مهندسی مکانیک شریف (شریف ویژه مهندسی مکانیک)
سال:1387 | دوره:24 | شماره:2/46 (ویژه مهندسی مکانیک) |تعداد مقالات:9

در این نوشتار طراحی شکل در جریان های داخلی و خارجی به وسیله الگوریتمی مبتنی بر روش دیواره نفوذپذیر ارایه شده است. در این روش با دانستن توزیع فشار هدف بر روی دیواره یک مجرا با دیواره جسم واقع در میدان جریان، شکل دیواره متناظر با این توزیع فشار به دست می آید. روش دیواره نفوذپذیر، یک روش طراحی معکوس تکراری است و محاسبات از یک حدس اولیه آغاز می شود. در این روش همه انواع معادلات جریان (از جریان پتانسیل تا ناویر-استوکس اعم از دو بعدی یا سه بعدی و غیرقابل تراکم یا تراکم پذیر) قابل استفاده هستند. در این مقاله معادلات اویلر تراکم پذیر دو بعدی به عنوان معادلات حاکم در نظر گرفته شده اند. به این منظور یک برنامه رایانه ای نوشته شده که این معادلات را به کمک روش حجم های متناهی گسسته، و سپس حل می کند. برای به دست آوردن شارهای جابه جایی در مرز میان سلول ها از روش رو (Roe)، و برای گسسته سازی میدان محاسباتی از روش جبری و ساده TFI استفاده شده است.

در این پژوهش عملکرد لوله مکش یک توربین فرانسیس افقی تحت تاثیر جریان گردابی شکل گرفته در خروجی چرخ توربین، که هنگام کارکرد توربین در خارج از نقطه طراحی روی می دهد، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای اطمینان از بالابودن قابلیت تحلیل عددی، اولین گام داشتن داده های تجربی بود. از این رو پس از طراحی و ساخت یک پراب (probe) سه حفره ای فشاری، توزیع سرعت های محوری و دورانی در دو مقطع، در داخل لوله مکش اندازه گیری شد. از مقادیر به دست آمده در ورودی لوله مکش (مقطع نخست) به عنوان شرایط مرزی در تحلیل عددی سه بعدی استفاده شد. از آنجا که در جریان های گردابی، گران روی (ویسکوزیته) جریان مغشوش غیرایزوتروپ است، برای اطمینان یافتن از دقت پاسخ ها از روش RSM برای مدل سازی تنش های رینولدزی استفاده شده است. نتایج تجربی و عددی برای مولفه های سرعت محوری و دورانی در مقطع دوم، با هم هماهنگی قابل قبولی داشتند. بررسی اثر جریان گردابی بر عملکرد لوله مکش که برای سه نقطه کارکرد توربین به روش عددی صورت گرفت، نشان از کاهش کارایی لوله مکش در اثر وجود چنین جریانی داشت. بدیهی است که در این صورت توان تولیدی توربین نیز کاهش می یابد.

مبدل های حرارتی چند جریانی مبدل هایی هستند که در آن ها به طور همزمان انتقال حرارت بین چند جریان سرد و چند جریان گرم انجام می گیرد. از مبدل های حرارتی چند جریانی در مواردی که کارایی حرارتی بالا و حجم و وزن کم مد نظر باشد، استفاده می شود. از موارد کاربرد آن ها می توان به استفاده در فرایندهای فوق سرد گازی در نقش پیش سرد کننده سیال ورودی، چگالنده، ریبویلر و چیلر، در صنایع هوا فضا به منظور خنک کردن روغن و سوخت و همچنین خنک کردن کل مجموعه، و در سیستم های تهویه مطبوع در چگالنده ها و تبخیر کننده ها و مبدل های هوایی اشاره کرد. این مبدل ها به علت مزایای اقتصادی فراوان و کارایی حرارتی بالا، جایگزین بسیار مناسبی هستند. برای شبکه های مبدل های حرارتی، که عمدتا از مبدل های پوسته و لوله تشکیل شده اند. از این موضوع به عنوان کاربرد جدید این مبدل ها نام برده می شود. در این نوشتار ابتدا نحوه طراحی مبدل های چند جریانی بیان شده و سپس عملکرد حرارتی و اقتصادی این نوع مبدل ها در مقایسه با مبدل های حرارتی پوسته و لوله برای یک شبکه بازیافت حرارتی بررسی خواهد شد.

در این تحقیق به منظور بررسی اثرات کانارد بر توزیع سرعت بال یک مدل هواپیمای مانورپذیر، آزمایشات مختلفی در تونل باد زیر صوت انجام شده است. بال و کانارد هر دو مثلثی شکل اند و دارای لبه های حمله تیز هستند. آزمایش ها در دو زاویه حمله مدل 15 و 20 درجه و زوایای حمله کانارد 10-، صفر و 10 درجه انجام شده اند. در کلیه آزمایش ها کانارد در امتداد محور بال قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که در تمام زوایای حمله مدل و کانارد، فرووزش کانارد از روی بال عبور می کند و در اثر تداخل با گردابه بال، فشار روی سطح بالایی بال کاهش می یابد؛ در نتیجه برآ افزایش یافته و احتمالا پایداری جریان روی بال بیشتر می شود. این پدیده ها باعث به تعویق افتادن واماندگی بال، و در نتیجه افزایش کارایی هواپیمای مورد نظر می شود. همچنین به منظور پیش بینی اثرات کانارد بر توزیع سرعت روی سطح بال در زوایای حمله گوناگون، از یک شبکه عصبی استفاده شده است. ورودی های شبکه عصبی داده های تجربی آزمایش های یاد شده هستند. نتایج اخذ شده از شبکه عصبی وجود دو گردابه بال و کانارد را در مقاطع مختلف سطح بال نشان می دهند. با افزایش زاویه حمله کانارد گردابه ناشی از آن قوی تر می شود و سطح بیشتری از دهانه بال را می پوشاند. در نتیجه فشار روی سطح بال بیشتر کاهش می یابد و سبب افزایش سرعت و افزایش برآی آن می شود.

در صنایع لوله سازی، طراحی و ساخت غلتک های شکل دهی غلتکی سرد غالبا به صورت تجربی انجام می شود که بسیار زمان بر و پرهزینه است. پژوهش حاضر در زمینه طراحی و ساخت غلتک ها صورت گرفته و ارایه نتایج حاصل از آن به صورت نرم افزار تجاری، گامی است در پاسخ به نیاز صنعت. این تحقیق بر اساس تحلیل روش شکل دهی ورق به لوله بوده که روش تحلیل آن برگرفته از روش کیوچی با تابع شکل سینوسی است. تحلیل کشسانی- خمیری فرایند، برای دست یابی به تنش، کرنش، توان و شکل سه بعدی ورق در بین ایستگاه ها، بر اساس روش انرژی انجام شده و در نرم افزار، طراحی غلتک بر اساس معیار توان مصرفی یکنواخت بین ایستگاه ها صورت پذیرفته است. در نهایت، با بررسی ابعاد ماشین های ساخت لوله و پارامترهای فنی فرایند، فایل SCRIPT نقشه ساخت غلتک ها، توسط نرم افزار به کاربر ارایه شده و با اجرای آن در محیط «اتوکد 2002» (AUTOCAD 2002) ، نقشه ساخت به همراه نقشه مونتاژی رسم می شود. با توجه به این که این نرم افزار به عنوان یک نرم افزار صنعتی تدوین شده و در اختیار صنایع لوله سازی قرار گرفته است. انجام آزمایش هایی به منظور نشان دادن درستی نتایج نرم افزار ضروری است. بنابراین با توجه به اصول CAD/CAM و نیز به منظور مقایسه نتایج نرم افزار برای شکل سه بعدی ورق در بین ایستگاه ها با شرایط عملی، آزمایش نقطه برداری انجام شد که نتایج قابل قبولی در پی داشت.

در کار حاضر روش ترمواکونومیک به منظور بهینه سازی چرخه تبرید تراکمی بخار مورد استفاده قرار گرفته است. میزبان بار برودتی و دمای داخل و خارج، به عنوان قیدها لحاظ شده اند. در این تحلیل دو پارامتر بهینه سازی در نظر گرفته شده است. اولین پارامتر، اختلاف بین دمای چگالش و محیط خارج است که فشار چگالش را تعیین می کند. تعیین اختلاف بین دمای تبخیر و محیط داخل به عنوان دومین پارامتر، تعیین کننده فشار تبخیر است. تابع هدف، تابعی از هزینه هاست که هزینه های مربوط به اکسرژی ورودی و سرمایه گذاری اولیه را شامل می شود. این تحلیل نشان می دهد که پارامترهای بهینه چرخه، با برقراری تعادل بین هزینه های صرف شده برای تراکم در کمپرسور و سایر هزینه های شامل قیمت فن ها، مبدل های حرارتی و انرژی الکتریکی ورودی به فن ها تعیین می شود.

با توجه به این که کلید اصلی در فرایند UASB وجود گرانول است، حفظ آن ها در حین بهره برداری، از اولویت های بهبود کارایی این سیستم ها می باشد که از طریق بهینه سازی طراحی گازگیر قابل انجام است. در طرح پیشنهادی، گازگیر از مخلوط لجن آب و گاز پرشده و قسمتی از مسیر جریان رو به بالا به مخزن مجاور عمود بر گازگیرهای واکنشگر منحرف می شود. در این مخزن، گاز از لجن آب جدا شده، لجن مرغوب ته نشین و به واکنشگر بازگشته و لجن نامرغوب به پمپ خانه اصلی ارسال و همراه فاضلاب تغذیه به کف واکنشگر برگردانده می شود. در طرح بهینه شده می توان سرعت در بستر لجن را بدون تغییر در سرعت ناحیه زلال سازی در بالای گازگیر زیاد نمود. همچنین افزایش سرعت لجن آب در زیر گازگیر از صفر به حدود 38 متر بر ساعت احتمال جداسازی گاز از لجن را به شدت افزایش خواهد داد. به این طریق نه تنها جداسازی گاز از لجن بهتر می شود بلکه افزایش سرعت رو به بالا باعث افزایش تماس بین لجن و فاضلاب شده و عملکرد سیستم بهبود می یابد. از دیگر مزایای فنی و اقتصادی طرح پیشنهادی، حذف سیستم لوله کشی جمع آوری گاز، عدم ضرورت وجود آویز و بازوهای نگه دارنده گازگیر در داخل واکنشگر، امکان ساخت گازگیر بزرگ تر و کاهش اتلاف سطح ناشی از هم پوشانی، سادگی دسترسی به داخل واکنشگر از فاصله بین گازگیرها برای امور تعمیر و نگه داری، و کاهش ارتفاع مورد نیاز در محفظه تنظیم فشار و تله شعله می باشد.

در تحقیق حاضر، ارزیابی روش های پانل و شبکه گردابه به همراه مدل سازی دنباله آزاد در تحلیل آئرودینامیکی روتور بالگرد در پرواز ایستایی مدنظر بوده و با مقایسه نتایج حاصل از این دو روش، اثرات ضخامت تیغه ها روی نتایج آئرودینامیکی روتور مورد بررسی قرار گرفته است. مزیت اساسی روش پانل نسبت به روش شبکه گردابه در تحلیل آئرودینامیکی روتور بالگرد، در نظر گرفتن اثرات ضخامت تیغه ها و در نتیجه افزایش دقت نتایج توزیع فشار سطح و بارگذاری تیغه ها است. در روش پانل، تیغه ها با ضخامت واقعی مدل می شود و ضمن توزیع پانل های چهارضلعی چشمه/ مزدوج روی سطح تیغه ها، از پانل های چهارضلعی مزدوج برای مدل سازی دنباله استفاده می شود. در مدل سازی دنباله آزاد و با هر چرخش تیغه ها، یک ردیف پانل به دنباله ریزش کرده که با سرعت محلی القا شده توسط پانل های چشمه/ مزدوج روی تیغه ها و پانل های مزدوج روی دنباله جابه جا می شوند. در نتیجه، دنباله آزادانه تغییر شکل یافته و ساختار طبیعی خود را پیدا می کند. با استفاده از روش پانل و مدل سازی دنباله آزاد، محاسبات آئرودینامیکی بال NACA 0012 صورت گرفته تا دقت و صحت روش در تحلیل جریان سه بعدی ارزیابی شود. سپس تحلیل آئرودینامیکی یک روتور در پرواز ایستایی برای ماخ نوک تیغه برابر 0.44 توسط روش پانل انجام شده و نتایج با داده های تجربی و نظری موجود مقایسه شده اند. همچنین با مقایسه نتایج حل پانل با روش شبکه گردابه، تاثیر ضخامت تیغه ها بر مشخصات آئرودینامیکی روتور موردنظر- شامل توزیع اختلاف فشار سطح تیغه ها، بارگذاری تیغه ها و ساختار دنباله روتور- بررسی شده است. در ادامه، تاثیر پارامترهای مختلف نظیر تعداد پانل ها و اندازه گام زمانی بر دقت نتایج آئرودینامیکی و ساختار دنباله روتور مورد مطالعه قرار گرفته است. در نهایت، قابلیت تحلیل حاضر به منظور محاسبات آئرودینامیکی روتور با تیغه های دارای پیچش نشان داده شده و نتایج روش های پانل و شبکه گردابه ارزیابی و با هم مقایسه شده اند.