مکانیک هوا فضا
سال:1398 | دوره:15 | شماره:2 (پیاپی 56) |تعداد مقالات:13

مدیریت صحیح گرما یکی از معضلات اساسی در پیل های سوختی بوده که باید به نحوی مرتفع گردد. عملکرد پیل در دماهای بالا باعث خشک شدن غشاء، افزایش مقاومت اهمی پیل، انقباض و گسیختگی غشاء و در دما های پایین باعث کاهش نرخ واکنش ها، ولتاژ، راندمان، توان خروجی و همچنین باعث میعان آب و وقوع پدیده غرقابگی در سمت کاتد می گردد. افزایش توان در پیل های سوختی با افزایش تعداد پیل ها در یک استک پیل سوختی همراه است. با افزایش توان گرمای تولید شده در استک افزایش می یابد که نیازمند دبی بالای سیال خنک کاری برای دفع حرارت تولید شده است. افزایش دبی با افزایش حجم سیستم خنک کاری، افزایش توان مصرفی پارازیتی و در نتیجه کاهش راندمان در استک همراه است. در این مقاله استفاده از نانوسیال به عنوان راهکاری برای حل این مشکل معرفی می شود و اثر آن بر کاهش توان پارازیتی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان داده است که با استفاده از مخلوط آب و 2 درصد نانوذره اکسید آلومینیم در رینولدز 6000 خواهیم توانست اختلاف دمای تمامی نقاط را نسبت به ورودی کمتر از 5 درجه نگه داریم. این در حالی است که برای سیال پایه باید حداقل رینولدز جریان به 9000 برسد.

در این مقاله طراحی کنترلر Min-Max به منظور کنترل مدل ترمودینامیکی موتور توربوفن دومحوره غیر مخلوط شونده در نقطه طراحی ارائه شده است. برای این منظور، در ابتدا محدودیت های موجود برای عملکرد مطمئن و ایمن موتور توربوفن و همچنین شرایط عملکردی بحرانی موتور مورد نظر، از کاتالوگ ها و منابع موجود بدست آمده اند و به عنوان محدودیت های کنترلر در روند طراحی در نظر گرفته شده اند. مدل سازی ترمودینامیکی موتور توربوفن به همراه طراحی کنترلر در محیط سیمولینک نرم افزار MATLAB انجام شده است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی نشان می دهند که کنترلر به خوبی تراست مورد درخواست خلبان را تامین کرده و قیدهای تعریف شده همچون محدودیت سرعت و شتاب محور فشار بالا، محدودیت فشار خروجی از کمپرسور فشار بالا و محدودیت دمای خروجی از محفظه احتراق را رعایت می کند و همچنین از وقوع پدیده های سرج، استال، خاموشی شعله در محفظه احتراق و… جلوگیری می کند.

در این مقاله، به طراحی و شبیه سازی واحد کنترل سوخت مکانیکی یک موتور توربوجت تک محوره به همراه شبیه سازی موتور پرداخته می شود. بدین منظور، پس از بیان اهمیت سیستم کنترل و معرفی و دسته بندی مودهای کنترلی یک موتور توربوجت سبک، ابتدا الگوریتم شبیه سازی حالت پایا و سپس گذرای موتور ارائه می شود. به کمک این استراتژی ها، عملکرد موتور در حالت پایا و گذرا شبیه سازی شده و با نتایج تست عملی ارزشیابی می گردد که تطابق خوب نتایج شبیه سازی و نتایج تست عملی بیانگر روند انجام صحیح شبیه سازی های موتور است. در مرحله بعد، به معرفی استراتژی کنترل سوخت مکانیکی این موتور پرداخته شده و نحوه ی عملکرد واحد کنترل سوخت (FCU) برای این موتور توضیح داده می شود. سپس به مدل سازی ریاضی و شبیه سازی عملکرد FCU در نرم افزار SimHydraulic پرداخته می شود و نتایج عملکرد FCU استخراج و توضیح داده می شود. در نهایت، پس از اطمینان از عملکرد صحیح هر دو واحد موتور و FCU دو شبیه سازی انجام گرفته با یکدیگر ترکیب شده و عملکرد موتور در حضور FCU تحلیل می گردد. نتایج مقاله، نشان دهنده روند صحیح در مدل سازی و شبیه سازی موتور مورد مطالعه و همچنین طراحی صحیح استراتژی واحد FCU می باشد.

در قرن اخیر انرژی از اهمیت ویژه ای به دلیل کمبود منابع انرژی و همچنین میزان اتلاف زیاد آن برخوردار شده است. استفاده بهینه از انرژی و به حداقل رساندن میزان اتلاف آن به یکی از بزرگترین اهداف محققان تبدیل شده و زمینه ساخت و تولید وسایلی جهت رسیدن به این هدف را فراهم آورده است. لوله گرمایی یکی از وسایلی است که دارای انتقال انرژی گرمایی بالا در حجم کم است که اخیرا به عنوان ابررسانا در بسیاری از موارد کاربرد دارد. لوله گرمایی بر اساس ابعاد و شرایط دمایی مورد استفاده و جنس سیال عامل، طراحی و استفاده قرار می شود. یکی از اجزای اصلی تشکیل دهنده لوله گرمایی سیال عامل آن بوده که با توجه به خواص سیال عامل و شرایط عملیاتی لوله گرمایی انتخاب می شود. لوله گرمایی از نوع ترموسیفون بر اساس روابط و خواص سیال و جنس بدنه در شرایط عملکردی در دمای بالا طراحی، ساخته و بررسی می شود. در این مقاله، عوامل موثر در انتقال حرارت لوله گرمایی ازجمله ضرایب انتقال حرارت داخلی تبخیرکننده و چگالنده، ضریب هدایت حرارتی به صورت تجربی و شبیه سازی عددی بررسی و نتایج آن به صورت نمودار گزارش شده است. نتایج نشان می دهند، لوله گرمایی در شار گرمایی 278 وات عملکرد بهتری داشته و هرچه به شرایط طراحی نزدیکتر می شود، عملکرد قابل قبولی ارائه می دهد.

جریان سیال تحت تاثیر میدان مغناطیسی در خنک کاری سامانه های الکترونیکی و ترانسفورماتورهای برق و پدیده های فیزیکی مثل زمین شناسی مطرح می باشد. در مطالعه حاضر اثر میدان مغناطیسی بر میدان جریان و انتقال حرارت جابه جایی طبیعی نانوسیال آب-اکسیدمس با لحاظ اثر حرکت براونی نانوذرات در محفظه ذوزنقه ای برای هر دو رژیم جریان آرام و متلاطم مطالعه شده است. مطالعه برای اعداد رایلی 103 تا 1010، اعداد هارتمن 0 تا 100 و کسر حجمی های 0تا 04/0 از نانوذرات انجام شده است. معادلات حاکم با روش حجم محدود و الگوریتم سیمپلر به صورت عددی با استفاده از یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن حل شده اند. نتایج نشان دادند که با اعمال میدان مغناطیسی و افزایش آن، سرعت جابه جایی نانوسیال و قدرت جریان در هر دو رژیم جریان آرام و متلاطم کاهش می یابد. از مقایسه خطوط جریان و هم دما در رژیم آرام با متلاطم مشخص می شود که با توجه به ثابت ماندن قدرت میدان مغناطیسی (عدد هارتمن ثابت) در هر دو رژیم جریان آرام و متلاطم، خطوط جریان و هم دما در رژیم متلاطم کمتر تحت تاثیر نیروی لورنتس قرار می گیرند. برای هر دو رژیم جریان آرام و متلاطم با زیاد شدن کسر حجمی نانوذرات و افزایش عدد رایلی عدد ناسلت متوسط زیاد می شود. همچنین در همه اعداد رایلی و کسرهای حجمی با افزایش عدد هارتمن، عدد ناسلت متوسط کاهش می یابد.

پرتابگر الکترومغناطیسی از انرژی الکتریکی برای تحریک سامانه و اعمال نیروی الکترومغناطیسی به پرتابه استفاده می کند. جهت شبیه سازی حرکت این نوع پرتابگرها نیاز است تا معادلات ماکسول در ریل و آرمیچر حل شوند. با توجه به شتاب بالا و سرعت کم آرمیچر در شروع حرکت، لازم است تا از یک شبکه غیریکنواخت در ابتدای ریل استفاده شود. تغییرات خواص فیزیکی ریل و آرمیچر با دما لحاظ گردیده است. نتایج سرعت محاسبه شده در توافق خوبی با نتایج تجربی ارایه شده در مقالات می باشد. کانتورهای میدان حکایت از آن دارد که سهم بالایی از جریان از لبه داخلی ریل و آرمیچر عبور می کند. نتایج توزیع دما نشان می دهد که بیشترین حرارت در بال های آرمیچر و لبه داخلی ریل تولید می شود. اثر توزیع دما و نیروی مغناطیسی بر توزیع تنش حرارتی در ریل و آرمیچر مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که زمان وقوع بیشترین تنش حرارتی در ریل و آرمیچر متفاوت است.

این پژوهش، به حل معادله دیفرانسیلی حاکم بر انتقال حرارت در یک ماده غیرهمگن مدرج تابعی، با استفاده از روش المان مرزی می پردازد. برای این نوع مسائل، تابع گرین یا همان حل بنیادین که برای ارائه حل المان مرزی یک مسئله لازم است، به جز در موارد محدود، شناخته شده و در دسترس نیست. در این مقاله، تابع هدایت حرارتی صفحه مدرج به صورت یک تابع درجه دوم از یک راستا، فرض می شود. با به کارگیری یک متغیر کمکی و تبدیل متغیر، معادله دیفرانسیلی حاکم به معادله ای دارای حل بنیادین شناخته شده تبدیل می شود و لذا می توان مسئله انتقال حرارت در این نوع ماده مدرج تابعی دوبعدی را با روش المان مرزی حل کرد، در صورتیکه بطور معمولی و با روش های رایج این کار امکان پذیر نیست. براساس رویکرد معرفی شده، یک کد کامپیوتری در محیط متلب نوشته شده است که صحه گذاری آن با حل مثال های مختلف و متنوع و مقایسه و بررسی نتایج آنها، صورت گرفته است.

در این مقاله فرایند شکل دهی الکتروهیدرولیک گرم (WEHF) به عنوان یک فرایند جدید شکل دهی برای بهبود شکل پذیری ورق های فلزی ارائه شده است. در این روش ورق قبل از شکل دهی، گرم شده و سپس با استفاده از فرایند شکل دهی الکتروهیدرولیک، شکل داده می شود. برای بررسی بهبود شکل پذیری در روش ترکیبی بیان شده، ابتدا فرایند شکل دهی الکترولیک ورق آلومینیم AA5182-O در دمای محیط مدل سازی شده است و با مقایسه با نتایج تجربی موجود در مقالات، صحه گذاری شده است. سپس عملیات شکل دهی الکتروهیدرولیک گرم در دماهای مختلف مدل سازی شده و منحنی های حد شکل پذیری که در دماهای مختلف به دست آمده با هم مقایسه شده است. نتایج نشان دهنده بهبود قابل توجه شکل پذیری در مسیرهای مختلف بارگذاری در فرایند شکل دهی الکتروهیدرولیک گرم می باشد. با توجه به قابلیت روش شکل دهی الکتروهیدرولیک گرم، یک روش تجربی جدید برای این فرایند ارائه شده و بهبود شکل پذیری آن به صورت تجربی بررسی شده است. در آزمایش های تجربی فرایند شکل دهی الکتروهیدرولیک گرم، بهبود 6/23 درصدی کرنش پارگی ورق آلومینیومی در مقایسه با شکل دهی الکتروهیدرولیک معمولی مشاهده گردید. بنابراین، نتایج تجربی نیز بهبود شکل پذیری در فرایند شکل دهی الکتروهیدرولیک گرم را نشان می دهد.

در حال حاضر بیشتر سیستم های پایش وضعیت سایش ابزار براده برداری مبتنی بر مقادیر مشخصه هایی از سیگنال که مرتبط با سایش ابزار هستند می باشند. ارزیابی وضعیت ابزار بر اساس مشخصه های سیگنال یک حسگر قابل اطمینان نمی باشد زیرا مشخصه به دست آمده از سیگنال یک حسگر علاوه بر سایش ابزار به سایر عوامل غیر مرتبط با سایش ابزار مانند پارامترهای فرآیند و اغتشاشات تصادفی نیز وابسته است. راه حل این مساله، تلفیق داده های چند حسگر غیر متجانس می باشد. اطلاعات به دست آمده از این روش کامل تر و دارای دقت و قابلیت اطمینان بالاتری است. در این تحقیق، ترکیب حسگرهای بینایی، جریان، کرنش و ارتعاشات به منظور پیش بینی وضعیت سایش سطح آزاد ابزار پیشنهاد شده است. مدل سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی (ANFIS) بهینه شده جهت تلفیق مشخصه های سیگنال بافت سطح، جریان موتور، کرنش و ارتعاشات توسعه شده است. ساختار مدل ANFIS پیشنهادی دارای چهار ورودی و یک خروجی می باشد. ورودی های مدل شامل بی نظمی بافت سطح قطعه کار (که توسط تبدیل موجک فیلتر شده)، انتگرال حاشیه ای زمان فرکانس سیگنال جریان موتور اسپیندل و بی نظمی شانون سیگنال های کرنش و ارتعاشات ابزار می باشد. نتایج به دست آمده نشان داد با استفاده از مدل ANFIS بهینه شده می توان مشخصه های سیگنال ها را تلفیق و با دقت بالایی در پیش بینی وضعیت ابزار استفاده نمود.

فرآیند نورد سطحی به همراه ارتعاشات فراصوت (UASR)، یکی از برجسته ترین روش های تغییر شکل پلاستیک شدید و ایجاد ساختار ریزدانه می باشد. هدف از این مقاله این است که تاثیر ارتعاشات فراصوت در فرآیند نورد سطحی، به طور تجربی مورد بررسی قرار گیرد. در این راستا، هورن مورد نظر جهت ارتعاش مود طولی طراحی و ساخته شد که در آن هورن (ابزار) می تواند با اعمال فشار استاتیک و همچنین ضربات دینامیکی، در خواص مکانیکی سطح فلز، تغییر ایجاد کند. آزمون تجربی برای سه نمونه CK15، CK45 و CK60 (کم کربن، متوسط کربن و پرکربن) با حضور و بدون حضور ارتعاشات فراصوت انجام گردید. میکرو سختی سطحی نمونه ها بعد از انجام فرآیند UASR، نسبت به حالت معمولی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد هرچه فشار استاتیک بالاتر باشد، میکرو سختی سطحی نمونه ها افزایش بیشتری می یابد، ضمن این که اعمال ارتعاشات فراصوت در فرآیند UASR نیز می تواند میکرو سختی سطحی را با افزایش قابل توجهی مواجه نماید. از طرفی مشاهدات تجربی نشان داد که اثر گذاری ارتعاشات فراصوت بر فرآیند نورد سطحی، در نمونه های پرکربن بیشتر است. سپس طی مقایسه ای نسبی، عمر خستگی برای سه جنس ذکرشده، با دامنه های ارتعاشی مختلف بررسی شد که بهبود عمر نسبی خستگی در فرآیند UASR خصوصا در دامنه های ارتعاشی بالاتر نشان داده شده است.

تولید فلزات ریزساختار فوق ریزدانه و نانو در سال های گذشته موردتوجه محققان و مهندسان قرارگرفته است. هدف از تولید این مواد با روش های خاص، دستیابی به قطعات سبک وزن با استحکام و قابلیت بالاست. روش های متنوعی برای تولید قطعات توپر با مقاطع گرد و یا مربع با استفاده از فرآیند تغییر شکل شدید توسط محققین ارائه شده است. اما در خصوص تولید لوله های با استحکام به وزن بالا، کارهای به نسبت کمتری ارائه گردیده است. آلیاژ استفاده شده در این پژوهش از گروه آلومینیوم به شماره 3003 بود که دارای استفاده صنعتی و به لحاظ خصوصیات ساختاری قابلیت تحمل کار سرد خوبی بود. در این مقاله، یک روش اکستروژن مستقیم برای تولید لوله با استحکام بالا ارائه شده است. اغلب مطالعات گذشته بیشتر روی زاویه کانال 90 درجه صورت پذیرفته است، اما در این پژوهش با دیدی جدید زوایای بالای 90 درجه نیز به طورجدی بررسی شده است. نتایج توزیع کرنش و تنش در نمونه های شبیه سازی شده جهت به دست آوردن زاویه داخلی و خارجی بهینه موردبررسی قرارگرفته است. بعد از به دست آوردن زوایای بهینه، قالب موردنیاز ساخته و نمونه ها به صورت عملی مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج تجربی نشان داد که استفاده از این زوایا در فرایند تغییر شکل شدید لوله ی آلومینیوم گروه 3003، باعث افزایش قابل توجه استحکام کششی و سختی می شود.

برای تولید قطعاتی که دارای خواصی مناسب و در نزدیک ترین حالت تولید به شکل نهایی باشند می توان از انواع فرآیند های شکل دهی نیمه جامد استفاده نمود. تیگزوفورجینگ به مجموعه ای از فرآیندهای نیمه جامد گفته می شود که در آن عملیات شکل دهی برای موادی با کسر جامد کمتر از 55% صورت بگیرد. هدف از این مقاله بررسی تاثیر دما (یعنی دمای قالب و قطعه خام) برای تولید قطعه ای نسبتا پیچیده است. خروجی های مورد بررسی نیز ریزساختار و مشخصات مکانیکی قطعه تولیدی در نظر گرفته شده است. برای این منظور یک سری آزمایشات عملی صورت گرفته است. همچنین داده های حاصل در این آزمایشات با مقادیر استخراجی از شبیه سازی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش دمای قالب، ریزساختار درشت تر می شود. همچنین در این حالت ساختار غیر همگنی به وجود می آید. نتیجه این اتفاق کاهش سختی به مقدار 5/12% است. البته نیروی شکل دهی نیز کاهش یافته که مقدار 6/20% گزارش شده است. همچنین رشد دانه ها با افزایش دمای قطعه و مدت زمان نگه داری نشان داده شده است. می توان گفت برای مدت زمان نگه داری min5 دقیقه، چنانچه دما از oC570 به oC600 افزایش یابد، مقدار اندازه دانه 3/5% افزایش می یابد. یا برای دمای oC570 افزایش زمان نگه داری از min5 به min30 موجب افزایش 9/73% در اندازه دانه می گردد. در ادامه برای بهبود سختی نمونه ها از عملیات T6 استفاده شده است. با استفاده از این عملیات، میزان سختی 3/17% افزایش یافت. دلیل این امر شکسته شدن فاز یوتکتیک و تبدیل آن به ساختار همگن و کروی است.