مهندسی مکانیک مدرس
سال:1398 | دوره:20 | شماره:2 |تعداد مقالات:27

در این بررسی یک چرخه ترکیبی جدید (شامل تبخیر آنی دو مرحله ای، چرخه ی کالینا و مبدل غشای پروتونی) از چاه های زمین گرمایی سبلان برای تولید همزمان توان و هیدروژن پیشنهاد شده و مورد تحلیل انرژی و اگزرژی قرار گرفته است. در ادامه اثر پارامترهای مهم از جمله فشار جداساز اول و دوم تبخیر آنی، حداقل اختلاف دمای نقطه تنگش، فشار بالای چرخه کالینا، فوق گرم کردن سیال زمین گرمایی، نسبت توان مصرف شده برای تولید هیدروژن و دمای محیط بر مقدار هیدروژن تولیدی، توان خالص تولیدی، بازده حرارتی و اگزرژی چرخه ترکیبی پیشنهادی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که برای حالت مورد بررسی در چرخه ترکیبی پیشنهادی هیدروژن تولیدی 1536کیلوگرم بر ساعت، توان خالص 12/83مگاوات، بازده انرژی 11/39% و بازده اگزرژی 43/64% به دست آمده است. همچنین نتایج نشان می دهند که افزایش فشار جداسازها در افزایش تولید هیدروژن بی تاثیر بوده در حالی که با افزایش فشارجداساز اول و افزایش فشار جداساز دوم تا فشار بهینه، بازده حرارتی و اگزرژی افزایش می یابند. با افزایش دمای الکترولایزر غشای پروتونی، دبی هیدروژن تولیدی افزایش پیدا کرده و باعث می شود ضمن ثابت ماندن کار خالص چرخه، بازده حرارتی و اگزرژی افزایش یابند، همچنین در یک نقطه بهینه برای فشار بالای کالینا، بیشترین مقدار هیدروژن تولیدی به دست آمده است. در این بررسی بیشترین مقدار تخریب اگزرژی به ترتیب برای الکترولایزر غشای پروتونی، اواپراتور و کندانسور 2 حاصل شد.

در پژوهش حاضر روش المان محدود براساس مدل تحلیلی عقب افتادگی برشی برای تحلیل تنش و همچنین پیش بینی تغییر شکل حالت پایدار خزش کامپوزیت های فیبر کوتاه تحت بارگذاری محوری استفاده شد. اتصال کامل بین فیبر و ماتریس فرض شده و رفتار حالت پایدار خزشی ماتریس با مدل عددی نورتون توصیف شد. شرایط مرزی اختصاصی به مدل سلول واحد اعمال شده و تکنیک فیبر مجازی مورد استفاده قرار گرفته و از نرم افزار ANSYS برای محاسبه تمامی تنش ها و کرنش ها در محل اتصال تقویت کننده به زمینه و سطح خارجی سلول واحد استفاده شد. در ادامه نتایج صحت سنجی شده و مقادیر تنش های محوری و برشی در نقاط مختلف ماده مرکب ترسیم و بحث و بررسی شدند. نتایج نشان دادند که از سلول واحد کامپوزیت می توان به عنوان نماینده ماده مرکب در تحلیل تنش استفاده کرد. همچنین استفاده از تکنیک تقویت کننده مجازی، راهکاری مفید و قابل اطمینان برای رسیدن به مدل انتقال تنش است. مدل تحقیق حاضر علاوه بر دارا بودن دقت کافی، برخلاف پژوهش های قبلی امکان پیش بینی تمامی تنش ها و کرنش ها را در تمام نقاط تقویت کننده و زمینه دارد.

مزایا و معایب استفاده از بنزین و گاز طبیعی به صورت تک سوز، از چالش های محققان در توسعه موتورهای اشتعال جرقه ای است. استفاده از این سوخت ها به تنهایی مزایا و معایبی را از نظر اقتصادی، ترمودینامیکی، آلایندگی و توسعه ای دارند که ترجیح یکی بر دیگری را سخت می کند. با این نگاه که استفاده از ترکیب دو سوخت در موتور می تواند موجب بهبود در مزایا و کاهش در معایب شود. در کار حاضر ترکیب های مختلف 100، 90، 75 و 60% بنزین و مابقی گاز طبیعی، نامگذاری شده به صورت G100، G90، G75 و G60 در یک موتور تک-سیلندر پژوهشی SI در سرعت rpm1800، نسبت تراکم 9 و نسبت هم ارزی استوکیومتری بررسی شد. پس از اخذ داده های تجربی درون سیکلی (P-θ ) در ترکیب ها و آوانس های مختلف جرقه و پردازش آنها داده های تجربی سیکل به سیکل پشت سر هم استخراج شد و به همراه داده های خروجی موتور مورد بررسی قرار گرفت. از بررسی اولیه آوانس بهینه هر ترکیب مشخص، و ترکیب ها در آوانس های مذکور مقایسه شدند. نتایج نشان دادند که با افزایش کسر جرمی گاز طبیعی در حالت ترکیبی سوز مقادیر انحراف معیار، σ ، ضریب تغییرات، COV مربوط به imep کاهش قابل توجهی داشت؛ به طوری که کاهش σ و COV در G60 نسبت به G100 به ترتیب 51/6 و 49/2% بود. با کاهش حضور بنزین در ترکیب مقادیر آلاینده های CO2، NOx و HC، به جز G90 که در آن HC و NOx بیشترین بود، کاهش یافت و مقادیر CO در G90 به کمترین مقدار تقلیل یافت. همچنین در شرایط پژوهش از ترکیب G90 عملکرد رضایت بخشی مشاهده نشد.

در مقاله حاضر عملکرد یک مبدل پوسته و لوله که سیال سرد آن آب شهری و سیال گرم آن گازهای حاصل از احتراق یک موتور احتراق داخلی گازسوز که دارای توان کاری4/15کیلووات است، بررسی شد. در ابتدا با تغییر دما و دبی جریان آب ورودی، عملکرد مبدل در حالات بدون چگالش و با چگالش در آزمایشگاه بررسی شد تا در ادامه با انجام شبیه سازی های یک بعدی معیاری برای سنجش صحت نتایج عددی وجود داشته باشد. با مقایسه مدل های مختلف عددی در نرم افزار Aspen B-JAC کم خطاترین مدل شبیه سازی انتخاب شد تا دیگر تحلیل های هزینه بر و ناممکن در محیط آزمایشگاه به صورت عددی صورت پذیرند. بررسی اثر حساسیت قطر داخلی لوله ها بر عملکرد مبدل در حالت وجود چگالش، افزایش 5/4 درصدی انتقال حرارت به ازای کاهش قطر لوله ها از 7 به 6میلی متر را پیش بینی کرد. تفکیک سهم مراحل مختلف انتقال حرارت نشان از سهم 26/4% انتقال حرارت نهان در بیشینه دبی آزمایش ها برای قطر داخلی 6میلی متر داشت. در انتها مجموعه موتور-مبدل به عنوان یک میکرو CHP بررسی و فرض شد که از مبدل برای گرمایش آب گرم مصرفی یک خانواده 4نفره در تهران و از موتور احتراقی متصل به ژنراتور برای تولید برق استفاده شود. این مجموعه قادر خواهد بود در 9ماه گرم سال با یک ساعت کار روزانه آب گرم مصرفی را با کاهش 29 درصدی مصرف گاز شهری نسبت به مقدار مصرف مشعل های سنتی تامین کند و در عین حال تقریبا 2 برابر برق مورد نیاز را تولید کند.

در مقاله حاضر امکان پیش بینی رفتار الاستیک-پلاستیک آلیاژ آلومینیوم 7075 پس از تغییر شکل پلاستیک شدید با تخمین رفتار الاستیک-پلاستیک دانه و مرزدانه و مدل سازی المان محدود میکروساختاری مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور ابتدا فرآیند روزنرانی در کانال های مشابه زاویه دار انجام شد و آزمون های سختی سنجی و کشش در حالت ماکرو و همچنین آزمون فروروی میکرو روی نمونه های تولید شده صورت گرفت. با استفاده از داده های به دست آمده از آزمون های سختی و کشش، روابط ریاضی برای ارتباط دادن سختی و خواص استحکام استاتیکی در آلیاژ مورد نظر به دست آمد. در کنار روابط ریاضی، از مدل سازی معکوس فرآیند فروروی میکرو در نرم افزار المان محدود آباکوس به منظور تبدیل سختی در دانه و مرز آن به منحنی های تنش-کرنش بهره برده شده است. از نتایج به دست آمده به عنوان رفتار الاستیک-پلاستیک فازها در مدل سازی میکروساختاری استفاده شده است. در ادامه با استفاده از تصویر میکروساختاری، مدل سازی آزمون کشش برای یک بخش حجمی نشانگر از میکروساختار در نرم افزار المان محدود انجام شده است و رفتار به دست آمده از مدل میکروساختاری با رفتار آزمون کشش تجربی مقایسه شده است.

پرش هیدرولیکی دایروی، پدیده ای است که در اثر برخورد یک جت عمودی سیال به یک سطح افقی و در یک فاصله شعاعی مشخص از مرکز صفحه (شعاع پرش هیدرولیکی)، شکل می گیرد. اکثر تحقیقات و مطالعات آزمایشگاهی و عددی، پرش هیدرولیکی دایروی روی صفحه تخت را مورد تجزیه وتحلیل قرار داده اند و اثر تقعر صفحه هدف بر پرش هیدرولیکی، تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است. بنابراین در این پژوهش برای اولین بار با استفاده از نتایج آزمایشگاهی و همچنین شبیه سازی جریان با نرم افزار Fluent، اثر تقعر صفحه هدف بر اندازه و شکل پرش های هیدرولیکی بررسی شده است. به منظور شبیه سازی پرش هیدرولیکی دایروی از روش حجم سیال (VOF) استفاده شده است. اثر کشش سطحی با استفاده از مدل نیروی سطحی پیوسته (CSF) در نظر گرفته شده است و همچنین برای مشخص کردن فصل مشترک دو سیال از طرح بازسازی هندسی استفاده شده است. نتایج تحقیق آزمایشگاهی نشان می دهد که شعاع پرش هیدرولیکی تابعی از شعاع جت ورودی، شعاع صفحه هدف مقعر و همچنین مقدار دبی جریان است. علاوه بر این براساس مشاهدات آزمایشگاهی با افزایش شعاع صفحه هدف مقعر شکل این پرش ها از حالت دایروی خارج و پرش های هیدرولیکی به صورت چندضلعی ظاهر می گردند.

در این تحقیق اثر هوای تزریق نوسانی موج مربعی بر توزیع دما و اثربخشی خنک کاری لایه ای صفحه تخت در فرکانس ها و نسبت های دمش مختلف به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار می گیرد. هوای گرم از طریق سوراخ های با زاویه 25درجه تزریق می شود. جریان نوسانی موج مربعی در چهار فرکانس 2، 10 و 50 و 100هرتز و پنج نسبت دمش 0/5، 1، 1/5، 2/4 و 3 ایجاد می شود. معادلات ناویر-استوکس به روش میان گیری رینولدز برای بررسی خنک کاری لایه ای حل شدند. برای در نظر گرفتن اثرات توربولانس از مدل انتقال تنش برشی کی-امگا استفاده شد. نتایج نشان داد که در حالت پایا با افزایش نسبت دمش اثربخشی خنک کاری لایه ای کاهش و شیب آن افزایش می یابد. اختلاف مقادیر اثربخشی خط مرکزی بین حالت عددی و تجربی با فاصله گرفتن از لبه سوراخ تزریق کاهش می یابد. در حالت نوسانی در مقایسه با حالت پایا به طور کلی مقدار اثربخشی خنک کاری لایه ای کاهش می یابد. بلندشدن محلی جت تحت تاثیر نوسان افزایش می یابد. در حالت نوسانی نیز با افزایش نسبت دمش در یک فرکانس ثابت به طور کلی اثربخشی خنک کاری لایه ای کاهش می یابد. با افزایش فرکانس به طور کلی مقدار اثربخشی خنک کاری لایه ای افزایش می یابد. بیشترین مقدار متوسط اثربخشی خط مرکزی در فرکانس 100هرتز و نسبت دمش 0/5 و کمترین مقدار آن در فرکانس 2هرتز و نسبت دمش 3 به دست آمد. در حالت نوسانی بیشترین اختلاف متوسط اثربخشی خط مرکزی بین نتایج تجربی و عددی برابر 25/55% و کمترین اختلاف برابر 0/717% بود.

در کار حاضر اثرات گام پره، گام های عرضی و طولی لوله و همچنین تعداد گام طولی در یک مبادله کن حرارتی پره صفحه ای با لوله تخت مورد بررسی قرار گرفت. جریان سیال آرام، دایم و تراکم ناپذیر فرض شد. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی برای جریان سیال و معادله هدایت برای پره با استفاده از روش عددی حجم محدود حل شد. نتایج بی بعد نشان داد که افزایش گام پره سبب 132/68% افزایش ضریب j کلبورن و 1353% کاهش ضریب اصطکاک f می شود. همچنین افزایش گام عرضی باعث 203/83% افزایش ضریب j و 24/22% کاهش ضریب f می شود. با افزایش گام طولی لوله، ضریب j 84% و ضریب f 32% کاهش می یابد. نتایج بعددار نشان داد که با افزایش گام پره مقدار انتقال حرارت 2/2% کاهش و عملکرد حرارتی، 75% افزایش می یابد. افزایش گام عرضی لوله، باعث افزایش انتقال حرارت و عملکرد حرارتی به ترتیب 341%و 255% می شود. افزایش گام طولی لوله سبب 71% کاهش انتقال حرارت و 79% کاهش عملکرد حرارتی می شود. افزایش تعداد گام طولی لوله، N، سبب افزایش نرخ انتقال حرارت می شود؛ ولی برای 28

بر اثر ایجاد جابه جایی سازه یک مخزن مایع و انتقال این حرکت به مایع، حرکت سطح آزاد مایع داخل آن با به وجود آوردن موج (پدیده اسلاشینگ) باعث وارد شدن ضربات فشاری بر دیوارهای کناری و جانبی مخزن می شود. این پدیده با به وجود آوردن موج های پر انرژی و مخرب و همچنین ایجاد نیروهای هیدرودینامیکی با دامنه نوسانات بالا باعث اعمال نیروی نوسانی و گاها غیرقابل کنترل بر دیوارهای جانبی و موجب اختلال در حرکت عادی وسیله نقلیه حمل کننده مایع می شود که اهمیت بررسی و ارایه راهکارهای پیشگیری این پدیده را نشان می دهد. وسعت مواجهه با این پدیده در صنایعی دیگر همچون صنایع موشکی با سوخت مایع، کشتی های نفت کش یا حامل سوخت ها و مواد مایع، تانکرهای ماشین های سوخت رسان (مایع) یا مخازن آب، ایجاب می کند با پیش بینی رفتار آن اقدامات لازم برای کنترل پدیده اسلاشینگ صورت بگیرد. یکی از راه های کنترلی استفاده از بافل یا صفحاتی در راستای عرضی مخزن است. در این مقاله معادلات حاکم بر این پدیده در نرم افزار متن باز OpenFOAM حل شده است. این نرم افزار معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزیی را با استفاده از روش حجم محدود حل می کند که به صورت پیش فرض هندسه را سه بعدی در نظر می گیرد. برای حل جریان دو فاز از مدل اصلاح شده حجم های مایع (VOF) استفاده شده و از مدل مش متحرک هم برای حرکت بدنه مخزن استفاده شده است. در روش VOF، مقدار فازها به صورت کسری از یک (کسر حجمی) بیان می شود که برای تعیین آن براساس معادله پیوستگی، یک معادله دیفرانسیل تنظیم و حل می شود. برای مدل جریان مغشوش از مدل اصلاح شده k-e با درنظرگرفتن اثرات جریان های سطح آزاد استفاده شده است. همچنین مدلی تجربی از یک مخزن واقعی برای تایید پیشگویی های شبیه سازی ارایه شده است. بررسی ها، نشان از انطباق قابل قبول نتایج تجربی و عددی دارند. علاوه بر این نتایج نشان می دهد که با استفاده از بافل های عمودی تا 50% می توان نوسانات ناشی از این پدیده را کاهش داد.

کاربرد انرژی خورشید به منظور تامین سرمایش فضاها در ایران و سایر کشورها در دو دهه اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش دو سیستم سرمایش ترکیبی کمک خورشیدی مورد مطالعه قرار گرفته است. در یک سیستم ترکیبی از چیلر جذبی لیتیم برمایدی و کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت و در سیستم دیگر ترکیب چیلر تراکمی و پنل فتوولتائیک حرارتی در نظر گرفته شده است. به این منظور 32% از مساحت پشت بام ساختمان توسط 105 کلکتور صفحه تخت خورشیدی هر یک به مساحت1/591مترمربع یا 288پنل فتوولتائیک حرارتی هر یک به مساحت 0/556مترمربع پوشانده شده است. هر دو سیستم از نظر انرژی، اگزرژی و اقتصادی با یکدیگر مقایسه شده اند. این مقایسه برای تامین 70کیلووات بار سرمایشی مورد نیاز یک ساختمان اداری با مساحت 500مترمربع انجام گرفته است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که در دمای اواپراتور C° 5 و دمای محیط C° 27، ضریب عملکرد چیلر تراکمی 3/5 و ضریب عملکرد چیلر جذبی برابر 0/71 است. همچنین راندمان انرژی کل و راندمان اگزرژی کل به ترتیب در سیستم ترکیبی چیلر تراکمی و پنل های فتوولتائیک حرارتی برابر 7/43% و 8/25% و در سیستم ترکیبی چیلر جذبی و کلکتورهای صفحه تخت برابر 9/16% و 6/66% است. در تحلیل اقتصادی، متوسط هزینه سالانه سیستم ترکیبی چیلر تراکمی و پنل های فتوولتائیک حرارتی برابر 9710دلار و این هزینه برای سیستم ترکیبی چیلر جذبی و کلکتورهای صفحه تخت برابر 7649دلار برآورد شده است.

رشد روز افزون درمان بیماری های قلبی-عروقی باعث شده شمار زیادی از بیماران پس از نجات یافتن از این بیماری ها در نهایت دچار نارسایی قلبی شوند و نیاز به تجهیزاتی که به این بیماران برای مقابله با نارسایی قلبی کمک کند، احساس می شود. امروزه پمپ های کمک بطنی به عنوان یکی از اصلی ترین این تجهیزات شناخته شده است. در مطالعه حاضر به طراحی پمپ کمک بطنی پرداخته شده است که پروانه آن به روش صنعتی (روش نقطه به نقطه) طراحی شده است. در این مطالعه با به کارگیری روش نقطه به نقطه تعداد 7 پروانه با زوایای ورودی مختلف (شامل 10، 15، 20، 30، 35، 40 و 45درجه) و زاویه خروجی 25درجه، طراحی و به کمک دینامیک سیالات محاسباتی تحلیل شد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد که تمامی پروانه های طراحی شده در این مطالعه احتیاجات فیزیولوژیکی بدن را در تولید اختلاف فشار (هد کل) و دبی، ارضا می کنند و با در نظر گرفتن خونکاوی به عنوان یکی از عوامل موثر در عملکرد پمپ قلبی، پروانه با زاویه ورودی 10درجه برای تولید اختلاف فشار مناسب (معادل با108 در دبی5) و کمترین میزان خونکاوی، معادل با 0/0045 در مقایسه با دیگر پروانه های طراحی شده انتخاب می شود.

توان تولیدی توربین باد متاثر از عملکرد آیرودینامیکی پره توربین است و یکی از پدیده هایی که سبب افت نیرو برآ و به دنبال آن کاهش توان خروجی توربین باد می شود جدایش جریان است. در توربین بادی محور افقی معمولا قسمت های ریشه و میانی یک پره در زاویه حمله بالاتری قرار می گیرند و جدایش جریان بیشتری را تجربه می کنند. به همین دلیل از روش های کنترل جریان برای تضعیف ناحیه جدایش یا به تعویق انداختن آن استفاده می شود. این مقاله با شبیه سازی سه بعدی با مدل توربولانسی DES، اثرات آیرودینامیکی کنترل جریان از طریق ایجاد شکاف در ایرفویل S809 و میزان تاثیر این روش کنترل غیرفعال جریان را بررسی می کند. ایجاد شیار در ایرفویل سبب می شود تا جریان از ناحیه پرفشار در قسمت زیرین ایرفویل به سطح بالایی و محل جدایش جریان دمیده شود. انرژی توسط هوای با تکانه بالاتر به درون بخش جدایش یافته تزریق شده و بدین طریق جدایش تضعیف می شود. نتایج نشان می دهند که عملکرد کلی این روش به برخی از پارامترها از جمله محل مدخل ورودی و خروجی شیار روی سطح کم فشار و پرفشار، زاویه دمیده شدن جریان نسبت به جریان آزاد ورودی و ضخامت شیار ایجاد شده بستگی دارد. در این مقاله دو هندسه مختلف برای ایرفویل شکاف دار و برای هر یک چهار ضخامت شیار 0/5، 1، 2 و 4 % از طول وتر انتخاب شده و در زوایای حمله صفر تا 25 مورد بررسی قرار گرفته است و مقادیر نیروی برآ و نیز کاهش بخش جدایش یافته مقایسه شده است. نتایج دو هندسه مختلف برای ایرفویل شکاف دار نشان می دهند که با توجه به محل قرارگیری انتهای شکاف روی سطح بالایی ایرفویل، شیارهایی با ضخامت 2 و 4% از وتر، از دو خانواده ایرفویل بررسی شده می تواند نیروی برآ بیشتری تولید کند. بررسی ها برای این دو شیار در قسمتی از زوایای حمله که جریان جدا یافته است (زاویه حمله های 17، 20، 22 و 25درجه)، میانگین افزایش ضریب برآ 68/5 و 55/8% را نشان می دهد.

در این مقاله کاربرد جاذب خطی ارتعاشی غیرفعال در کاهش غیرمستقیم ارتعاشات پره با نصب آن روی دیسک سیستم دیسک-پره بررسی می شود. جاذب از طریق کوپلینگ سازه ای دیسک با پره، انرژی ارتعاشی پره را دریافت و توسط میراگر خطی خود تلف می کند. به واسطه تقارن سیکلی سیستم، طی تبدیل سیکلیک از مختصات فیزیکی به مودال، تعداد درجات آزادی مورد نیاز برای تحلیل به تعداد موجود در یک سکتور کاهش می یابد. برای مطالعه تحلیلی، از مدل کاهش مرتبه یافته در محدوده فرکانسی مطالعه سیستم استفاده می شود. فرکانس های طبیعی و پاسخ اجباری سیستم با حل معادله مشخصه و معادلات ماتریسی سیستم به دست می آید. دیسک-پره توربین بخاری نمونه، شامل 259پره است که در 37 مجموعه 7تایی دور دیسک نصب شده اند. پره های هر مجموعه با شراد نوک پره به هم متصل هستند. از تحلیل المان محدود مدل سیکلیک در دور rpm3000 برای استخراج مودهای طبیعی و ترسیم دیاگرام فرکانسی استفاده می شود. برای مودهای اول و دوم مدل کاهش مرتبه یافته دو درجه آزادی شناسایی می شود. امکان رزونانس در ناحیه پس زنی فرکانسی دو مود در قطر ساکن سوم، به واسطه نزدیکی به خط تحریک وجود دارد لذا به تعداد مجموعه های پره، جاذب خطی انرژی روی دیسک نصب می شود. با استفاده از روابط دن هارتوگ پارامترهای بهینه اولیه برای مود اول و دوم تعیین شد که تا حدودی توانستند ارتعاشات سیستم را کاهش دهند و از پارامترهای آنها در بهینه سازی بعدی استفاده شد. با بهینه سازی، محدوده و میزان کاهش ارتعاشات نسبت به حالت های معیار دن هارتوگ به خصوص در مود دوم بهتر شده است.

در این مقاله مدل عددی کوپل شده CFD-MBD برای ارزیابی دقیق رفتار واگن ریلی مخزن دار حامل سیال معرفی شده است. پاسخ ارتعاشاتی واگن براساس مدل دینامیکی چندجرمی (MBD) سه بعدی شامل اجزای بدنه، دو بوژی و چهار مجموعه چرخ و محور با 19درجه آزادی به روش رانگ کوتا مرتبه چهار به دست آمده است. مدل تلاطم گذرا سیال داخل مخزن با استفاده از روش دینامیک سیال محاسباتی (CFD) ترکیب شده با تکنیک حجم سیال (VOF) به منظور حل معادلات ناویر-استوکس و ردیابی سطح آزاد سیال آنالیزشده است. راستی آزمایی نتایج عددی با استفاده از داده های آزمایشگاهی انجام شده است. سپس با توسعه فرآیند عددی کوپل کردن مدل های CFD و MBD، اندرکنش هم زمان تلاطم گذرا سیال و دینامیک واگن در نظر گرفته شده است. با مطالعه پارامتری روی حجم پرشوندگی، شکل سطح مقطع مخزن و لزجت سیال مشخصه های دینامیکی واگن مخزن دار نیمه پر در شرایط ترمزگیری استخراج شده است. نتایج نشان می دهد افزایش حجم پرشوندگی، دامنه نوسان مرکز مختصات گرانش سیال را کاهش می دهد. کمترین دامنه تلاطم سیال در حجم پرشوندگی های مختلف مربوط به سطح مقطع بیضی اصلاح شده است. لزجت سیال تاثیر ناچیزی بر نیروی تلاطم طولی و مسافت توقف واگن مخزن دار نیمه پر دارد.

بشر همواره در پی استفاده بهینه از مواد پیرامون خود بوده و در این زمینه با الهام گرفتن از طبیعت موفق به ابداع سازه های مختلف شده است. یکی از این موارد، سازه های مشبک هستند که به دلیل وزن پایین و استحکام فشاری و سفتی بالا، به صورت گسترده ای در کاربردهای مختلف از جمله جاذب های انرژی مورد استفاده قرار می گیرند. نوع جدیدی از سازه های مشبک، سازه های آگزتیک هستند که به دلیل ساختار هندسی خود، ضریب پوآسون منفی دارند و همین مشخصه، باعث شده تا سازه های آگزتیک ویژگی های منحصربه فردی همچون مقاومت برشی، مقاومت در برابر فرورفتگی و جذب انرژی بالا داشته باشند. در این مطالعه به بررسی تجربی و عددی بارگذاری فشاری به صورت شبه استاتیک روی سه سازه آگزتیک و یک سازه غیرآگزتیک پرداخته شده است. نمونه های مورد بررسی دارای سه هندسه مختلف آگزتیک ری اینترنت، سرنیزه ای و آنتی تتراکایرال و یک هندسه غیرآگزتیک لانه زنبوری بوده و برای ساخت نمونه ها از روش ساخت افزایشی (چاپ سه بعدی) استفاده شده است و نتایج تجربی با نتایج تحلیل اجزاء محدود مقایسه شد که قرابت بسیار خوبی با هم داشتند و همان طور که انتظار می رفت، سازه های آگزتیک به نسبت سازه لانه زنبوری که سازه ای غیرآگزتیک است، عملکرد به مراتب بهتری در جذب انرژی از خود نشان دادند. به طوری که جذب انرژی سازه سرنیزه ای 161%بیشتر از سازه لانه زنبوری بود.

توربین های فراصوت کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف و سامانه های تولید توان از جمله توربین های گازی، پیش رانش فضایی، صنایع حمل و نقل سنگین و غیره دارند. به طور کلی این توربین ها زمانی به کار می روند که با وجود دبی جرمی اندک به کار ویژه زیادی نیاز باشد. می توان در این توربین ها با استفاده از پره های فراصوت ضربه ای کار ویژه بالایی به دست آورد. با وجود دبی جرمی اندک، ارتفاع پره ها و در نتیجه نسبت منظری کوچک است. به منظور کاهش افت های مرتبط با نسبت منظری کم این توربین ها در شرایط پذیرش جزیی به کار می روند؛ یعنی جریان سیال فقط از بخشی از ورودی روتور تزریق می شود. میزان درجه پذیرش جزیی و نوع پروفیل پره ضربه ای از جمله عوامل موثر بر عملکرد این نوع توربین است. هدف کار حاضر بررسی تاثیر انواع پروفیل های پره ضربه ای فراصوت بر عملکرد توربین است. در این کار ابتدا یک کد طراحی مقدماتی و پیش بینی عملکرد توربین توسعه داده شده و نتایج آن با آزمایش های تجربی ارزیابی شده است. براساس محاسبات کد طراحی، تعدادی پروفیل دوبعدی با استفاده از روش های مختلف طراحی پروفیل تولید و به صورت عددی تحلیل و ارزیابی شده اند. سپس، پروفیل هایی که نسبت به مدل اولیه عملکرد بهتری داشته اند در تحلیل عددی سه بعدی مورد مطالعه قرار گرفته اند. در این کار مشاهده شد که پارامترهای عملکردی مانند بازده، توان و گشتاور توربین در بهترین مدل انتخاب شده نسبت به مدل اولیه هرکدام بیش از 8% افزایش داشته اند. افت فشار سکون نیز حدود 12% کمتر از مدل اولیه است و تحلیل کلی نتایج نشان دهنده کارآیی برتر پروفیل منتخب است.

در این پژوهش ارتعاشات غیرخطی جانبی میکرولوله حاوی سیال تحت شرایط تشدید پارامتریک مغناطیسی محوری مورد مطالعه قرار می گیرد. برای این منظور، معادلات غیرخطی حاکم بر حرکات جانبی میکرولوله تیر مانند با استفاده از تئوری تغییر شکل های برشی مرتبه اول ردی با احتساب اثر ویسکوزیته و شتاب جانب مرکز سیال استخراج می شود. در این مدل جملات غیرخطی بستر هیتنی و جملات غیرخطی هندسی تئوری ون-کارمن تحت تحریکات مغناطیسی در حضور جریان سیال ورای ناپایداری فلاتر لحاظ می شود. در ادامه اثرات پارامترهای بستر روی مشخصات فلاتر خطی میکرو لوله های مغناطیس شونده حاوی سیال مورد مطالعه قرار می گیرد. سپس رفتار سیستم غیرخطی در سرعت های جریان بالاتر از سرعت بحرانی متناظر با کوپلینگ دو مود اول و دوم ارتعاشی با استفاده از روش مقیاس های چندگانه مورد مطالعه قرار می گیرد. منحنی های پاسخ غیرخطی در سرعت های بالاتر از سرعت بحرانی به دست آمده و اثرات تغییر پارامترهای مختلف سیستم اعم از سرعت جریان، دامنه و فرکانس میدان مغناطیسی، ثابت های سختی بستر هیتنی، ویسکوزیته و نسبت ابعاد روی رفتار غیرخطی سیستم بررسی می گردد. برخی از نتایج نشان دهنده آن است که افزایش مقادیر پارامتر سختی برشی بستر هیتنی اثر ناپایدار ساز دارد به طوری که با افزایش آن، ناپایداری فلاتر در فرکانس های پایین تر اتفاق می افتد.

یکی از روش های نوظهور در اتصال دهی فلزات مختلف استفاده از روش جوشکاری پرتوی لیزر در صنایع مختلفی نظیر حمل ونقل، هوافضا، ساخت رادار و دریایی بوده که باعث کاهش مصرف سوخت و در نتیجه کاهش آلودگی محیط زیست خواهد شد. در این پژوهش به بررسی و مقایسه ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات مشابه و هم جنس آلومینیوم آلیاژ 6061 با ضخامت 2میلی متر با دستگاه جوشکاری پرتوی لیزر با توان بالای 5000وات پرداخته شده است. موارد مورد بررسی شامل اثر پارامترهای جوش لیزر مانند توان، فرکانس و سرعت جوش بر خواص ریزساختاری و مکانیکی است. نتایج بررسی ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری و روبشی نشان می دهد که در فرآیند به دلیل حرارت ورودی بالاتر و در نتیجه نرخ سردشدن کمتر می توان مشاهده کرد که ریزساختار جوش از فلز پایه تا مرکز ناحیه جوش از دندریتی ستونی تا ناحیه دندریتی موازی تغییر کرده و نهایتا به ناحیه دندریتی هم محور رسیده است. آنالیز اسپکتروسکوپی اشعه ایکس انرژی متفرق (EDS) نشان داد که تغییر قابل توجهی در ترکیب شیمیایی به وجود نیامده است. بررسی خواص مکانیکی با استفاده از سختی سنجی و آزمون کشش نشان داد که سختی کمتری در منطقه هم جوشی نسبت به سایر نواحی فلز پایه وجود دارد و نمونه های کشش از ناحیه جوش شکستند. همچنین استحکام کششی نمونه جوش بهینه تقریبا برابر نیمی از استحکام کششی فلز پایه است.

بازخورد گشتاور فرمان خودرو یا احساسی که راننده از فرمان دریافت می کند، یکی از جوانب کیفیت فرمان پذیری خودرو است که به صورت گسترده ای در دهه های اخیر مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله به طراحی مدل راننده برای حس کردن بازخورد گشتاور یا تعامل هپتیکی بین خودروی مجهز به فرمان با سیم و راننده پرداخته شده است. مدل راننده دارای دو قسمت مدل پیش بین و عصبی-عضلانی است. مدل راننده پیش بین با دریافت بازخورد فاصله جانبی خودرو از جاده، میزان زاویه غربیلک فرمان مطلوب را برای تعقیب مسیر محاسبه می کند و مدل راننده عصبی-عضلانی که قابلیت دریافت بازخورد گشتاور در هر لحظه را دارد، زاویه غربیلک فرمان واقعی خودرو را برای تعقیب مقدار مطلوب آن بر اساس توابع تبدیل سیستم عضلانی تعیین می نماید. محاسبه گشتاورهای وارد بر فرمان، نیازمند تخمین نیروهای وارد بر تایر از طرف جاده است. از آنجا که محاسبه نیروهای وارد بر تایر توسط جاده به خصوص در دینامیک جانبی خودرو به صورت مستقیم بسیار مشکل است، به طراحی تخمینگر مناسبی برای تخمین این نیروها پرداخته شده است. نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزارهای کارسیم و سیمولینک نشان می دهد که عملکرد مدل راننده با بازخورد گشتاور نسبت به مدل راننده بدون بازخورد گشتاور 63% بهبود یافته است. بنابراین مدل راننده طراحی شده به همراه بازخورد گشتاور، نقش مهمی در کنترل و فرمان پذیری خودرو در انجام مانورهای تغییر لاین مجدد دارد.

در این مقاله اثر هندسه بخش واگرای نازل بر جریان سیال و انتقال حرارت درون نازل همگرا-واگرا به صورت عددی و تجربی بررسی شده است. شبیه سازی به صورت حل جریان متقارن محوری مافوق صوت درون نازل همگرا-واگرا انجام شده است. شرایط حاکم بر جریان درون نازل در این پژوهش به صورت دوبعدی برای یک جریان آشفته تک فاز و حالت پایا در نظر گرفته شده است. سیال عامل محصولات احتراق سوخت جامد با شرایط گاز ایده آل و تراکم پذیر است. میدان جریان به کمک نرم افزار فلوئنت با فرمول بندی ضمنی شبیه سازی شده است. در این پژوهش دو نازل همگرا-واگرا مورد ارزیابی قرار گرفته که بخش واگرای یک نازل به صورت مخروطی و یک نازل به صورت زنگوله ای شکل است. مقادیر پارامترهای محاسبه شده در شبیه سازی با آزمون های آزمایشگاهی مقایسه شده است. با توجه به نتایج حاصل از شبیه سازی و مقادیر به دست آمده در آزمون تجربی خطا کمتر از 4% است که در حد قابل قبول و مناسبی است. با توجه به نتایج به دست آمده دقت شبیه سازی جریان در نازل ها دارای مقادیر مناسب است.

در این مقاله هدف ارایه ساختار کنترلی هوشمند و قدرتمند برای کنترل ربات توانبخشی پایین تنه است. مورد توجه در این پژوهش حفظ ایمنی بیمار، توجه به مفهوم کمک به مقدار نیاز به منظور ارتقای کارآیی تمرین های رباتیک توانبخشی و هوشمندسازی رفتار کنترلر است. ساختار کنترلی پیشنهادی متشکل از کنترل میدان نیرو و استراتژی منطق فازی است. علاوه بر این تمامی عوامل تاثیرگذار بر دینامیک سیستم از قبیل نیروی گرانشی، نیروی اصطکاک و گشتاور تعاملی بین ربات و انسان در مدل سازی آن لحاظ شده است. روش کنترلی میدان نیرو با ایجاد یک نوار مجازی حول مسیر حرکت راه رفتن، میدان نیرویی را ایجاد می کند که می تواند پای بیمار را تحت شرایط مورد نظر طراح، در راستای مسیر مرجع هدایت نماید. در این مقاله به منظور تحقق هدف کمک به مقدار نیاز، برای تامین آزادی عمل بیشتر بیمار، پارامترهای تعیین کننده کنترلر میدان نیرو به کمک کنترل فازی انتخاب می شوند. در این وضعیت الگوریتم فازی برای افزایش کیفیت رفتار ربات توانبخشی که با توجه به میزان توانایی بیمار تطبیق پذیر است پیشنهاد شد. در همین راستا ساختار کنترلی پیشنهادی روی سیستم دینامیکی ربات توانبخشی پایین تنه پیاده سازی شده است. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی به خوبی نشان دهنده میزان کارآیی کنترلر در انجام هرچه با کیفیت تر فرآیند گام برداشتن بیمار است.

فرآیند غلطک کاری ساچمه ای با قابلیت دورانی برای بهبود خواص سطحی قطعه کار استفاده می شود. در این تحقیق با استفاده از طراحی آزمایش تجربی و برای بهبود خواصی شامل سختی و زبری حالت بهینه مشخص شد. در سرعت 1000میلی متر بر دقیقه، 3 پاس و نوع فرآیند سنتی و التراسونیک و مدل پیشنهادی رگرسیون را معین کرد. در این حالت سختی 131میکرو ویکرز را نشان داده و نیز زبری کمینه را در زبری میانگین به 0/179میکرون و زبری بیشینه 1/01میکرون را مشخص نموده است. از نمونه بهینه و نسبت به نمونه مرجع توپوگرافی سطح، ریزساختار و آزمون کشش را مورد بررسی قرار داده است. ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی از حدود 30 تا 50میکرون به حدود 300نانومتر کاهش در ضخامت حدود 50میکرون زیر سطح را نشان داده است. آزمون کشش استحکام، تنش تسلیم و درصد افزایش طول را به ترتیب حدود 10 و 29% افزایش را مشخص کرد. توپوگرافی نیز کاهش زبری را 40% کاهش نشان داده است. سختی زیر سطح در ضخامت قطعه مورد بررسی قرار گرفت و نسبت به نمونه مشابه بهینه سنتی و نوین نشان از تاثیر افزایش سختی متاثر از ریزشدن ساختار و نرخ کرنش داشته است.

در این پژوهش، اثر نرخ کرنش بر رفتار کششی نانوکامپوزیت های گرافن-اپوکسی مورد بررسی قرار گرفت. نمونه ها برای 0/05، 0/1، 0/3 و 0/5 درصد وزنی گرافن اکساید آماده سازی شدند و تحت آزمون کشش در نرخ های کرنش مختلف قرار گرفتند. نتایج تجربی نشان داد که حداکثر بهبود در استحکام کششی و مدول به ترتیب 9 و 16% و برای نانوکامپوزیت، 0/1 درصد وزنی به دست آمده بودند. همچنین، نتایج نشان داد که اپوکسی و نانوکامپوزیت های آن به نرخ کرنش حساس بودند. حساسیت به نرخ با افزایش درصدهای وزنی گرافن، کاهش یافت. علاوه بر آن نشان داده شد که با افزایش نرخ کرنش، استحکام کششی و مدول اپوکسی خالص به ترتیب 15/8 و 16/8% بهبود یافتند. در این مطالعه، تناسب و کارآیی مدل ماده جانسون-کوک برای توصیف ارتباط تنش-کرنش نانوکامپوزیت ها، به کمک تکنیک ترکیب آزمایشی-عددی-بهینه سازی ارزیابی شد. شبیه سازی های عددی با استفاده از برنامه تجاری آباکوس و بهینه سازی، با استفاده از مدل سازی جایگزینی انجام گرفت. نتایج نشان داد که در نرخ های کرنش خیلی پایین، مدل جانسون-کوک دقیق نیست. با این حال، با افزایش درصد وزنی گرافن یا افزایش نرخ کرنش، دقت مدل بهبود چشمگیری یافت.

لوله های سوپرهیتر از بحرانی ترین اجزای بویلرهای نیروگاهی هستند. آنها به دلیل شرایط بهره برداری سخت (قرارگرفتن در دما و فشار بالا در طولانی مدت)، در معرض خرابی هایی مانند خزش و اورهیت شدن قرار دارند. بنابراین تشخیص علت این خرابی ها و جلوگیری از آنها بسیار مهم است. بررسی گزارش خرابی ها در یک نیروگاه 320مگاواتی نشان می دهد که بیشتر گسیختگی لوله ها در یک ناحیه خاص در سوپرهیتر پلاتن (سوپرهیتر تشعشعی) متمرکز است. بررسی لوله های گسیخته شده نشان می دهد که دمای لوله ها در این منطقه بیشتر از دمای سایر نواحی لوله های سوپرهیتر پلاتن است. برای اثبات بالاتربودن دما در نقطه شکست از سه روش متالوگرافی، اندازه گیری ضخامت لایه اکسیدی داخل لوله و تحلیل حرارتی به روش دینامیک محاسباتی سیال استفاده شد. هر سه روش نتایج یکسانی را ارایه می کنند. نتایج بررسی ها این اختلاف دمای قابل توجه را تایید می کند و نشان می دهد که افزایش دمای موضعی در لوله های آسیب دیده ناشی از طول بیشتر این لوله ها است که منجر به کمترشدن دبی بخار عبوری از آنها از یک طرف و جذب حرارت بیشتر به دلیل بیشتربودن سطوح حرارتی آنها است.

میکروفرزکاری به طور گسترده در تولید میکروقطعات صنعتی استفاده می شود. در میکروماشین کاری نزدیک شدن عمق براده به شعاع نوک ابزار باعث کاهش کیفیت سطح و تشکیل پلیسه می شود. در مقیاس میکرو به دلیل کاهش مقیاس ماشین کاری و اهمیت بالای دقت ابعادی و کیفیت سطح نمی توان از روش های معمول برای پلیسه زدایی استفاده کرد لذا شناخت شرایط حاکم بر میکروفرزکاری و تاثیر پارامترهای فرآیند در کاهش مشکلات یادشده بسیار موثر است. در این تحقیق با استفاده از روش طراحی آزمایش رویه پاسخ به بررسی تاثیر پارامترهای سرعت اسپیندل، نرخ پیشروی و عمق برش روی اندازه پلیسه و زبری سطح در میکروفرزکاری فولاد AISI1045 پرداخته شده است. آزمایش ها توسط ابزار دو پره به قطر 8/0میلی متر انجام شد. نتایج نشان می دهد که پارامتر نرخ پیشروی به ترتیب با 55/26، 37/53 و 44/55% سهم تاثیر به ترتیب روی اندازه های پلیسه در نواحی فرزکاری مخالف و موافق و زبری سطح مهم ترین پارامتر تاثیرگذار در فرآیند میکروفرزکاری است. کمترین اندازه پلیسه در فرزکاری مخالف و موافق مربوط به حالتی است که سرعت اسپیندل و نرخ پیشروی در بیشترین حالت و پارامتر عمق برشی در کمترین حالت، با توجه به جدول طراحی آزمایش و محدوده تغییر پارامترهای ورودی انتخاب شود. با انتخاب سرعت اسپیندل RPM36000، نرخ پیشروی mm/s5/7 و عمق برش mm0/086 بالاترین کیفیت سطح در میکروفرزکاری فولاد مورد مطالعه قابل دستیابی است.