دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321Distributed Coverage Control of a Multi Agent System in a Disaster Area and Localizing the Stationary Probable Targets in the Environmentکنترل پوشش توزیعشده سیستم چند عامله در یک منطقه بحرانزده و مکانیابی اهداف ساکن احتمالی موجود در منطقه120242010.22044/jsfm.2022.11058.3442FAعلی امین زادهدانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایرانعبدالمجید خوشنوددانشیار، آزمایشگاه پرنده های بدون سرنشین، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایرانJournal Article20210805This paper is dedicated to a cooperative search and coverage problem in which we applied a distributed coverage control algorithm for automated victim search using a cooperative multi-UAVs system. Disaster management is a competition with time. So, fast response to disaster can significantly decrease damages and losses. It is obvious that a comprehensive map of the affected area immediately after disaster occurred, helps disaster control unit to quickly and initially evaluate the degree of damages, amount of economic losses and casualties. Therefore, they can plan for disaster management operations with more and detailed information. We considered a rectangular surveillance region in which four fixed-wing UAVs fly over the affected area to exactly localize the 18 stationary targets randomly distributed in the environment, as well as maximizing the coverage. For this purpose, UAVs cooperatively build the cognitive maps including Target Probability Map and Uncertainty Map. Then based on cognitive map and also their prediction from three steps ahead of their own and also neighboring agents moves, UAVs decide about their optimal collision-free paths. Comparison between cooperative and non-cooperative methods indicates that in cooperative distributed scheme, coverage percentage and global average uncertainty converges to their admissible maximum and minimum value in a considerably less time, respectively.این مقاله به مساله جستجو و پوشش مشارکتی اختصاص دارد که در آن یک الگوریتم کنترل توزیع شده برای جستجوی خودکار قربانیان بلایای طبیعی با استفاده از سیستم چند عامله مشارکتی به کار گرفته شده است. مدیریت بحران یک مسابقه با زمان است. بنابراین پاسخ سریع به بحران میتواند به طور چشمگیری از میزان خسارات و آسیبها بکاهد. بدیهی است که یک نقشه فراگیر از منطقه بحرانزده بلافاصله پس از وقوع به تیم کنترل بحران کمک میکند تا عملیات مدیریت بحران را با اطلاعات بیشتر و دقیقتری طراحی نماید. در این تحقیق یک محیط مستطیلی در نظر گرفته شده که 4 پرنده بال-ثابت با پرواز بر فراز آن علاوه بر پوشش حداکثری محیط، محل دقیق 18 هدف ساکن توزیعشده را مییابند. بدین منظور، UAV ها با همکاری یکدیگر نقشه شناخت شامل نقشه های احتمال حضور هدف و نامعینی را میسازند و براساس همین نقشه شناخت و همچنین پیشبینی سه حرکت بعدی خود و عاملهای همسایه، بهترین مسیر بدون برخورد را محاسبه میکنند. مقایسه روش مشارکتی و غیر مشارکتی نشان میدهد در روش کنترل توزیع شده مشارکتی، درصد پوشش محیط و میانگین نامعینی بسیار زودتر به حداکثر و حداقل مقدار قابل قبول خود میرسد.دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321Assesing whipping vibration on damage floating life of Catamaran using one way fluid-structure interaction methodاثر ارتعاشات ویپینگ بر عمر شناور کاتاماران با استفاده از روش تعامل سازه-سیال یک طرفه2133242110.22044/jsfm.2022.10676.3361FAمحمد رضا نجفیدکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه جامع امام حسین، تهران، ایرانمحمدجواد یارمحمدیدکتری، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایرانJournal Article20210401The knowledge of applied loads on the floating structure is necessary from the beginning of design procedure. One of the most important loads which is applied on the floating structure is the impact loads due to the rapid impact of the ship with the water surface. This type of load, known as slamming load which can increase the yield level and althought cuases high-amplitude vibrations in the struture, which are also known as whipping vibrations. The purpose of this paper is to investigate slamming loads and whipping vibrations in catamarans. In this paper, using computational fluid dynamic method (CFD), hydrodynamic loads and impacts on the vessel are investigated. Then, using the one-way fluid-structure interaction method, the effects of wave slaming impact on the catamaran is investigated and also the resulting vibrations is be investigated. Then, using the Miner-Palmgren cumulative life estimation method and the rainfall count cycle method, the effect of this type of vibration on the failure and destruction of the floating structure is investigated. The results illustrate that the whipping vibration have a significant effect on the life of catamaran.بررسی بارهای وارد بر سازه، از بدو طراحی انواع شناورها، امری بسیار ضروری و مفید است. در دریاهای مواج بدنه شناور بهصورت ناگهانی از آب بیرون آمده و سپس با ضربههای شدید مجدداً به آب وارد میشود. در این نوع بارها که بهعنوان ضربه اسلمینگ شناخته میشود، سازه شناور بارهای ضربهای با مقدار اوج فشار بالا را تحمل مینماید که میتواند موجب افزایش سطح تسلیم و همچنین ارتعاشات با فرکانس بالا در سازه شناور شود که به این نوع ارتعاشات گذرا، ارتعاشات ویپینگ گفته میشود. هدف این مقاله بررسی بارهای وارده بر شناور، ارتعاشات ناشی از این بارها از قبیل ارتعاشات ویپینگ و همچنین تخمین عمر در شناورهای تندروی کاتاماران است. در این مقاله در گام اول با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی، بارهای هیدرودینامیکی و ضربهای وارده بر شناور به دست میآیند. سپس در مرحله بعد با استفاده از روش کوپل یکطرفه سیال-جامد، آثار ضربه امواج به شناور دوبدنه کاتاماران و همچنین ارتعاشات ناشی از آن موردبررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه با استفاده از روش تخمین عمر تجمیعی پالمگرن-ماینر و روش سیکل شماری بارش باران، تأثیر این نوع ارتعاشات بر روی شکست و تخریب سازه شناور موردبررسی قرار میگیرد. نتایج بهدستآمده نشان میدهد که ارتعاشات ویپینگ تأثیر بسزایی در طول عمر خستگی شناور دارد.دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321Mechanical behavior analysis of buried glass fiber reinforced epoxy composites used in pipelines and comparison with steelتحلیل رفتار مکانیکی خطوط لولهکامپوزیتی الیاف شیشه-اپوکسی مدفون در خاک و مقایسه با خطوط لوله فولادی3550242210.22044/jsfm.2022.11059.3443FAاحسان فلاحیدانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک ، دانشگاه رازی، کرمانشاهحشمت اله حقیقتدانشیار، مهندسی مکانیک ، دانشگاه رازی، کرمانشاهJournal Article20210806Replacing steel pipes with composites is one way to combat corrosion in fluid transfer pipelines. Glass fiber polymer composites are corrosion resistant and in addition to having high strength, they are a cheaper option than steel pipes. In this paper, the mechanical behavior of composite and steel pipes used in oil transmission pipelines for fault angles at 45, 61, 75° under reverse fault is investigated using Abaqus software. The mechanical strength and maximum displacement size of composite pipes buried under reverse faulting are compared with steel pipes. The onset of damage in GREs and the yielding point of steel were predicted using Hashin’s initiation criteria considering four failure modes and the von Mises Stress, respectively. Quasi-static solution was used to analyze the soil’s behavior due to nature of loading. The yield point of soils was calculated according to Mohr-coulomb. The results showed that In reverse faulting, the compressive force will often be the yielding factor of buried pipes and In order to safely operate the buried pipe, steel pipes should be used at angles above 61° of reverse fault and unidirectional composite pipes at angles less than 61°. In addition, the maximum allowable displacement of the reverse fault at different angles of the fault is at least 70% higher for the unidirectional composite pipes of glass-epoxy fibers than the steel pipes. The results of this study can be used in the design studies of composite buried pipelines in areas with corrosive soils and active fault crossings.جایگزینی لولههای فولادی با کامپوزیتی یکی از راههای رویارویی با پدیده خوردگی در خطوط لوله انتقال سیالات است. کامپوزیتهای پلیمری الیاف شیشه مقاوم در برابر خوردگی بوده و علاوه بر داشتن استحکام بالا یک گزینه ارزانتر نسبت به لولههای فولادی می باشند. در این مقاله، رفتار مکانیکی لولهکامپوزیتی و فلزی مورد استفاده در خطوط لوله انتقال نفت برای زوایای گسل در 45، 61، 75 درجه تحت گسلشمعکوس با استفاده از نرمافزارآباکوس بررسی شدهاست. استحکام مکانیکی و اندازه بیشینه جابهجایی در لولههایکامپوزیتی مدفون تحت گسلشمعکوس با لولههای فولادی مقایسه شده اند. معیار ونمیسز برای بررسی تسلیم لوله فولادی و معیار شکست هاشین و مودهای چهارگانه آسیب برای بررسی خرابی در لولهکامپوزیتی الیاف شیشه- اپوکسی، استفاده شدهاند. روش حل به دلیل ماهیت گسل بهصورت شبهاستاتیکی انجام و معیار تسلیم خاک بر پایه تئوری کولمب موهر و با اجازه جدایش خاک از لوله در سطح مشترک لحاظ گردیده است. مقایسه نتایج نشان داد به منظور بهرهبرداری ایمن از لوله مدفون و خنثی نمودن تنش فشاری که عامل اصلی تسلیم لولههای مدفون است، باید لولههای فولادی در زوایای بالای 61 درجه گسلشمعکوس و لولههای کامپوزیتی تک جهته در زوایای کوچکتر از 61 درجه بهکار گرفته شوند. همچنین اندازه بیشینه جابهجایی مجازگسلمعکوس در زوایای گوناگون گسل، برای لولهکامپوزیتی حدود 70 درصد بیشتر از نمونه فولادی بوده است. نتایج حاصل در این پژوهش میتواند در مطالعات طراحی خطوط لوله مدفون کامپوزیتی در مناطق دارای خاک خورنده و محل عبور گسلهای فعال مورد استفاده قرار گیرد.دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321Technical and Economic Feasibility Study of the Use of Phase Change Materials (PCMs) in the Combination of Compression Refrigeration and Free Cooling Systems, Case Stusy: A Residential Building in Kermanامکانسنجی فنی و اقتصادی بکارگیری مواد تغییر فاز دهنده در ترکیب سیستمهای سرمایش تراکمی و سرمایش آزاد، مطالعه موردی: یک ساختمان مسکونی در شهر کرمان5166242310.22044/jsfm.2022.10454.3324FAسیدمحمدحجت محمدیاستادیار، پژوهشکده انرژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان0000-0002-9353-4700Journal Article20210116Thermal Energy Storage (TES) is a high potential technology for different thermal energy applications. TES technology can be an appropriate approach to fill in the gap between electrical energy supply and demand. One efficient and modern method to store thermal energy is the use of phase-change materials (PCMs). The aim of this research is to study the feasibility of the use of PCM materials in the combination of free cooling and compression refrigeration systems. The combined system should be analyzed from energy and exergy viewpoints, in order to evaluate the amount of saved energy and the system performance upgrade. The medium temperature PCM coupled with the free cooling system, can be charged during the cool night time. During the hot day time, discharging this PCM would lower the temperature of the air entering the condenser and consequently; lower the HVAC system energy consumption. On the other hand, PCM discharge happens during the peak-hours in which the electrical energy price is high. Therefore, using PCM would reduce the building energy bills. Technical and economic results show that the proposed combined system would reduce the total electrical energy consumption up to 4.85%, energy consumption in peak-hours up to 14.76% and the electrical energy bill up to 6.71%.ذخیرهسازی انرژی حرارتی یک فناوری با پتانسیل بالا برای کاربردهای حرارتی متفاوت است که میتواند راه مناسبی برای اصلاح شکاف بین عرضه و تقاضای انرژی باشد. یکی از روشهای نوین و کارآمد در ذخیرهسازی انرژی حرارتی استفاده از مواد تغییر فاز دهنده است. هدف از این پژوهش تحلیل انرژی و اگزرژی ترکیب دو سیستم سرمایش آزاد و سرمایش تراکمی است که در آنها از مواد تغییرفازدهنده به منظور صرفهجویی بیشتر در مصرف انرژی و بهبود عملکرد سیستم، استفاده شده است. ماده تغییر فاز دهنده دما متوسط بکار رفته در سیستم سرمایش آزاد در طول شب با هوای محیط شارژ میشود و در طول روز و در طی فرآیند تخلیه، با خنک کردن هوای ورودی به کندانسور سیستم تراکمی، سبب کاهش مصرف انرژی در سیستم خنک کننده ساختمان میگردد. از سوی دیگر، تخلیه انرژی حرارتی ذخیره شده در مواد تغییر فاز دهنده در طول ساعات اوج مصرف صورت میگیرد. در این ساعات هزینه انرژی بالاتر است و بنابراین با استفاده از این روش ذخیرهسازی انرژی حرارتی، میتوان در هزینههای انرژی الکتریکی یک ساختمان نیز صرفهجویی نمود. بررسی فنی و اقتصادی این سیستم ترکیبی، نشان میدهد که 85/4% کاهش مصرف انرژی الکتریکی، 76/14% کاهش در ساعات اوج مصرف و 71/6% کاهش در قبض برق قابل انتظار است.دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321Experimental and numerical investigation on mechanical properties of bending and compressive behaviour of carbon-epoxy sandwich panel with novel M-shaped coreبررسی تجربی و عددی خواص مکانیکی رفتار خمش و فشار ساندویچ پانل الیاف کربن / اپوکسی با هسته جدید M شکل6784242410.22044/jsfm.2021.10709.3371FAهمین خالدیدانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، علیآباد کتول، ایرانیاسر رستمیاناستادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری، ایرانJournal Article20210419Present paper has experimentally and numerically investigated the mechanical behaviour of composite sandwich panel with novel M-shaped lattice core subjected to three-point bending and compressive loads. For this purpose, a composite sandwich panel with M-shaped core made of carbon fiber has been fabricated in this experiment. In order to fabricate the sandwich panels, the vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) has been used to achieve a laminate without any fault. Afterward, polyurethane foam with density of 80 Kg/m3 has been injected into the core of the sandwich panel. Then, a unique design was presented to sandwich panel cores. The study of force-displacement curves obtained from sandwich panel compression and three-point bending tests, showed that an optimum mechanical strength with a considerable lightweight. It should be noted that the experimental data was compared to numerical simulation in ABAQUS software and it turned out that numerical results are in good agreement with experimental ones and make it possible to use simulation instead of time-consuming experimental procedures for design and analysis.مقاله حاضر با رویکرد تجربی و عددی رفتار مکانیکی ساندویچ پانل کامپوزیتی با هسته جدید مشبک M شکل را که تحت بارهای خمشی سهنقطهای و فشاری قرار دارد، بررسی کرده است. برای این منظور، در این آزمایش یک ساندویچ پانل کامپوزیتی با هسته M شکل از الیاف کربن ساخته شده است. برای ساخت ساندویچ پانلها، از روش قالب انتقال رزین به کمک خلا (VARTM) برای دستیابی به یک ورقه (لمینیت) عاری از هرگونه نقصی استفاده شده است. پس از آن، فوم پلیاورتان با چگالی 80 کیلوگرم بر متر مکعب به هسته ساندویچ پانل تزریق شده است. سپس، یک طراحی منحصر به فرد برای هسته های ساندویچ پانل ارائه شدهاست. مطالعه منحنی های نیرو برحسب جابجایی به دست آمده از آزمون های فشار و خمش سه نقطهای بر ساندویچ پانل نشان داد که ساندویچ پانل درحالی که سبک میباشد از یک مقاومت مکانیکی مطلوب برخوردار است. لازم به ذکر است که دادههای تجربی با نتایج شبیهسازی عددی در نرم افزار آباکوس مقایسه گردید و مشخص شد که نتایج عددی با نتایج تجربی مطابقت خوبی دارند لذا امکان استفاده از شبیهسازی عددی به جای روش های تجربی وقتگیر را برای طراحی و تجزیه و تحلیل فراهم میکند.دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321Analytical and experimental study of fatigue in 7075 aluminum nanocomposite reinforced with silicon carbide particles produced by vortex methodمطالعه و آزمایش تجربی بارگذاری خستگی در نانوکامپوزیتهای ذرهای آلومینیم 7075 با ذرات سیلیکون کارباید85100242510.22044/jsfm.2022.11361.3498FAامیرحسین فرضیکارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق، کامپیوتر و مکانیک، دانشگاه غیرانتفاعی ایوانکی، ایوانکی، ایرانمصطفی سیاح بادخوراستادیار، دانشکده مهندسی برق، کامپیوتر و مکانیک، دانشگاه غیرانتفاعی ایوانکی، ایوانکی، ایرانمسعود باباییمربی، دانشکده مهندسی برق، کامپیوتر و مکانیک، دانشگاه غیرانتفاعی ایوانکی، ایوانکی، ایرانJournal Article20211104While bare Aluminum does not have the desired properties for aerospace and naval industries, when converted to composite by reinforcing materials, the desired mechanical and other properties are achieved. In this study, Aluminum 7075-T6 was selected as the base phase and Silicon Carbide (SiC) particles were used as the reinforcing phase for the composite for the experiments on the yield strength, ultimate tensile strength, and fatigue life. According to the experiment design, the SiC was prepared with three different particle sizes, in nanometer, submicron and micron scales. SiC powder with different mass fractions with Aluminum was cast by vortex casting by a resistive furnace equipped with an electromagnetic coil and a vacuum pump, and the composite samples were cast according to the experimental design. The samples were then subjected to dissolution. Afterward, T6 heat treatment was performed on the samples. Ultimately, the prepared experimental samples were subjected to tensile and fatigue tests, followed by the relevant standards. According to the results, reinforcement of aluminum 7075-T6 with SiC particles improved properties such as yield strength, ultimate tensile strength, and fatigue life, but reduced the elongation and ductility of the samples. The results indicate that 1% sample with nanoparticle size has improved the final tensile strength by 21.33% and has the highest fatigue strength.آلومینیوم تقویتنشده خواص مطلوبی برای استفاده در صنایع حساس نظیر صنایع هوایی و صنایع دریایی ندارد، اما وقتی با ذرات تقویتکننده به کامپوزیت تبدیل میشود، خواص مکانیکی و دیگر خواص آن بهبود مییابد. به منظور دست یابی به مقادیر بهینه تنش تسلیم، استحکام نهایی کشش، شکلپذیری و طول عمر خستگی تحت تاثیر دو پارامتر اندازه ذرات و کسر جرمی ذارت تقویتکننده، در این پژوهش ابتدا آلومینیوم 6T-7075 به عنوان فاز زمینه و از ذرات سیلیکونکارباید به عنوان فاز تقویتکننده استفاده شد. طبق طراحی آزمایش انجام شده، سیلیکونکارباید با سه اندازه ذره مختلف، در مقیاسهای نانومتر، زیرمیکرون و میکرون تهیه شد. پودر سیلیکونکارباید با کسر جرمیهای مختلف با آلومینیوم، به روش ریختهگری گردابی توسط کوره مقاومتی مجهز به کویل الکترومغناطیسی و پمپ خلأ ترکیب، و نمونههای کامپوزیتی طبق طراحی آزمایش انجام شده، ریختهگری شدند. سپس نمونهها تحت عملیات انحلال قرار گرفتند. در ادامه عملیات حرارتی 6 Tبر روی نمونهها انجام شد. در انتها آزمونهای کشش و خستگی بر روی نمونههای آزمایشی تهیه شده، طبق استانداردهای مربوطه انجام شد. با توجه به نتایج بهدست آمده، تقویت کردن آلومینیوم 6T-7075 با ذرات سیلیکونکارباید منجر به بهبود خواصی مانند استحکام تسلیم، استحکام نهایی کشش و عمر خستگی شد؛ اما ازدیاد طول و شکلپذیری نمونهها کاهش یافت. بهترین نتیجه مربوط به نمونه 1 درصد با اندازه ذرات نانو است که 33/21 درصد استحکام نهایی کشش را بهبود بخشیده است، همچنین بیشترین استحکام خستگی را نیز نمونه 1 درصد با اندازه ذرات نانو داشته است.دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321Thermal elastohydrodynamic analysis of mechanical sealsi using finite difference methodتحلیل الاستوهیدرودینامیک دمایی آببند مکانیکی به روش تفاضل محدود101114242610.22044/jsfm.2022.10692.3378FAمحسن رحیم پوردانشجوی دکتری، گروه مکانیک، پردیس دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهانصالح اکبرزادهدانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهانJournal Article20210418Nowadays analysis of mechanical seals is of great importance since it causes improvement in the performance of mechanical systems and it enables one to reduce the leakage in the seal. In this paper a MTM 30 mechanical seal has been analyzed. The analysis has been conducted in both thermal and isothermal modes using finite difference method. The pressure distribution as well as film thickness has been predicted and compared to the published results available in the literature. The results show that considering thermal effects results in an increase in pressure for 16.55% and a reduction in film thickness of 33.4% compared to the situations in which isothermal analysis is conducted. A parametric study has been conducted which evaluates the effect of speed, viscosity, and load on the performance of the mechanical seal. Film thickness, pressure distribution, and film thickness has been studied in this parametric study. The results in this method have been shown to be in good comparison with other results.امروزه تحلیل الاستوهیدرودینامیک آببند مکانیکی در راستای بهبود عملکرد آببند یکی از مهمترین مسائل میباشد تا بواسطه آن بتوان نشتی سیال از تجهیزات صنعتی را به حداقل رساند. در این مقاله تحلیل عددی آببند مکانیکی MTM سری 30 در دو حالت دمایی و همدما و بر اساس پارامترهای سیال، سرعت چرخشی و دما به روش تفاضل محدود انجام شد و توزیع فشار و ضخامت فیلم سیال در دو حالت ذکر شده مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان میدهد که فشار در حالت دمایی نسبت به حالت همدما به میزان %55/16 افزایش مییابد و ضخامت فیلم به میزان %4/33 کاهش مییابد که این امر در مجاورت قطر خارجی آببند پدید میآید. مقایسه نتایج در تحلیل عددی بر روی پارامترهای موثر بر عملکرد آببند مانند سرعت چرخش، لزجت سیال و نیرو در حالت دمایی نشان دهنده آن است که این پارامترها بر عملکرد آببند تاثیرگذار بوده و تغییرات تاثیرگذاری بر روی توزیع فشار، ضخامت فیلم سیال و توزیع دمایی ایجاد میکنند.دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321Numerical simulation of Lucid spherical turbine and investigation the effect of different parameters of blades on its performanceشبیه سازی سه بعدی توربین کروی لوسید و بررسی تاثیر پارامترهای مختلف پره ها بر عملکرد آن115131242710.22044/jsfm.2022.9993.3346FAبهنام دشتی محمودابادیدانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهدحمیدرضا زارعیدانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهدمحمود پسندیده فرداستاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد0000-0003-2498-5476Journal Article20210302In this paper the research has been performed on the cross-axis flow Lucid spherical turbine. Three-dimensional steady numerical simulation is used to determine power output and performance of this kind of turbines for low velocities in a channel. The k-ω SST turbulence model is used to perform the turbulent steady flows around the turbine. Further, Bachant and Wosnik's experimental data reported for spherical Lucid turbine, is employed to confirm the simulations. The influence of three effective parameters of blades, including the chord length, the number of blades and the type of airfoil section on the turbine performance are investigated over a range of tip-speed-ratios. It was found that increasing the blade chord length in lower speed tip ratios cause to increase the power coefficient up to %15 compared to the original version. Also, for the turbine with three blades, the best results were obtained by which, the power coefficient increased by 12.5%. Finally, it is obtained that using asymmetric airfoil section for blades has a positive effect on the turbine performance.در پژوهش حاضر تحقیق بر روی توربین کروی لوسید از دسته توربین های جریان متقاطع انجام شده است. از شبیه سازی سه بعدی پایا جهت ارزیابی قدرت خروجی و عملکرد این نوع توربین در یک کانال با سرعت جریان کم استفاده شده است. از مدل آشفتگی k-ω SST جهت جریان آشفته اطراف توربین استفاده شده است. از نتایج تجربی باچانت و وزنیک گزارش شده برای توربین کروی لوسید، برای تایید صحت شبیهسازیها استفاده شده است. اثر سه پارامتر موثر بر عملکرد توربین شامل تعداد ، طول وتر و نوع مقطع پره ها در دامنهای از نسبت سرعت های نوک پره مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزایش طول وتر پره در نسبت سرعت های کمتر باعث افزایش 15 درصدی ضریب توان توربین نسبت به نوع اصلی آن می شود. همچنین در توربین با سه پره بهترین نتایج به دست آمد که منجر به افزایش ضریب توان به اندازه 12.5درصد شده است. نهایتا بدست آمد که استفاده از ایرفویل های نامتقارن تاثیر مثبتی بر روی عملکرد توربین دارد.دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321Experimental Study of a Single Bubble Growth and Detachment from a Submerged Orifice in the Liquid Column Using Passive Acoustic Emissionمطالعه تجربی دینامیک رشد و جدایش حباب منفرد از مجرای زیرآبی در ستون مایع به روش انتشار آوایی غیرفعال133142242810.22044/jsfm.2022.10885.3416FAامیر اکبری سولاکارشناسی ارشد، گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.محمد رضا انصاریاستاد، گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.Journal Article20210617In the present study, the dynamics associated with single bubble growth and its detachment has been studied using passive acoustic emission and high frame rate imaging methods. Synchronization of imaging with acoustic data acquisition demonstrated the functionality of the acoustic emission method in studying the dynamics of bubble growth and detachment. The investigations showed that the maximum amplitude of the oscillations in the time series of the acoustic emission signal occurs shortly before the bubble detaches. Instantly the rate of bubble volume rise is decelerating. in accordance with the dominant frequency of the acoustic emission wave that arises at the same time with the jump in acoustic time series, the bubble size based on the Minnaert equation with the corrected coefficients is estimated to be only 1.37% different from the results of image processing. According to the sequence of images recorded from the bubble growth frames, the ratio of the vertical and horizontal axis lengths of the bubble is continually changing during the bubble growth period and eventually, the bubble detaches from the orifice when the ratio approaches 1. Although by detachment, the bubble does not have a spherical shape due to the pressure forces.در پژوهش حاضر، دینامیک مرتبط با رشد و جدایش حباب منفرد به کمک دو روش تجربی انتشار آوایی غیرفعال و تصویربرداری با نرخ فریم بالا مورد مطالعه قرار گرفته است. همگامسازی تصویربرداری با دادهبرداری آکوستیک، قابلیت بالای روشهای مبتنی بر انتشار آوایی را در مطالعهی دینامیک رشد و جدایش حباب به اثبات رساند. بررسیها نشان داد که بیشینهی دامنهی نوسانات در سری زمانی سیگنال انتشار آوایی، اندکی قبل از لحظهی جدا شدن حباب از مجرا رخ میدهد و در این لحظه نرخ افزایشی حجم حباب در حال کند شدن میباشد. از روی فرکانس غالب موج انتشار آوایی که در همین زمان رخ میدهد، اندازهی حباب تخمین زده شده است که براساس رابطه-ی مینائرت با ضرائب تصحیح، تنها 37/1 درصد با نتایج حاصل از پردازش تصویر اختلاف دارد. مطابق توالی تصاویر ثبت شده از مراحل رشد حباب، نسبت طول محورهای عمودی و افقی حباب همواره در طول زمان رشد حباب در حال تغییر است و حباب زمانی از مجرا جدا میشود که این نسبت به 1 نزدیک شود؛ هرچند در این لحظه به دلیل نیروهای فشاری، حباب شکل کروی ندارد.دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321Mathematical model of a vacuum box electric furnace for online computation: A nonlinear ordinary differential equation model and experimental verificationارائه مدل حرارتی کوره الکتریکی خلاء مکعبی برای محاسبات بلادرنگ: مدل معادلات دیفرانسیل معمولی غیرخطی و اعتبارسنجی تجربی145157242910.22044/jsfm.2022.11174.3464FAداریوش آجرلودانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایرانمصطفی نظریاستادیار، دانشکده مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایرانمحسن نظریدانشیار، دانشکده مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایرانناصرالدین سپهریاستادیار، دانشکده مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایرانJournal Article20210906Mathematical modeling plays an important role in designing and optimizing of heat transfer systems. Due to radiation heat transfer mode in a vacuum environment, the behavior of the system is very nonlinear. In this paper, a new nonlinear ODE model for a vacuum box heat chamber is developed which is suitable for online computation, and the validity of the model is investigated using an experimental set. A specific input is given to the both mathematical model and the experimental set. With some of this data, system parameters are extracted using the genetic algorithm. Then, the behavior of the mathematical model and the experimental system with the extracted parameters are compared using cycles that have not been used in optimization. The comparison shows the accuracy of the proposed mathematical model. Then, to examine the model more closely and to observe the effect of model parameters on system behavior, the Monte Carlo method was used to analyze the overall sensitivity of the model. For this purpose, Latin hypercube sampling and partial rank correlation coefficients have been used to rank the parameters. The results show that the thermal conductivity of insulators is the most important parameter affecting the behavior of the system.مدل ریاضی در طراحی و بهینهسازی سیستمهای انتقال حرارت نقش بسزایی دارد. به دلیل وجود مود انتقال حرارت تشعشع در محیط خلاء، رفتار چنین سیستمهایی بسیار غیرخطی است. در این مقاله، یک مدل معادلات دیفرانسیل معمولی غیرخطی جدید برای یک محفظه حرارتی مکعبی خلاء جهت استفاده در محاسبات بلادرنگ، استخراج شده است و اعتبار مدل با استفاده از یک مجموعه تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، یک ورودی مشخص به مدل ریاضی و مجموعه تجربی داده شده که با بخشی از این اطلاعات، پارامترهای سیستم با استفاده از الگوریتم بهینهسازی ژنتیک استخراج شده است. سپس، رفتار مدل ریاضی و سیستم تجربی با پارامترهای استخراج شده، در سیکلهایی که در بهینهسازی از آنها استفاده نشده است، مقایسه شده است. مقایسههای انجام شده، صحت مدل ریاضی ارائه شده را نشان میدهد. سپس، برای بررسی دقیقتر مدل و مشاهده میزان تاثیر پارامترهای مدل بر رفتار سیستم، از روش مونتکارلو برای آنالیز حساسیت کلی مدل استفاده شده است. برای این منظور از نمونهبرداری لاتینهایپرکیوب و ضرایب همبستگی رتبه جزئی برای رتبهبندی پارامترها استفاده شده است. نتایج نشان میدهد که ضریب رسانش حرارتی عایقها مهمترین پارامتر تاثیرگذار بر رفتار سیستم است.دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321Thermoeconomic optimization and investigation of condensation effect on Shell & Tube condenser in the presence of non-condensable gases with a new approachبهینهسازی ترمواقتصادی و بررسی اثر چگالش در چگالنده پوسته ـ لولهای در حضور گازهای غیر چگالنده با رویکردی جدید159173243010.22044/jsfm.2021.8933.3025FAسمیه داودآبادی فراهانیاستادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراکسینا خرم پوردانشجو، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراکJournal Article20190919A thermo-economic performance optimization has been carried out for a shell and tube condenser TEMA-E. In the considered model, the irreversibilities due to heat transfer between the hot and cold stream are taken into account. The objective function is defined as the actual heat transfer rate per unit total cost considering lost exergy and investment costs. The optimal performance and design parameters which maximize the objective function have been investigated. The effects of the technical and economical parameters on the general and optimal thermo-economical performances have been also discussed. The results show that the objective function increases with increasing heat capacity ratio and decreasing inlet temperature and ambient temperature ratio. The dominant term in entropy generation in this study is due to the heat exchange between the condensed fluid and the cold fluid. According to the operating conditions of the heat exchanger, a correlation has been obtained for the thermal efficiency that maximizes the objective function. Optimal value of the design variables obtained from Pattern search method and the Ant Lion Optimizer method are relatively different at about 0-0.13%; depending on the type of optimization method and its internal operators. But the optimal value of the objective function in both methods is approximately 16.08. The analysis and optimization presented herein may provide a basis for both determinations of the optimal performance parameters for real heat exchanger.هدف از این مقاله، بهینهسازی عملکرد ترمودینامیکی و اقتصادی برای یک چگالنده پوسته ـ لولهای نوع TEMA-E با یک گذر لوله و یک گذر پوسته است. در این چگالنده، آب خنککننده در درون لولهها جریان دارد و چگالش بخار در سمت پوسته رخ میدهد. تحلیل اگزرژی چگالش بخار خالص در مخلوطی از یک گاز غیر قابل کندانس ارائه شده است. تابع هدف ترمو-اقتصادی بر اساس نرخ انتقال حرارت واقعی بر واحد هزینهی کل با در نظر گرفتن هزینههای افت اگزرژی و هزینههای سرمایهگذاری تعریف شده است. اثرات عملکرد بهینهی چگالنده، پارامترهای اقتصادی، اثرات فنی و پارامترهای طراحی برای به حداکثر رساندن تابع هدف، مورد بررسی قرار گرفتهاند. نتایج نشان میدهد که تابع هدف با افزایش پارامتر هزینه افت اگزرژی، افزایش نسبت ظرفیتهای گرمایی و کاهش نسبت دماهای ورودی و دمای محیط، افزایش مییابد. بهینهسازی با استفاده از روش مشتقگیری از تابع هدف، روش جستجوی الگویی و روش بهینهسازی فرا ابتکاری انجام شده است. رابطهایی برای تابع هدف بیشینه به ازای شرایط مختلف کارکرد مبدل حرارتی بر اساس مقدار بهینه بازده حرارتی به دست آورده شده است. مقادیر بهینه متغیرهای طراحی حاصل از دو روش بهینهسازی به طور نسبی در حدود0-13% باهم تفاوت دارند؛ که این تفاوت، به نوع روش بهینهسازی و عملگرهای درونی آن بستگی دارد. باتوجه به تابع هدف ترمو-اقتصادی، دیده میشود که نتایج حاصل از بهینهسازی با استفاده از هر دو روش تقریبا یکسان و برابر 08/16 است.دانشگاه صنعتی شاهرودمکانیک سازه ها و شاره ها2251-947512120220321A numerical feasibility study on using piezoelectric pumps as dosing pumps by implementing fluid-structure interactionامکان سنجی عددی استفاده از پمپهای پیزوالکتریک جهت کاربرد به عنوان پمپ تزریق با در نظر گرفتن بر همکنش سیال و سازه175189239910.22044/jsfm.2022.11134.3456FAرفعت محمدیاستادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه اراک0000-0003-3675-4851محمدرضا شیخ الاسلامیاستادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه اراکفاطمه راهزانیدانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه اراکمحمدرضا قادریدانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه اراکمجتبی مهاجریمحقق، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه اراکJournal Article20210824In this paper, the performance of a piezoelectric pump is numerically simulated by considering the main equations of fluid flow, elastic diaphragm and electric field. The simulation is conducted using the two-way fluid-structure interaction approach, as the fluid and structure affect each other in performance of piezoelectric pumps. The simulation results are compared with experimental results and the maximum error in steady analysis is obtained 9.66% and in un steady analysis is 8.95%. Due to the good time response and the possibility of flow control by piezoelectric pumps, the feasibility of using piezoelectric pumps as dosing pumps is investigated. The simulation results showed that the designed piezoelectric pump could be used as a dosing pump; so that if the pilot gas pressure reducing station operates at its maximum capacity (10,000 cubic meters per hour), the proposed pump will inject the required odorant at a voltage of 200 volts and a frequency of 0.167 Hz. The proposed odorizer system, in addition to the possibility of precise control of the amount of injected odor, has a lower initial cost and operation cost than the present bypass system at the station.در این مقاله عملکرد یک پمپ پیزوالکتریک با در نظر گرفتن معادلات اصلی جریان سیال، دیافراگم الاستیک و میدان الکتریکی به صورت عددی شبیهسازی شده است. با توجه به اینکه در عملکرد پمپهای پیزوالکتریک سیال و سازه هر دو روی هم تاثیر میگذارند، شبیهسازی با منظور نمودن تاثیرات برهمکنش سیال و سازه به روش دو طرفه انجام شده است. نتایج بهدست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و حداکثر خطا در مقایسه با نتایج تجربی در تحلیل پایدار 66/9 درصد و در تحلیل ناپایدار 95/8 درصد محاسبه شده است. با توجه به پاسخ زمانی خوب و امکان کنترل دبی توسط پمپهای پیزوالکتریک، امکان استفاده از پمپ پیزوالکتریک به عنوان پمپ تزریق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیهسازی نشان داد که پمپ مورد بررسی میتواند جهت تزریق ماده بودارکننده به گاز طبیعی مورد استفاده قرار گیرد؛ به طوریکه اگر ایستگاه تقلیل فشار گاز پایلوت در حداکثر ظرفیت خود (10000 مترمکعب در ساعت) کار کند، پمپ پیشنهادی در ولتاژ 200 ولت و فرکانس 167/0 هرتز، دبی مورد نیاز ماده بودارکننده را تزریق خواهد کرد. سیستم بودارکننده پیشنهادی علاوه بر امکان کنترل دقیق مقدار ماده تزریق شده، نسبت به سیستم کنارگذر موجود در ایستگاه هزینه اولیه و بهرهبرداری کمتری دارد.