Al-Qadisiyah Journal for Engineering Sciences

1

OPTIMAL SELECTION OF HEAT TRANSFER SURFACES FOR PLATE-FIN HEAT EXCHANGERS

Pages: 1-15 English

Abstract

The surface selection method is the performance evaluation criteria (PEC) to reach an optimum
surface selection. The method is not limited to surfaces found in the literature, but will accommodate
any type of the heat transfer surfaces. The capability is demonstrated by the surface of selection of gas
/gas plate-fin heat exchanger. A general methodology for plate-fin heat exchangers surface selection
has been shown and applied for a specific illustration problems. The objective of the present work can
be summarized as the selection of the plate-fin surfaces (high performance surfaces) depending on the
qualitative and quantitive consideration for low Re.

Abstract

إن طريقة الاختيار المثلى لسطوح انتقال الحرارة في هذا البحث هي طريقة تقييم الأداء للوصول إلى امثل اختيار. هذه الطريقة
غير محددة بالسطوح الموجودة بالبحث فحسب, بل هي ملائمة لكل سطوح انتقال الحرارة. تم تطبيق هذة الطريقة على اختيار سطوح انتقال الحرارة لمبادل غاز-غاز الحراري ذو الصفيحة-زعنفة. آذلك تم عرض أسلوب وطريقة الاختيار المثلى بمسائل توضيحية. هذا البحث يعتمد على الاعتبارات الكمية والنوعية للوصول للاختيار الأمثل للسطوح الحرارية لمبادلات الصفيحة-زعنفة الحرارية.

2

دراسة تصميم وأداء محرك بارد وعديم التلوث باستخدام النتروجين السائل كمائع شغل

Pages: 1-14 Arabic

Full Text Issues

Abstract

Liquid Nitrogen LN2 is used as a working fluid for an engine using an open
Rankine cycle. Ambient heat exchangers are used to open power the engine that is
configured to maximize heat transfer during the expansion stroke, where in this
engine no combustion will occur, but only expansion to LN2. If sufficient heat input
during the expansion process can be realized, then this engine would provide greater
automotive ranges and lower operating costs than those of electric vehicles currently
being considered for mass production. This engineering challenges has been evaluated
and several means of achieving isothermal expansion are discussed.

Abstract

Open كمائع شغل لمحرك يعمل على أساس دورة رانكن المفتوحة LN تم استخدام النتروجين السائل 2
ان هذا المحرك تم تصميمه نظريًا بحيث يحقق اكبر عملية انتقال حرارة خلال شوط .Rankine Cycle
باستخدام مبادلات حرارية هوائية، حيث إن هذا المحرك لا يوجد فيه أي Expansion Stroke التمدد
احتراق بل تمدد لضغط النتروجين السائل فقط .إذا كانت كمية الحرارة الداخلة خلال شوط التمدد كبيرة , فان
هذا المحرك يعوض عن استخدام المحركات الكهربائية من ناحية القدرة الخارجة وكلفة التشغيل في حالة
الإنتاج بالجملة. كل هذه التحديات الهندسية تم دراستها في هذا البحث. بالإضافة إلى العديد من الطرق اللازمة
.Isothermal Expansion للحصول على التمدد الايزوثيرمي

3

SHEAR TRANSFER STRENGTH OF STEEL FIBER REINFORCED CONCRETE

Pages: 16-32 English

Full Text Issues

Abstract

Push-off tests were performed and a finite element model was adopted to study the influence
of steel fibers on shear transfer strength of concrete. Nine push-off specimens were used. The
specimens were divided into three groups each of a definable amount of steel fibers. Also, the
amount of steel stirrups crossing the shear plan was variable. The results show that the use of steel
fibers in combination with steel stirrups can minimize the required amount of stirrups and improve
strength and ductility. Comparing test and theoretical results with the provisions of ACI-05 Code, it
is concluded the ACI-05 shear-friction method gives a very conservative estimate of shear transfer
strength of concrete.

Abstract

وتبني موديل للعناصر المحددة لدراسة تأثير ألألياف الحديدية على (Push-off) في هذا البحث تم القيام بدراسة نماذج خاصة
مقاومة انتقال القص للخرسانة. تم فحص تسعة نماذج و قسمت النماذج إلى ثلاثة مجاميع حسب نسبة ألياف الحديد المستخدمة. آذلك
آانت آمية حديد القص (الأترية) التي تقطع مستوى القص متغيرة. أظهرت النتائج أن استخدام ألياف الحديد بالاشتراك مع حديد
القص بإمكانه أن يقلل آمية حديد القص اللازمة مع تحسين في المقاومة و المطيلية. آما تبين المقارنة بين النتائج العملية و النظرية
في المدونة الأمريكية أن طريقة المدونة الأمريكية في حساب (Shear-friction) لهذا البحث مع الفقرات الخاصة بقص-الاحتكاك
مقاومة انتقال القص تعتبر متحفظة جداً.

4

ELECTROLYTIC PREPARATION OF COPPER POWDER WITH PARTICLE SIZE LESS THAN 63μm

Pages: 32-45 English

Full Text Issues

Abstract

An electrochemical cell consisting of two electrodes (Lead-6%antimony alloy cathode and
copper anode, (99.9%)) was used to study the electrolytic preparation of copper powder with
particle size less than (63μm) directly as powdery form. Copper sulphate dissolved in sulfuric acid
solution was used as electrolyte. The produced powder was thoroughly washed with an acidified
distilled water and absolute ethanol, then dried under an inert atmosphere at 80oC, and classified by
screening. Samples of prepared powder were taken to determine their purity by atomic absorption.
The effects of current density, metal ion concentration, sulfuric acid concentration, and electrolysis
time on the weight percent of copper powder less than (63μm), yield and current efficiency were
studied.
It was found that copper powder with particle size less than (63μm) can be prepared at a weight
percent (79.7% ) and current efficiency( 75%) using cathode current density (0.16 A/cm2),copper
ion concentration(5gm/l),sulfuric acid concentration(100gm/l)temperature(25-30oC)and electrolysis
time equal to(2hr). The prepared powder having an apparent density (2.24 gm/cm3) and specific
surface area (421 X 103 cm2/gm). Its average particle size was (42 μm) and its purity was (99.7%)

Abstract

ودي ???? ر ان ???? ون والأخ ???? اص - 6%انتيم ???? بيكه رص ???? ن س ???? صنوع م ???? اثودي م ???? تم استخدام خليه آهروآيميائيه مؤلفه من قطبين احداهما آ
اتج ???? سحوق الن ???? ك .الم ???? مصنوع من النحاس ذو نقاوة (% 99.9 ) .تم استخدام الكتروليت من آبريتات النحاس مذابه في حامض الكبريتي
سب ???? صنيفه ح ???? ك ت ???? ع ذل ???? 80 )تب oC) راره ???? ة ح ???? ل بدرج ???? و خام ???? ت ج ???? ه تح ???? م تجفيف ???? انول ث ???? تم غسله جيدا بماء محمض ومقطر ومن ثم بالأيث
الحجم الحبيبي .تم اخذ نماذج من المسحوق المحضر وحددت نقاوته باستخدام تقنية الأمتصاص الذري .تم دراسة تاثير آل من آثافة
التيار,ترآيز ايون النحاس ,ترآيز حامض الكبريتيك وزمن التحلل الكهربائي على النسبه الوزنيه للمسحوق الناتج ذو الحجم الحبيبي
63 ) بنسبه μm) 63 ),الأنتاجيه,وآفائة الت يار وجد انه بالأمكان تحضير مسحوق النحاس ذو الحجم الحبيبي الأقل من μm) الأقل من
ه ???? 5) مذاب gm/l) اس ???? 0.16 )وترآيز ايونات النح A/cm وزنيه لاتقل عن(% 79.7 ) وآفائة تيار (% 75 )عند استخدام آثافة تيار ( 2
2hr.) ل???????? زمن تحل ???????? 25-30 ) ب oC) راره ???????? ة ح ???????? ائي بدرج ???????? ل اآهرب ???????? ة التحل ???????? راء عملي ???????? 100 ) وإج gm/ l) ز???????? ك ذو ترآي ???????? امض الكبريتي ???????? ي ح ???????? ف
421 X ه ( 103 ???? طحيه نوعي ???? ساحه س ???? 2.24 ) و ذو م gm/cm ه ( 3 ???? ه الظاهري ???? ت آثافت ???? روف آان ???? ذه الظ ???? ).المسحوق المحضر عند ه
. ( 42 )ونقاوه (% 99.7 μm) ومعدل حجم حبيبي ( cm2/gm

5

OPTIMUM HYDRAULIC DESIGN FOR INVERTED SIPHON

Pages: 46-59 English

Full Text Issues

Abstract

In this research, optimum hydraulic design for siphon has been studied depending on the
method of optimization (Modified Hooke and Jeeves) with some modifications. Some
modifications on this method have done. These modifications are: 1- Modification on the assumed
initials base points 2- Modification on the value of step length 3- Modification on the value of the
reduced step length at each trial. The siphon shapes that used in this study are pipe, square, and
rectangular. The materials that used are concrete and steel for designing inverted siphon.
A computer program depending on the method of (Modified Hooke and Jeeves) has
written for optimum hydraulic design of inverted siphon structure with "Quick- Basic" language.
Many examples solved by using this program to make insure the accuracy of it.

Abstract

ع ???? م Modified Hooke and (Jeeves ) ة???? ى طريق ???? اد عل ???? ل بالاعتم ???? دروليكي الامث ???? صميم الهي ???? في هذا البحث تم دراسة الت
ى ???? ديلات عل ???? ي : 1- تع ???? صها للات ???? ن تلخي ???? ة يمك ???? بعض التعديلات التي أجريت عليها خلال هذا البحث.أن تلك التعديلات على هذه ألطريق
النقطة الابتدائية المفروضة 2- تعديلات على قيمة الخطوة 3- تعديلات على قيمة الخطوة المخفضة المضافة في آل محاولة.
صميم ???? للت ( Modified Hooke and Jeeves) ة???? ى طريق ???? اد عل ???? بالاعتم "Quick- Basic" ة???? ب بلغ ???? امج حاس ???? ل برن ???? لقد تم عم
الهيدروليكي الامثل للسيفون، وتم تطبيق عدة أمثلة محلولة باستخدام هذا البرنامج للتأآد من دقته.

6

EFFECT OF MAGNETIZED WATER ON THE PROPERTIES OF CEMENT MORTARS AT THE EARLIER AGES

Pages: 95-108 English

Full Text Issues

Abstract

This study had been conducted to investigate the influence of magnetized water on the
properties of cement mortars such as initial and final setting time, consistency and compressive
strength with various water/cement ratios at the ages of 1 and 7 day. Results of (50) specimens with
different shapes had been adopted, which represented mortars specimens having compressive
strength ranging from (5.5) to (32.5) MPa, initial setting time ranging from (4) to ( 32) minutes and
final setting time ranging from (303) to (546) minutes, by using two types of mixing water , first
one is tap water , and the other is magnetized water.The results showed that the use of magnetized
water in producing cement mortars lead to increase in the compressive strength and decreasing in
the initial and final setting time with compare to use of tap water. Results also showed that the
optimum water/cement ratio give best compressive strength under the conditions of this study was
(0.45).

Abstract

أجريت هذه الدراسة للتحري عن تأثير استخدام الماء الممغنط على خواص المونة السمنتية, آزمن التجمد الابتدائي و
النهائي و القوام و مقاومة الانضغاط باستخدام نسب ( ماء/ سمنت ) مختلفة , مقاومة الانضغاط تم فحصها بعمر 1 و 7 يوم .
( زمن تجمد ابتدائي تراوح بين ( 4 , MPa ( تم اعتماد نتائج 50 نموذج ذات مقاومة انضغاط تراوحت بين ( 5.5 ) و ( 32.5
و ( 32 ) دقيقة و زمن تجمد نهائي تراوح بين ( 303 ) و ( 546 ) دقيقة وباستخدام نوعين من ماء الخلط , الأول هو ماء الحنفية و
الثاني هو الماء الممغنط. النتائج بينت إن استخدام الماء الممغنط في إنتاج المونة السمنتية يؤدي إلى زيادة مقاومة الانضغاط و
نقصان في زمن التجمد الابتدائي و النهائي بالمقارنة مع استخدام ماء الحنفية . أما أفضل نسبة ( ماء/ سمنت ) أعطت أعلى
.( مقاومة انضغاط في ظل ظروف هذه الدراسة آانت ( 0.45

7

OPTIMUM DESIGN OF STEEL FRAMES COMPOSED OF TAPERED MEMBERS USING STRENGTH AND DISPLACEMENT CONSTRAIN

Pages: 109-125 English

Full Text Issues

Abstract

Design of steel tapered member under combined axial and flexural strength is somewhat
complex if no approximations are made. However, recent Load Resistance Factor Design (LRFD)
of the AISC code has treated the problem with sufficient accuracy and ease. The aim of this study is
to present an algorithm for the optimum design of steel frames composed of tapered beams and
columns with I-section in which the width is taken as constant, together with the thickness of web
and flange, while the depth is considered to be varying linearly between joints .The objective
function which is taken as the weight of the steel frame is expressed in terms of the depth at each
joint. Both the displacement and combined axial and flexural strength constraints are considered in
the formulation of the design problem .The strength constraints are expressed as a nonlinear
function of the depth variables. The optimality criteria method is then used to obtain a recursive
relationship for the depth variable under the displacement and strength constraints. Numerical
examples are presented to demonstrate the practical application of the algorithm.

Abstract

يعتبر تصميم العضو الإنشائي غيرالموشوري تحت تأثير الأحمال المركبة المحورية وأحمال الانثناء من الأمور المعقدة
التابعة LRFD بعض الشيء إذا لم تستخدم بعض الحلول التقريبية في صياغة المعادلات التصميمية , ان المدونة الأمريكية
للمعهد الأمريكي للمنشات الحديدية تعاملت مع هذه المسالة بطريقة بسيطة نسبيا وبدقة لأبأس بها. ان الهدف من هذا ابحث هو
تقديم طريقة ومن ثم مخطط انسيابي للتصميم الأمثل للهياكل الحديدية المؤلفة من أعضاء لاموشورية (أعمدة, جسور ) ومكونة
بحيث يكون عرض المقطع مع سمك الشفة و الوتر ثابتين بينما عمق المقطع يكون متغيرا ( I ) من مقاطع على شكل حرف
على طول ذلك. ان الدالة المطلوبة في هذه الدراسة تمثل الوزن الكلي للمنشأ ولذلك تم التعبير عن هذه الدالة بدلالة سمك
المقطع العرضي للعضو في كل نهاية من نهايتيه . تم الأخذ بنضر الاعتبار محددي الإزاحة و المقاومة في كتابة المعادلات
التصميمية . تم التعبير عن دالة محدد المقاومة بصيغة غير خطية وبدلالة سمك المقطع أيضا , ومن ثم وباستخدام محدد الامثلية تم الحصول على عدة علاقات تكرارية متتالية للمتغير التصميمي (سمك المقطع الإنشائي) تحت محددي الإزاحة و
المقاومة . تم تطبيق الأسلوب المقترح على مجموعة من الأمثلة لتوضيح فعالية التقنية المتبعة والبرنامج المستخدم .

8

Experimental Study of the Effect of Zinc Borate on Flame Retardancy of Carbon- Kevlar Hybrid Fibers

Pages: 126-132 English

Full Text Issues

Abstract

This study aims to investigate possibility to increase the flame retardancy for composite
materials by addition of a flame retardant material which represent the zinc borate as a coating layer
of (4mm) thickness on the surface of composite material consist of araldite resin reinforced by
hybrid fibers from carbon and kevlar fibers as a consecutive layers which be as a woven roving º)
(0 º - 90. Then, this system (flame retardant material and composite material) was exposed to a
direct flame which generated from oxyacetylene flame (up to 3000ºC) and gas flame (2000ºC)
under different exposure distances (10,15, and 20mm), and study the range of resistance of flame
retardant material layer to the flames and protected the substrate where we used the method of
measuring the surface temperature opposite to the flame where we obtained the better results with
large exposed distance and large percentage from protective layer which is zinc borate (30%) for
both types of flames , as well as the flame resistance will be increased with decrease the flame
temperature .

Abstract

ورات ???? ل ب ???? ي تمث ???? ب والت ???? ة للّه ???? تهدف هذ ه الدراسة لبحث امكانية زيادة إعاقة اللّهب للمواد المرآبة عن طريق إضافة مادة معيق
ن ???? ة م ???? اف هجين ???? وى بألي ???? دايت المق ???? نج الإرل ???? ن رات ???? ة م ???? ة المكون ???? ادة المرآب ???? طح الم ???? ى س ???? 4) عل mm) سمك ???? لاء ب ???? الخارصين بشكل طبقة ط
رض ???? دها ع ???? 0) . بع º - 90 º) اه ???? ة الإتج ???? ألياف الكاربون وألياف آيفلار بشكل طبقات متتابعة والتي تكون بشكل ظفائر محاآة ثنائي
ن ???????? ر م ???????? رارة أآث ???????? ة ح ???????? تيلينية بدرج ???????? سي أس ???????? علة أُوآ ???????? ن شُ ???????? د م ???????? ر متول ???????? ب مباش ???????? ى لّه ???????? ة) إل ???????? ادة المرآب ???????? ب و الم ???????? ة للّه ???????? ادة المعيق ???????? ام (الم ???????? ذا النظ ???????? ه
(20mm,15mm,10mm) ة???????? رض مختلف ???????? سافات تع ???????? 2000 ) وبم ºC) رارة ???????? ة ح ???????? ة بدرج ???????? علة غازي ???????? ن شُ ???????? د م ???????? ب متول ???????? 3000 ) وله ºC)
ة ???? اد طريق ???? م إعتم ???? ث ت ???? ا حي ???? ودراسة مدى مقاومة طبقة المادة المعيقة للّهب لحرارة الشُع لتين ومدى حمايتها للمادة المرآبة الواقعة تحته
ائج ???? ضل النت ???? ى أف ???? صول عل ???? م الح ???? ث ت ???? ام حي ???? ذا النظ ???? لال ه ???? قياس درجة حرارة السطح المقابل للشعلة في قياس درجة الحرارة المنتقلة خ
افة ???? شعلتين إض ???? لا ال ???? سبة 30 %) ولك ???? ين (ن ???? عندما تكون مسافة التعرض آبيرة و أآبر نسبة للطبقة الحامية والتي هي بورات ا لخارص
إلى ذلك تزداد المقاومة للّهب آلما قلت حرارة الشُعلة

9

THE EFFECTS OF TWO SHAFT GAS TURBINE OPERATING CONDITIONS ON THE OVERALL PERFORMMANCE

Pages: 60-75 English

Issues

Abstract

In this research, we study the effect of the some parameters (gas turbine speed, power turbine
speed, mass flow rate of air, mass flow rate of fuel, compression ratio, air to fuel ratio and inlet
compressor temperature) on the overall system efficiency, alternator efficiency and the overall heat
efficiency of the two shaft gas turbine system, the working fluid was propane. Firstly we checked the
experimental results by plotted the (T-S diagram) between the experimental and analytical solution and
then we study the effect of the above parameters on the overall system efficiencies. Also we checked
the effect of the inlet compressor temperature on the overall gas turbine performance .From these
results, we can notes the increasing of the compression ratio and the power turbine speed will increase
the overall efficiency, overall heat efficiency and decreasing the alternator efficiency, at the same time
is increase the gas turbine efficiency.

Abstract

خلال البحثِ الحالي تم دراسة تأثير بَعْض المتغيرات مثل (سرعة دوران التوربين الغازي ، سرعة دوران توربين القدرة ،
معدل جريان الهواء و معدل جريان الوقودِ ، نسبة الانضغاط ونسبة آمية الوقود إلى الهواء ودرجة حرارة الهواء الداخل الى الضاغط
على الكفاءة العامِّة للمنظومِة الغازية، الكفاءة الحرارية للمنظومِة وآفاءة المولد الكهربائي التي تستعمل البروبانً ((Compressor)
النظري والتحليليِ وبعد ذلك تم دراسة ( T-S ) آوقودِ ، أولاً تم أجراء مقارنة بين النتائج المختبرية بالاعتماد على رسم مخطط ال
حساب تأثير المتغيرات على الأداءِ العامِّ للمنظومِة الغازية. ايضا تاثير درجة حرارة الهواء الداخل للضاغط على فاعلية المنظومة تم
دراستها. مِنْ هذه النَتائِجِ يُمْكِنُ أَنْ نُلاحظَ زيادةَ نسبة الانضغاط وسرعة دوران التوربين الغازي يؤدي إلى زيَاْدَة الكفاءة العامِّة
للمنظومِة الغازية و الكفاءة الحرارية للمنظومِة وتقليل آفاءة المولد الكهربائي وفي نفس الوقت يؤدي إلى زيَاْدَة سرعة دوران توربين
القدرة.

10

THE EFFECT OF THE ENVIROMENT CONDITION ON THE UNSTEADY STATE SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER

Pages: 76-94 English

Issues

Abstract

The effect of the environment (surrounding) conditions on the effectiveness of the heat
exchanger for different working fluids are discussed here. The heat transfer between the heat exchanger
external wall and environment are considered taken by radiation and convection. The convection heat
transfer coefficient between the heat exchanger wall and the environment is taken as temperature
dependence and the heat exchanger external wall is assumed a grey body. We analyzed the effect of the
environment conditions on two type of heat exchanger working fluid, low viscid fluid (water) and
medium viscid fluid (oil SAE-30). Because of the time is very effected factor on the heat transfer, then
the unsteady state of the fluid inside the heat exchanger are assumed and analyzed in the present article.
The increase of the emissivity, environment heat coefficient and environment temperature will decrease
the hot fluid effectiveness and increase the entropy generation number. The fluid effectiveness is very
effected by the environment specially when the working fluid has lower viscosity for same flow rate.
The finite difference techniques is used to solve the unsteady state differential equations for the hot and
cold fluid.

Abstract

تأثيرَ الظروف البيئيةِ (الظروف الخارجية المحيطة) على فعالية المبادّلِ الحراري لأنواع مختلفة من الموائع تم مناقشتها هنا.
انتقال الحرارة بين الجدار الخارجي للمبادّلِ الحراريَ والبيئةِ المحيطة يحدث بالإشعاعُ والحملِ. أن معامل انتقالِ الحرارةَ بالحمل بين
الجدار الخارجي للمبادّلِ الحراريَ والبيئةِ المحيطة اعتبر معتمد على درجةِ الحرارة وجدار المبادّلِ الحراري اعتبر آجسم رمادي. تم
دراسة تأثيرَ الظروف البيئةِ على نوعان من موائع المبادل الحراري آالتالي: سائلَ منخفض اللزوجة (ماء) و سائل متوسّط اللزوجة
بسبب أن عاملُ الوقتِ مهم جداً في عملية انتقال الحرارةَ، لذلك تم فرض الحالة الغير مستقرة للسائلِ داخل المبادّلِ .(SAE- (زيت 30
الحراري.
زيادة انبعاثية الإشعاع ومعاملِ انتقال الحرارة ودرجةِ حرارة البيئةِ المحيطة سَيَنْقصانِ فعالية السائلَ الحارَ ويَزِيدانِ العشوائية
إنّ فعالية المبادّلِ الحراري تتاثر جداً بالبيئةِ المحيطة وخصوصاً عندما تكون لزوجةُ السائلِ واطةُ .(Entropy Generation) المتولدة
لنفسِ معامل الجريان. طريقة الفروقات المحدودةِ تُستَعملُ لحَلّ المعادلات التفاضليةِ للحالة الغير مستقرةِ للسائلِ الحارِ والباردِ.

Al-Qadisiyah Journal for Engineering Sciences

Articles in This Issue

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract

Abstract