a3abd3ffe58600bf11322.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257720250923Free Vibration Analysis of Sandwich Cylindrical Shells with Multilayer Fiber-Metal Face sheets and Flexible Core Based on Higher-Order Sandwich Shell Theoryتحلیل ارتعاش آزاد پوسته استوانه‌ای ساندویچی با رویه‌های چند لایه فلز-الیاف و هسته انعطاف‌پذیر بر مبنای تئوری مرتبه بالای پوسته‌های ساندویچی889920590210.22060/mej.2025.24624.7884FAپیوندعباس پوردانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایرانامیدرحمانیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران0000-0001-5439-2837Journal Article20250823In this study, the free vibration response of cylindrical sandwich shells with fiber–metal laminate (FML) facesheets and compliant core under simply supported boundary conditions is analytically investigated. The governing equations are derived based on Hamilton’s principle within the framework of a higher-order sandwich shell theory and implemented in MATLAB to analyze the nonlinear effects on the vibrational behavior of the structure. In the modeling process, the behavior of the facesheets is described using the classical shell theory, while the displacement field of the core is obtained from three-dimensional elasticity theory without introducing simplifying assumptions. To enhance the accuracy, the nonlinear distributions obtained from the explicit solution of the equilibrium equations in the core are incorporated as complementary relations in the modeling process. Furthermore, the in-plane geometric nonlinearities and transverse deformations of the core are considered within the higher-order model to provide a more realistic simulation of the structural response. In the formulation of the governing equations, all stress and displacement components, along with the normal and shear stresses at the core–facesheet interfaces, are fully included. Subsequently, by performing eigenvalue analysis, the natural frequencies and mode shapes of the structure are extracted and validated against available reference data. In addition, a parametric study is carried out to evaluate the influence of geometric parameters, core density, thickness, and layer configuration on the vibrational response of the system.در این پژوهش، پاسخ ارتعاشات آزاد پوسته‌های استوانه‌ای ساندویچی با رویه‌های چندلایه فلز–الیاف و هسته انعطاف‌پذیر، تحت شرایط تکیه‌گاهی ساده، به‌صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی اثرات غیرخطی بر رفتار ارتعاشی سازه معادلات حاکم با بهره‌گیری از اصل همیلتون و در چارچوب تئوری مرتبه‌بالای پوسته‌های ساندویچی استخراج گردیدند. در این مدل‌سازی رفتار رویه‌ها بر اساس تئوری کلاسیک پوسته و میدان جابجایی هسته با استفاده از تئوری سه‌بعدی الاستیسیته به‌دست آمده است. برای دستیابی به دقت بالاتر، توزیع‌های غیرخطی حاصل از حل معادلات تعادل در هسته، به‌عنوان معادلات مکمل در فرایند مدل‌سازی لحاظ شده‌اند. در استخراج معادلات تمامی مؤلفه‌های تنش و جابجایی، به‌همراه تنش‌های عمودی و برشی در نواحی اتصال بین هسته و رویه‌ها، به‌صورت کامل منظور شده‌اند. در ادامه، با انجام تحلیل مقدار ویژه، فرکانس‌های طبیعی و مودهای ارتعاشی سازه استخراج و با داده‌های معتبر پیشین مقایسه و اعتبارسنجی شده‌اند. همچنین، در یک مطالعه پارامتری، تأثیر پارامترهای هندسی، چگالی هسته، ضخامت و آرایش لایه‌ها بر پاسخ ارتعاشی سیستم مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج مطالعه حاضر امکان طراحی جامع تر پوسته های ساندویچی در آینده را فراهم خواهد ساخت.https://mej.aut.ac.ir/article_5902_70a32110fff0f26d301e58ebbca9cb9f.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257720251130Using Bidirectional Flow to Improve Thermal Efficiency of Plate Heat Exchangers Containing Phase Change Materialsاستفاده از جریان دوسویه به منظور اصلاح کارایی حرارتی مبدل‌های تخت حاوی مواد تغییرفازدهنده921938590310.22060/mej.2025.24683.7896FAمصطفیرحیمیگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران،0000-0001-5470-8504پوریاسلیمیگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایرانJournal Article20250910Thermal efficiency of a flat heat exchanger containing phase change material (PCM) was investigated numerically at the present study with the aim of improving its performance. A new idea was proposed based on which air flow through the passages embedded between the chambers containing PCM, modified as reciprocating or bidirectional flow. Three different values of 0.5, 1 and 1.5 m were assumed for the heat exchanger length, and each case was investigated in two flow modes, one-directional usual flow and bidirectional proposed flow mode. Three Reynolds numbers of 5000, 10000 and 15000 were examined based on the average air flow velocity and the hydraulic diameter of the air passage. For Re = 10000 by conducting a transient numerical analysis using Fluent software, it was found that the heat transfer rate to the air flow decreases sharply from 280 W at the beginning of the freezing process to less than 80 W at the final stages. Heat transfer drop was improved when using the bidirectional flow concept for all examined exchanger lengths and Reynolds numbers. As a result, the time required for complete solidification was reduced by about 14, 19 and 22% for three exchanger lengths, respectively. According to these results, the positive effect of bidirectional flow on the efficiency of the exchanger was greater for lower air velocities and larger lengths of the heat exchanger.در پژوهش حاضر کارایی حرارتی یک مبدل تخت حاوی مواد تغییرفازدهنده به طریق عددی و با هدف بهبود عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور از ایده ای جدید بصورت استفاده از جریان رفت و برگشتی و یا دوسویه در اطراف محفظه های حاوی مواد تغییرفازدهنده استفاده گردید. با ثابت فرض نمودن ضخامت محفظه حاوی مواد تغییرفازدهنده و نیز مجرای هوا، سه مقدار 0/5، 1 و 1/5 متر برای طول مبدل درنظر گرفته شد و هر کدام در دو حالت جریان یک سویه و دوسویه مورد بررسی قرار گرفت. سرعت جریان هوا معادل با اعداد رینولدز 5000 ، 10000 و 15000 بر مبنای قطرهیدرولیکی مجرای جریان هوا محاسبه گردید. با انجام تحلیل عددی گذرا در محیط نرم افزارفلوئنت، نتایج نشان داد که برای عدد رینولدز 10000 شدت انتقال حرارت متوسط به جریان هوا از 280 وات در ابتدای پروسه انجماد به کمتر از 80 وات در مراحل پایانی رسیده است. هنگام استفاده از ایده جریان دوسویه با هندسه و دبی جریان ثابت به ازای سه طول ذکر شده برای مبدل، زمان لازم برای انجماد کامل به ترتیب از 180، 220 و 260 دقیقه با کاهشی در حدود 14، 19 و 22 درصد نتیجه شد. بر اساس این نتایج، با کاهش سرعت جریان هوا و نیز افزایش طول مبدل، تاثیر دوسویه بودن جریان درجهت اصلاح کارایی مبدل بیشتر بود.https://mej.aut.ac.ir/article_5903_367147f1755502d9bc6189f8e2c3005d.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257720250923Studying Stabilization Methods for Calibrating a Reduced-Order Model of Single-Layer Quasi-Geostrophic Ocean Circulation Based on Dynamic Mode Decompositionمطالعه روش‌های پایدارسازی و اصلاح مدل رتبه‌کاسته چرخش اقیانوسی شبهژئوستروفیک تک لایه بر پایه روش تجزیه مود دینامیکی939962592510.22060/mej.2025.24431.7871FAمحمد کاظممویدیآزمایشگاه پژوهشی توربولانس و دینامیک سیالات محاسباتی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قـم، قم، ایران0000-0003-4016-1557زهرهخاکزاریآزمایشگاه پژوهشی توربولانس و دینامیک سیالات محاسباتی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قـم، قم، ایرانJournal Article20250723Since analytical methods have low accuracy and limited applicability, researchers have turned to numerical methods. However, due to hardware limitations, especially for unsteady problems—these methods do not always offer satisfactory speed and performance. One existing solution is the use of reduced-order models (ROMs), which increase computational speed by reducing system complexity. If the dynamical system is nonlinear and exhibits specific complexities, the sensitivity to the calculation of its dominant structures becomes more critical, requiring modes to be computed using methods aligned with the problem's physics.<br /><br />ROMs obtained by projecting the governing flow-field equations onto a modal space may lack high accuracy in predicting temporal flow-field variations due to inherent dynamical system errors. To improve the temporal prediction of the reduced-order model, a correction term is added to the dynamical system equation. A key advantage of the improved ROM is its high computational speed while maintaining accuracy. Accordingly, for a Reynolds number of 450 and a Rossby number of 0.0036, direct numerical simulation (DNS) data were generated over a 450-minute time interval. In contrast, using the improved ROM, predicting the flow-field dynamics took only about 21 minutes, demonstrating a significant computational time difference.از آنجا که روش‌های تحلیلی دارای دقت کم و دامنه کاربرد محدودی می‌باشد، لذا محققین به استفاده از روش‌های عددی روی آوردند. این دسته از روش‌ها به دلیل محدودیت سخت‌افزارهای کامپیوتری به ویژه برای مسائل ناپایا، همواره از سرعت و عملکرد خوبی برخوردار نیستند. از جمله راهکارهای موجود، استفاده از مدلهای رتبه‌کاسته بوده که با کاستن از پیچیدگی‌های سیستم، سرعت آن افزوده می‌شود. در صورتی که سیستم دینامیکی غیرخطی و دارای پیچیدگی‌های خاص باشد حساسیت به چگونگی محاسبه ساختارهای غالب در دینامیک آن بیشتر شده و نیاز است مودهای آن از روش‌هایی با ویژگی منطبق با فیزیک مسئله محاسبه شوند. مدلهای رتبه‌کاسته حاصل از تصویر‌سازی معادلات حاکم بر میدان جریان در فضای مودال، ممکن است به دلیل خطاهای ذاتی سیستم دینامیکی دقت بالایی در پیش‌بینی تغییرات زمانی میدان جریان نداشته باشند. به منظور بهبود پیش‌بینی زمانی مدل رتبه‌کاسته یک ترم اصلاح به معادله سیستم دینامیکی افزوده می‌شود. ویژگی مهم مدل رتبه‌کاسته جایگزین با رفع مشکل دقت آن، سرعت بالای محاسبات آن می‌باشد. بر این اساس، برای عدد رینولدز 450 و عدد راسبی 0/0036، داده‌های حل عددی مستقیم در یک بازه زمانی 450 دقیقه تولید شده‌اند. در حالی که با بهره‌گیری از مدل رتبه‌کاسته جایگزین، پیش‌بینی دینامیک میدان جریان در حدود 21 دقیقه زمان برده که اختلاف زمان محاسباتی قابل توجهی را نشان می‌دهد.https://mej.aut.ac.ir/article_5925_979a3f14bae523dc5101c52120c535e9.pdf