دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 57 10 2025 12 22 Thermal performance assessment of two side-by-side natural draft dry cooling towers with circular and elliptical periphery radiator arrangements بررسی عملکرد حرارتی دو برج خنک‌کن خشک جریان طبیعی کنار هم با دو چیدمان محیطی دایروی و بیضوی از رادیاتورها 1239 1262 6021 10.22060/mej.2026.25198.7927 FA یاسر فراهانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران 0009-0006-5461-3891 محسن گودرزی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران Journal Article 2025 12 02 Wind significantly deteriorates thermal performance of natural draft dry cooling towers (NDDCTs). Although various approaches have been proposed to enhance the performance of single and multiple cooling towers, the effect of modifying the geometric arrangement of the radiators has not been comprehensively investigated. In this study, the thermal performance of two side-by-side natural draft dry cooling towers with an elliptical radiator arrangement was numerically compared with that of a conventional circular arrangement using three-dimensional CFD simulations. Results revealed that the presence of an adjacent tower leads to a reduction in the heat transfer rate of each individual tower compared to the isolated (single-tower) condition, highlighting the significant impact of flow interference between the towers. However, at wind speeds of 7 and 10 m/s, the elliptical arrangement outperformed the circular layout. Under high-wind conditions, the elliptical tower improves the thermal efficiency by approximately 18.2% to 29.5% compared to the conventional circular tower. Detailed flow field analysis revealed that the enhanced passage of warm air over the rear radiators in the elliptical arrangement increased the average temperature gradient along the lateral surfaces of these radiators, thereby improving their heat transfer rate. The optimal radiator arrangement depends on the prevailing wind conditions at the site and plays a critical role in improving the thermal performance of the cooling towers. وزش باد می‌تواند باعث کاهش قابل ‌توجه کارایی حرارتی برج‌های خنک‌کن خشک جریان طبیعی شود. با وجود ارائه راهکارهای مختلفی در ارتباط با بهبود عملکرد حرارتی برج‌های منفرد و چندتایی، اثر چیدمان بیضوی رادیاتورها روی عملکرد دسته برج‌های خنک‌کن بررسی نشده است. در این پژوهش، عملکرد حرارتی دو برج خنک‌کن خشک جریان طبیعی کنار هم با چیدمان بیضوی رادیاتورها در مقایسه با چیدمان متداول دایروی، به روش شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی بررسی شد. نتایج نشان داد حضور برج مجاور موجب کاهش نرخ انتقال حرارت هر برج نسبت به وضعیت بدون حضور برج دیگری است، که ناشی از تداخل جریان در فاصلۀ بین دو برج است. با این حال، در سرعت‌های باد 7 و 10 متر بر ثانیه، چیدمان بیضوی رادیاتورها عملکرد حرارتی بهتری نسبت به چیدمان دایروی نشان می‌دهد. پیش‌بینی شد که در سرعت‌های زیاد بالا، برج خنک‌کن بیضوی کارایی حرارتی را نسبت به برج خنک‌کن دایروی از18/2 تا 29/5درصد افزایش خواهد داد. تحلیل جزئیات میدان جریان نشان داد که افزایش میزان عبور هوای گرم از روی رادیاتورهای پشتی برج خنک‌کن بیضوی، موجب افزایش متوسط گرادیان دما در طرفین رادیاتورها شده، و در نتیجه بهبود نرخ انتقال حرارت آن‌ها را در پی دارد. انتخاب چیدمان بهینه رادیاتورهای برج‌های خنک‌کن به سرعت غالب وزش باد در محل وابسته است و می‌تواند نقش مهمی در ارتقای عملکرد حرارتی برج‌های خنک‌کن خشک جریان طبیعی داشته باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_6021_b075703bbe07a50ddcccfaac424bb6d9.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 57 10 2025 12 22 A Data-Driven Framework for Wind Turbine Power Curve Cleaning and Abnormal Data detection Based on Binning and Quantiles چارچوبی داده‌محور برای پاک‌سازی منحنی توان توربین بادی و شناسایی داده‌های نابهنجار بر اساس بازه‌بندی و چندک 1263 1286 6028 10.22060/mej.2026.24688.7894 FA علیرضا آقاجانی مبارکه گروه کنترل، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران. جواد پشتان گروه کنترل، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران Journal Article 2025 09 05 In this study, a preprocessing approach is proposed to improve training accuracy and computational efficiency by leveraging SCADA data and integrating machine learning algorithms with statistical techniques for unlabeled data. The method reduces the training dataset substantially by partitioning the data into equal points intervals and selecting representative samples based on quantiles, a procedure referred to as RD. Using this strategy, only 0.2% of the original dataset is required for model training in this study. Subsequently, abnormal data points are identified using a power curve model with quantile thresholds. The RD method is evaluated against DBSCAN and a KNN-based model. Experimental results obtained from real-world wind farm data indicate that RD combined with KNN outperforms DBSCAN. Specifically, both MAE and RMSE are reduced by approximately 15%, reflecting improved predictive accuracy. From a computational perspective, the execution time of RD is about 0.15 seconds, compared to 0.99 seconds for DBSCAN, corresponding to a reduction in runtime exceeding 50%. Moreover, unlike DBSCAN, which requires precise parameter tuning or additional constraints tailored to the power curve structure when dealing with dense or linear outliers, the proposed approach is capable of automatically eliminating outlier data points from the wind turbine power curve without the need for predefined filters or explicit boundary definitions prior to the cleaning process. در این پژوهش، به‌منظور افزایش دقت و سرعت آموزش، باتکیه‌بر داده‌های اسکادا و ترکیب الگوریتم‌های یادگیری ماشین با روش‌های آماری، رویکردی برای پیش‌پردازش داده‌های بدون برچسب و حذف خودکار داده‌های پرت ارائه شده است. در این روش، با تقسیم‌بندی داده‌ها به بازه‌های مساوی و انتخاب داده‌ی نماینده بر اساس چندک، حجم داده‌های آموزشی به طور چشمگیری کاهش می‌یابد (در این پژوهش تنها با 0/2٪ کل داده‌ها) که به‌اختصار RD نامیده می‌شود. سپس با استفاده از مدل منحنی توان و حدود آستانه‌ی چندکی محلی، داده‌های نابهنجار شناسایی می‌گردند. روش RD با الگوریتم DBSCAN و مدل‌ KNN مقایسه شده است. نتایج تجربی روی داده‌های واقعی مزرعه بادی نشان می‌دهد که RD در ترکیب با KNN عملکرد بهتری نسبت به DBSCAN دارد؛ به طور خاص، هر دو مقادیر MAE و RMSE حدود 15% کاهش‌یافته و بیانگر خطای پیش‌بینی پایین‌تر است. از نظر محاسباتی ، زمان اجرای RD برابر 0٫15 ثانیه و در DBSCAN 0٫99 ثانیه گزارش شده است و زمان اجرا با روش RD، بیش از 50% کاهش یافت. افزون بر این، برخلاف DBSCAN که در برابر داده‌های پرت متراکم یا خط‌وار نیازمند تنظیمات دقیق یا تعریف دقیق شرایط اضافه بر اساس ساختار منحنی توان است روش پیشنهادی بدون نیاز به تعریف فیلتر و مرز‌ بندی‌های خاص قبل از اعمال روش پاکسازی، قادر به حذف خودکار داده‌های غیرواقعی و پرت در منحنی توان توربین بادی می‌باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_6028_2c60e40b399dc55d8b755ec6b5d09f8a.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 57 10 2025 12 22 Adjoint-Based Sensitivity Analysis of a Fixed Cross-Section Fin with Temperature-Dependent Conductivity آنالیز حساسیت فین مقطع-ثابت با ضریب هدایت وابسته به دما به‌کمک معادله الحاقی 1287 1306 6039 10.22060/mej.2026.25461.7948 FA بهزاد بقاپور دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران. 0000-0003-0235-0605 Journal Article 2026 01 29 In this paper, the sensitivity of the efficiency of a fixed cross-sectional fin with temperature-dependent thermal conductivity to various parameters is investigated using the adjoint equation. A one-dimensional steady-state formulation is assumed for both the governing energy equation and the corresponding adjoint equation. The appropriate boundary condition for a convective fin tip is derived for the adjoint variable. The energy and adjoint equations are solved numerically using a finite-difference scheme. The results indicate that a slight increase in certain parameters, such as the cross-sectional area and the base thermal conductivity, leads to an improvement in fin efficiency. In contrast, increasing parameters such as the fluid heat transfer coefficient and the fin length results in a reduction in efficiency. The slope factor in the linear thermal conductivity model exhibits a non-monotonic effect: for negative values, increasing the slope reduces fin efficiency, whereas for positive values, it enhances the efficiency. Furthermore, the Biot number defined along the fin length shows a pronounced negative influence on fin efficiency as it increases. Its most significant impact occurs around a Biot number of 0.1, corresponding to the transition from a nearly uniform temperature distribution to a regime with a pronounced internal temperature gradient. در این مقاله، اثر پارامترهای هندسی، ضریب هدایت وابسته به دما، ضریب انتقال حرارت جابجایی، و اختلاف دمای پایه و سیال در بازده حرارتی یک فین مقطع-ثابت بررسی می‌گردد. از آنالیز حساسیت الحاقی استفاده می‌شود. معادله پایستگی انرژی در حالت پایا و یک بعدی در نظر گرفته شده و معادله الحاقی متناسب تشکیل می‌شود. شرایط مرزی برای حل معادله الحاقی بر اساس دمای پایه فین و جابجایی در نوک فین معرفی می‌شوند. ضریب هدایت جسم بصورت یک مدل خطی نسبت به دما لحاظ می‌شود. معادلات پایستگی انرژی و الحاقی با استفاده از گسسته‌سازی تفاضل-محدود حل می‌شوند. تابع هدف بازدهی حرارتی فین است. تغییرات آن برای محدوده گسترده‌ای از پارامترهای مؤثر بررسی خواهد شد. نتایج نشان می‌دهند که افزایش جزئی برخی از پارامترها مانند سطح مقطع فین و ضریب هدایت مرجع نقش مثبتی در بازدهی فین داشته، حال آنکه پارامترهای دیگر مانند طول فین، محیط پیرامون فین، اختلاف دمای پایه و سیال، و ضریب جابجایی سیال، نقش منفی در بازدهی فین دارند. مقدار شیب تغییرات ضریب هدایت در مدل خطی، نقش دوگانه‌ای در بازدهی داشته، بگونه‌ای که مقادیر مثبت آن در بهبود بازدهی مؤثر بوده و مقادیر منفی آن باعث کاهش بازدهی فین می‌شود. همچنین، عدد بایو (در راستای فین)، به عنوان یک پارامتر ترکیبی بی‌بعد، نقش منفی اما قابل توجهی در بازدهی فین داشته به‌گونه‌ای که اثر آن در نزدیکی مقدار 1/0 بیشینه است.

https://mej.aut.ac.ir/article_6039_eb2e9dffe58d635b7d72e99c8e61b5f2.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 57 10 2025 12 22 Experimental Investigation of the Simultaneous Effect of Temperature and Aging on Mechanical Safety and Failure Behavior of Cylindrical Lithium-Ion Batteries under Dynamic Impact بررسی تجربی اثر همزمان دما و پیرشدگی بر ایمنی مکانیکی و رفتار شکست باتری لیتیوم-یون استوانه‌ای تحت ضربه دینامیکی 1307 1322 6040 10.22060/mej.2026.24433.7868 FA محمدعلی احترام دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران امیر نژادصفر دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران Journal Article 2025 07 21 The present research aims to experimentally evaluate the safety behavior and failure mechanism of 18650 cylindrical lithium-ion battery cells under dynamic impact loading. To this end, a pneumatic impact testing apparatus was developed in accordance with the SAE J2464 standard to assess the simultaneous effects of initial temperature (25, 0, and -25 °C), state of charge (10% and 100%), and state of health (fresh and aged over 400 cycles). Experimental results derived from high-speed imaging and thermal data analysis indicated that at ambient temperature, impact with a critical velocity of 9.23 m/s on fully charged samples led to immediate separator rupture and extensive internal short circuit. Under these conditions, the cell voltage dropped to zero within 290 ms, and explosive thermal runaway occurred with a severe temperature rise reaching 662 °C. In contrast, the most significant finding of this study reveals a substantial enhancement in the cell's mechanical resistance at sub-zero temperatures; remarkably, at -25 °C, no penetration or exothermic reaction was recorded even at high impact velocities. Further analysis suggests that the partial solidification and increased viscosity of the electrolyte at low temperatures act as an internal support with quasi-solid behavior, thereby preventing local stress concentration and separator tearing. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی تجربی رفتار ایمنی و مکانیزم شکست سلول‌های باتری لیتیوم-یون استوانه‌ای ۱۸۶۵۰ تحت بارگذاری ضربه دینامیکی انجام شده است. بدین منظور، با توسعه یک بستر آزمون ضربه پنوماتیک منطبق بر استاندارد SAE J2464، اثر همزمان پارامترهای دمای اولیه (۲۵، ۰ و ۲۵- درجه سلسیوس)، وضعیت شارژ (۱۰% و ۱۰۰%) و وضعیت سلامت (سلول نو و پیرسازی شده طی ۴۰۰ چرخه) مورد سنجش قرار گرفت. نتایج تجربی حاصل از پردازش تصاویر سرعت بالا و داده‌های حرارتی نشان داد که در دمای محیط، برخورد با سرعت بحرانی ۹.۲۳ متر بر ثانیه در نمونه‌های با شارژ کامل، منجر به گسیختگی آنی جداکننده و وقوع اتصال کوتاه داخلی گسترده می‌شود. در این شرایط، ولتاژ سلول در کمتر از ۲۹۰ میلی‌ثانیه به صفر رسید و فرار حرارتی انفجاری با نرخ افزایش دمای شدید تا ۶۶۲ درجه سلسیوس به وقوع پیوست. در مقابل، مهم‌ترین یافته پژوهش حاکی از افزایش قابل‌توجه مقاومت مکانیکی سلول در دماهای برودتی است؛ به‌طوری‌که در دمای ۲۵- درجه سلسیوس، حتی در سرعت‌های برخورد بالا، هیچ‌گونه نفوذ و واکنش گرمازایی ثبت نشد. تحلیل‌های تکمیلی نشان می‌دهد که انجماد جزئی و افزایش ویسکوزیته الکترولیت در دمای پایین، با ایجاد یک تکیه‌گاه داخلی و رفتار شبه‌جامد، مانع از تمرکز تنش موضعی و پارگی جداکننده می‌شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_6040_4c9d1fbce4890fc2731b6a61262313b1.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 57 10 2025 12 22 Dynamic Sensitivity Analysis of a Free–Free Aluminum Beam under Multi-Point Transient Impact Excitation Using Experimental Modal Analysis, Numerical Simulation, and Analytical Modeling with a Damage Identification Approach Based on an Enhanced Modal Assurance Criterion تحلیل حساسیت دینامیکی تیر آلومینیومی دوسر آزاد تحت تحریک ضربه‌ای گذرای چندنقطه‌ای با استفاده از آنالیز مودال تجربی، شبیه‌سازی عددی و مدل‌سازی تحلیلی با رویکرد تشخیص آسیب مبتنی بر نوآوری معیار اطمینان مودال بهبود یافته 1323 1358 6041 10.22060/mej.2026.24330.7861 FA مهرداد کریمی دانشکده‌‌ هوا فضا، ، دانشگاه شهید ستاری، تهران، ایران. مسعود جوادی دانشکده‌‌ هوا فضا، ، دانشگاه شهید ستاری، تهران، ایران. 0000-0003-0280-3643 Journal Article 2025 07 08 This study presents a baseline-free framework for damage identification in free-free aluminum beams under multi-point transient impact excitation. The beam responses were measured using accelerometers, and modal parameters were extracted through an integrated experimental, analytical, and numerical approach. Experimental modal testing was conducted with six and nine excitation points, showing that a higher number of excitation locations improves the accuracy of identified mode shapes and natural frequencies.The analytical model was developed using Euler–Bernoulli beam theory, while a finite element model was built in Abaqus and verified against the analytical and experimental results. Several damage scenarios involving transverse cracks with different depths and locations were simulated to evaluate the sensitivity of the proposed method. The key contribution of this study is an improved Modal Assurance Criterion (CT-MAC) that combines mode shape curvature with contourlet transform to obtain noise-robust features, which are then classified by a one-dimensional convolutional neural network (1D-CNN). The proposed approach achieves 94% accuracy in detecting crack location and severity, with strong robustness against measurement noise. در این پژوهش، چارچوبی نوین برای شناسایی آسیب در تیرهای آلومینیومی با شرایط مرزی دوسر آزاد ارائه شده است که بدون نیاز به داده‌های مرجع سالم عمل می‌کند. تیر مورد بررسی تحت تحریک ضربه‌ای چندنقطه‌ای قرار گرفت و پاسخ‌های ارتعاشی آن با استفاده از شتاب‌سنج ثبت شد. برای استخراج دقیق پارامترهای مودال، از ترکیب روش‌های تجربی، تحلیلی و عددی بهره گرفته شد. در بخش تجربی، تست مودال با چکش ضربه‌ای در دو حالت شش و نه نقطه تحریک انجام شد و نتایج نشان داد افزایش نقاط تحریک دقت استخراج شکل‌مودها و فرکانس‌های طبیعی را بهبود می‌بخشد. مدل تحلیلی بر پایه نظریه اویلربرنولی و مدل عددی در نرم‌افزار آباکوس توسعه یافت و با داده‌های تجربی اعتبارسنجی شد. برای شناسایی آسیب، سناریوهایی با ترک عرضی در موقعیت‌ها و اعماق مختلف شبیه‌سازی گردید. نوآوری اصلی پژوهش، توسعه «معیار اطمینان مودال بهبود‌یافته» می‌‌باشد که با استفاده از انحنای شکل‌مودها و تبدیل کانتورلت برای استخراج ویژگی‌های مقاوم به نویز و تغذیه آن‌ها به شبکه کانولوشنی یک‌بعدی است. این روش با دقت ۹۴٪ قادر به شناسایی محل و شدت ترک بوده و نسبت به روش‌های متداول مبتنی بر تغییر فرکانس یا معیار اطمینان مودال عملکرد بهتری دارد. همچنین، پایداری بالایی در برابر نویز اندازه‌گیری نشان داده و قابلیت تعمیم به کاربردهای هوافضا و سازه‌های بزرگ را داراست.

https://mej.aut.ac.ir/article_6041_58ee2794cc87707943624dc8db2ff5a0.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 57 10 2025 12 22 Numerical Optimization of the Spacing Ratio in a Marine Toroidal Propeller Using CFD and Genetic Algorithm with Comparison to the KP505 Reference Propeller بهینه‌سازی عددی نسبت فاصله در پروانه حلقه‌بسته دریایی با استفاده از CFD و الگوریتم ژنتیک و مقایسه با پروانه مرجع KP505 1359 1386 6044 10.22060/mej.2026.25245.7933 FA محمدحسن احمدی گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران، روزبه شفقت گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران، محسن زمانی گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران، بهراد علی زاده خارکشی گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران، 0000-0001-6522-6914 Journal Article 2025 12 09 Numerical simulations were performed using STAR-CCM+ software, and optimization was carried out with a genetic algorithm. The ducted propellers were innovatively designed based on the KP505 propeller. Simulations were conducted at six pitch ratios. To evaluate the results and perform optimization, thrust, torque, and efficiency coefficients were considered as objective functions. The results showed that the thrust coefficient exhibited a decreasing trend at low advance ratios, a non-linear behavior at medium advance ratios, and an increasing trend at high advance ratios as the pitch ratio increased. A comparative analysis revealed that before optimization, the ducted propeller's thrust coefficient was at best 15% higher than that of the KP505 propeller at an advance ratio of 0.8. The optimal pitch ratio obtained after optimization was 0.2641, corresponding to a maximum efficiency of 45.35% for the ducted propeller. Performance comparison between the optimized ducted propeller and the KP505 propeller showed that the optimized ducted propeller could increase thrust by up to 26% (at an advance ratio of 0.8) and improve efficiency by 7.84% at an advance ratio of 1.0. Flow analysis also indicated that increased velocity behind the propeller and an improved pressure pattern in the optimized ducted propeller contribute to higher thrust and reduced cavitation risk. در این پژوهش اثر تغییر در نسبت فاصله بر عملکرد یک پروانه حلقه بسته به صورت عددی بررسی و نسبت فاصله‌ی بهینه طی یک فرایند بهینه‌سازی تعیین شد. شبیه‌سازی‌های عددی در محیط نرم‌افزار +STAR-CCM و بهینه‌سازی نیز با الگوریتم ژنتیک انجام شد. پروانه‌های حلقه‌بسته با روشی نوآورانه، برپایه‌ی پروانه‌ی KP505 تولید شدند. شبیه‌سازی‌های عددی در 6 نسبت فاصله‌ انجام شد. به‌منظور ارزیابی نتایج و بهینه‌سازی، ضرایب تراست، گشتاور و بازدهی به‌عنوان توابع هدف درنظر گرفته شدند. نتایج نشان داد ضریب تراست با افزایش نسبت فاصله، در ضرایب پیشروی پایین رفتاری نزولی، در ضرایب پیشروی میانی رفتاری غیر خطی و در ضرایب پیشروی بالا رفتاری صعودی داشت. بررسی مقایسه‌ای نشان داد، ضریب تراست پروانه‌ی حلقه‌بسته، پیش از بهینه‌سازی و در بهترین حالت، در ضریب پیشروی 0/8، 15 درصد نسبت به پروانه‌ی KP505 بیشتر بود. نسبت فاصله بهینه پس بهینه‌سازی معادل 0/2641 به‌دست آمد که بازدهی بیشینه‌ی پروانه حلقه بسته در این نسبت فاصله‌ی برابر با %45/35 بود. مقایسه عملکرد پروانه حلقه بسته بهینه با پروانه KP505 نشان داد، پروانه حلقه‌بسته‌ی بهینه قابلیت افزایش تراست تا 26 درصد (ضریب پیشروی 0/8) نسبت به پروانه KP505 دارد و بازدهی آن نیز در ضریب پیشروی1/0 به میزان 7/84 درصد افزایش می‌یابد. تحلیل جریان نیز نشان داد افزایش سرعت پشت پروانه و بهبود الگوی فشار در پروانه حلقه‌بسته بهینه، افزایش تراست و کاهش احتمال کاویتاسیون را نشان می‌دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_6044_6b39183e7053a0106e4376f4e9c5c74d.pdf