مهندسی مکانیک مدرس
سال:1391 | دوره:12 | شماره:4 |تعداد مقالات:15

در این مقاله، انتقال حرارت هدایت بین دو صفحه موازی، حاوی چند لایه متخلخل متفاوت، با در نظر گرفتن تولید حرارت داخلی، تحت شرایط عدم تعادل حرارتی، مورد مطالعه قرار گرفته است. شرایط مرزی در صفحات بالا و پایین به صورت دما ثابت در نظر گرفته شده است. ابتدا، معادله انتقال حرارت در هر لایه برای فازهای جامد و سیال استخراج شده و سپس با در نظر گرفتن شرایط مرزی حرارتی در هر لایه، نسبت به حل تحلیلی معادلات انتقال حرارت اقدام شده است. حل تحلیلی ارائه شده، حالت عمومی دارد و برای هر تعداد لایه متخلخل با ضخامت های مختلف معتبر می باشد. نتایج این تحقیق، تاثیرات نسبت های تخلخل هر لایه، ضرایب هدایت حرارتی سیال و جامد و همچنین ضریب انتقال حرارت جابه جایی در مقیاس حفره را بر توزیع دما و اختلاف دمای بین دو فاز سیال و جامد نشان می دهد.

در این مقاله، اثرات تغییرات هندسی (پیچش، کج شدن و شکم دادن) پره ردیف دوم توربین ایوان بر عملکرد طبقه توربین بررسی شده است. در ابتدا روش سه بعدی توسعه داده شده برای شبیه سازی توربین با استفاده از نتایج تست تجربی مربوط به یک طبقه از توربین هانوفر صحت سنجی شده است. پس از اعتبار سنجی روش عددی و اطمینان از صحت روش عددی منتخب، طبقه دوم توربین ایوان شبیه سازی شده و نتایج حاصل با استفاده از اطلاعات عملکردی این توربین اعتبارسنجی شده است. در ادامه تغییرات هندسی روتور طبقه دوم توربین ایوان بر روی هندسه توربین اعمال شده و میدان جریان و دما ناشی از این تغییرات با نرم افزارهای عددی، شبیه سازی شده و نتایج آنها بر روی عملکرد (نسبت فشار، راندمان و ...) طبقه دوم محاسبه شده است. در این پژوهش، تغییرات هندسه شکم دادن، کج شدن و تغییر زاویه نصب پره مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت مشاهده شد که با تغییر زاویه نصب پره دبی عبوری از توربین به شدت تغییر کرده و این عامل منجر به تغییرات توان توربین می شود. تغییرات شکم دادن و کج شدن در این بازه اعمالی تاثیر چندانی بر عملکرد توربین نداشتند.

تنش گیری فلزات با استفاده از ارتعاشات تا کنون فقط در فرکانس های پایین انجام شده است. در این پژوهش، نشان داده شده است که تنش گیری با ارتعاشات فرکانس بالا (اولتراسونیک) نیز امکان پذیر است. همچنین، پارامترهای موثر در فرآیند تنش گیری شامل زمان تنش گیری، دامنه ارتعاشات، اندازه دانه های کریستالی مواد و نیروی پیش بار برای اعمال ارتعاشات به نمونه ها بررسی شده است. برای بررسی مقدار تنش پسماند، در حالت قبل و بعد از تنش گیری اولتراسونیک، از تست المن استفاده شد. برای بررسی پارامترهای مورد نظر، با استفاده از عملیات حرارتی ویژه ای، نمونه های المن با اندازه دانه متفاوت تولید و برای ایجاد تنش، عملیات شات پینینگ بر روی آن ها انجام شد. سپس با اعمال ارتعاشات در شرایط متفاوت تنش گیری انجام شد. مقایسه نتایج اندازه گیری تنش پسماند پس از تنش گیری نشان داد که در نمونه های درشت دانه در حدود 46 درصد و در تسمه های ریزدانه در حدود 27 درصد از مقدار تنش های پسماند کاسته می شود. همچنین، از بین پارامترهای بررسی شده، اندازه دانه بیشترین تاثیر و نیروی پیش بار کمترین تاثیر را در نرخ تنش گیری داشته اند.

در این مقاله یک متدولوژی برای مدل سازی آغازش اسلاگ و همچنین رشد آن در کانال های افقی و مایل ارائه شده است. مبنای این مدل سازی حل عددی معادلات مدل دو سیالی هیپربولیک بوسیله یکی از روش های عددی تسخیر شاک مرتبه بالا می باشد. مزیت این روش این است که رشد و تشکیل رژیم اسلاگ از رژیم لایه ای را به صورت اتوماتیک و به عنوان خروجی از حل معادلات دیفرانسیل میدان مدل می کند. به منظور صحت سنجی کد کامپیوتری مساله استاندارد دو فازی واتر فاوست حل گردید که نتایج حاصله بیانگر دقت بالای مدل سازی و تطابق و همگرایی خوب جواب ها با حل تحلیلی دارد. نتایج مربوط به مدل سازی جریان اسلاگ در کانال با نتایج تجربی آزمایشگاهی و یک سری حل عددی مقایسه گردید و مطالعه همگرایی شبکه محاسباتی هم صورت پذیرفت. نتایج حاصله از مدل سازی اسلاگ، بیانگر دقت بالا و کفایت و قابلیت مدل در پیش بینی تسخیر و ردگیری موقعیت مکانی اسلاگ در کانال است.

آگاهی از خواص مکانیکی فولادها، به دلیل استفاده بسیار وسیع از آنها در صنایع گوناگون، امری ضروری و مهم است. معمولا از روش های مخرب و هزینه بر برای اندازه گیری این خواص استفاده می شود. در این مقاله، برای اندازه گیری خواص مکانیکی فولادAISI D6  از روش غیر مخرب فراصوتی استفاده شده است. نمونه هایی از این فولاد ساخته شده و با اعمال فرآیندهای مختلف عملیات حرارتی، ساختارهایی با دانه بندی و سختی های مختلف ایجاد شده است. برای پیش بینی خواص مکانیکی از جمله مدول الاستیسیته (E)، مدول برشی (G)، ضریب پواسون (s) و مدول حجمی (k)، در این میکروساختارها، سرعت موج طولی و عرضی توسط آزمون فراصوتی با روش های غوطه وری و تماسی و با دقت بسیار بالا اندازه گیری شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که به کمک روش غیرمخرب فراصوتی می توان خواص مکانیکی فولادهایی را که میکروساختارهای آن ها اختلاف بسیار جزیی با هم دارند را با دقت اندازه گیری نمود.

در این مقاله هدف ارائه یک نمونه هندسی جدید جهت تست خستگی تعیین رفتار رشد ترک نیمه بیضوی در دیواره مخازن استوانه ای جدار ضخیم تحت فشار می باشد. در این پژوهش رفتار رشد ترک در نمونه پیشنهادی به شکلی مطلوب تری نسبت به نمونه های استاندارد، در مقایسه با رفتار رشد ترک در حالت واقعی، معادل سازی گردیده است. بدین معنی که تطابق بیشتری بین مقادیر ضریب شدت تنش در نمونه آزمایش و مخزن واقعی حاوی ترک در راستای دیواره در حین بارگذاری خستگی حاصل شود و در نتیجه سازگاری بهتری در رفتار رشد ترک خستگی و عمر قطعه بر حسب سیکل های بارگذاری به صورت عملی به دست آید. با معرفی نمونه جدید، نتایج حاصل از بارگذاری خستگی بر روی نمونه پیشنهادی با نتایج حاصل از بارگذاری خستگی مخزن و نمونه های استاندارد فعلی مورد مقایسه قرار گرفته اند. رفتار رشد ترک خستگی در نمونه پیشنهادی و مخزن تحت فشار با روش اجزای محدود (FEM) و روش تجربی محاسبه شده است. به منظور مقایسه نتایج اجزای محدود با نتایج تجربی، چند قطعه با هندسه نمونه جدید از جنس فولاد CK45 ساخته شده و تحت آزمون خستگی قرار گرفتند. نتایج حاصل از دو روش انطباق بسیار خوبی با یکدیگر دارند.

در این تحقیق شبیه سازی عددی جریان و انتقال حرارت آشفته در جریان خنک کاری لایه ای برای یک سوراخ استوانه ای در حالت سه بعدی انجام شده است. شار حرارتی آشفته معادله انرژی توسط مدل پخش گردابه ای ساده و با فرض عدد پرانتل آشفتگی ثابت مدل سازی می شود. این در حالی است که تحقیقات نشان می دهد فرض عدد پرانتل آشفتگی ثابت، دور از واقعیت است. در تحقیق حاضر، با استفاده از مدل مرتبه دوم به همراه تصحیح دیواره به مدل سازی جریان و انتقال حرارت آشفته در خنک کاری لایه ای پرداخته شده است. مقایسه نتایج تحلیل عددی با مقادیر تجربی نشان می دهد که مدل های مرتبه دوم جبری-صریح شار حرارتی آشفته توانایی قابل قبولی در پیش بینی پارامترهای موثر در خنک کاری لایه ای دارند. در ادامه تغییرات عدد پرانتل آشفتگی مورد بررسی قرار گرفته و محدوده آن در هندسه مورد نظر، از 0.1 در فواصل دور از سوراخ تا حدود 0.95 در نزدیکی آن، به دست آمده است. همچنین، با مقایسه نتایج به دست آمده از روش صریح مرتبه دو و مدل پخش گردابه ای ساده، مقدار 0.7 به عنوان جایگزین مقدار رایج پیش فرض عدد پرانتل آشفتگی (0.85)، پیشنهاد شده است.

در اکثر روش ها و از جمله در روش نیمه تجربی سویتسکی، برای محاسبه مقاومت هیدرودینامیکی شناور تندرو، زاویه ددرایز ثابت فرض می شود و یا زاویه ددرایز مقطع عرضی واقع در مرکز گرانش شناور مورد استفاده قرار می گیرد. بر این اساس، با ثابت در نظر گرفتن زاویه ددرایز، فیزیک واقعی مساله مدل نشده است، زیرا در واقعیت زاویه ددرایز شناور تندرو در طول بدنه متغیر می باشد. در این مقاله، ابتدا مقاومت هیدرودینامیکی به وزن شناور تندرو با زاویه ددرایز متغیر با توسعه روش نیمه تجربی سویتسکی محاسبه می شود و نشان داده می شود که نتایج حاصل از روش ارائه شده از دقت بیشتری نسبت به روش نیمه تجربی سویتسکی در مقایسه با نتایج تجربی برخوردار می باشد و مطابقت مناسبی با نتایج تجربی دارد. سپس به کمک روش الگوریتم ژنتیک به تعیین بهینه مقدار طول مرکز گرانش از ترنزام، عرض و نرخ تغییر زاویه ددرایز از ترنزام تا سینه شناور تندرو پرداخته شده است. مقاومت به وزن تعیین شده در بخش اول به عنوان تابع هدف جهت کمینه شدن مقاومت بدنه و پایداری هیدرواستاتیکی و پایداری دینامیکی طولی و عرضی به عنوان قیود بهینه سازی در نظر گرفته شده است. در نهایت دسته جواب های بهینه برای استفاده طراحان در مرحله طراحی مفهومی ارائه شده است.

مصرف انرژی برای برقرار کردن شرایط آسایش در ساختمان ها زیاد می باشد. بنابراین بررسی راه های کاهش مصرف انرژی و یا ذخیره آن ضروری می باشد. قبل از هر کاری باید میزان این انرژی مصرفی سنجیده شود. یکی از راه های بدست آوردن مقدار آن استفاده از برنامه های شبیه سازی مصرف انرژی می باشد. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار انرژی پلاس مصرف انرژی برای یک ساختمان آموزشی واقع در شهر تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، به دست آورده شده که با توجه به گونه بندی جغرافیایی این ساختمان در تبریز در گروه ساختمان های با مصرف انرژی زیاد قرار دارد. بر روی این ساختمان تغییرات مختلفی جهت کاهش مصرف انرژی انجام شده و نتایج نشان می دهند که در ساختمان بهینه سازی شده، میزان مصرف انرژی در کل ساختمان، در زمستان حدود 35 درصد، در تابستان حدود 44 درصد و در کل سال 40 درصد (یعنی 12 E+3.82 ژول) کاهش پیدا کرده است. همچنین تغییرات در ساختمان فوق طوری اجرا شده است که کمترین هزینه ممکن به وجود آید. بنابراین، حتی در ساختمانی که از لحاظ مصرف انرژی مناسب طراحی شده است نیز می توان مصرف انرژی را کاهش داد.

در این مقاله، سینماتیک مستقیم حالت خاصی از مکانیزم های موازی "4-R"R'R'R"R و '4-R"R"R"R'R و "4-R"R"R'R'R که به ترتیب منجر به دو ربات موازی فضایی 4 درجه آزادی با دو ساختار هندسی متفاوت به نام RRUR-4 و یک ربات موازی فضایی 4 درجه آزادی به نام RUU-4  گردیده اند، مورد مطالعه قرار گرفته است. این ربات ها حاصل سنتز انجام شده بر روی مکانیزم های موازی 4 درجه آزادی با الگوی حرکتی 3 درجه انتقالی و 1 درجه دورانی می باشند. هر یک از این ربات ها از چهار زنجیره سینماتیکی یکسان و هر زنجیره از پنج مفصل لولایی تشکیل شده است. راستای مفاصل لولایی در این سه ربات با یکدیگر متفاوت بوده و باعث ایجاد سه ساختار هندسی متفاوت گردیده است. تحلیل مساله سینماتیک مستقیم این ربات های موازی، در فضای اقلیدسی سه بعدی انجام گرفته و در نهایت نشان داده شده است که یک عبارت جبری تک متغیره از درجه 344، 230 و 8 به ترتیب مبین سینماتیک مستقیم هر یک از ربات ها می باشد. همچنین، این نتایج با حل سیستماتیک معکوس و شبیه سازی مقایسه شده و صحت آن به اثبات رسیده است.

در یک نیروگاه سیکل ترکیبی که فقط با هدف تولید توان ساخته می شود، بیش از نیمی از انرژی ورودی تلف می گردد. این مقدار اتلاف انرژی می تواند از طریق سیستم های چند محصولی به کار گرفته شود. در این پژوهش، نقاط دارای پتانسیل بازیافت حرارت در یک نیروگاه سیکل ترکیبی سه فشاره مورد بررسی قرار گرفت و مقدار حرارت اتلافی قابل بازیافت تعیین گردید. در گام بعدی به منظور استفاده از پتانسیل های حرارتی، تغییراتی در سیکل داده شد. پس از انجام مدلسازی، سیستم ترکیبی مورد ارزیابی ترمودینامیکی و اگزرژتیکی قرار گرفت و سپس با استفاده از روش TRR و تحلیل ترمواکونومیک قیمت محصولات تولیدی مشخص گردید. در انتها، با استفاده از یک الگوی جدید، یک تابع دوهدفه- که شامل هزینه توان و حرارت تولیدی می باشد- برای سیستم مورد نظر تعریف گردیده و پس از بهینه سازی به وسیله روش الگوریتم ژنتیک، نتایج حاصل در یک نمودار پرتو نمایش داده شده است. نمودار پرتوی حاصل این امکان را فراهم خواهد آورد که با توجه به قیمت برق و حرارت در هر منطقه، نقطه بهینه عملکردی نیروگاه تعیین گردد.

در این مقاله، عملکرد یک چرخه تبرید اجکتوری بطور تجربی و تئوری مورد مطالعه ترمودینامیکی قرار گرفته است. با استفاده از معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی در کنار معادلات مربوط به موازنه اگزرژی، یک مدل ترمودینامیکی جدید جهت تحلیل عملکرد چرخه تبرید اجکتوری ارائه شده است. همچنین، با فرض کردن جریان ثانویه به صورت دوبعدی در نزدیکی دیواره درونی اجکتور، تاثیر ویسکوزیته جریان روی عملکرد اجکتور در نظر گرفته شده است. نتایج مطالعه پارامتریک نشان می دهد که با افزایش فشار (دما) مولد بخار، ضریب عملکرد سیستم کاهش می یابد و با افزایش دمای اواپراتور و یا کاهش دمای مولد بخار بازده قانون دوم افزایش می یابد. نتایج همچنین این مطلب را آشکار می کند که در هر دمای مولد بخار، دمای مشخصی برای اواپراتور می توان یافت که در دماهای بالاتر از آن، نابودی اگزرژی در کندانسور بیشتر از اجکتور است. در تخمین نسبت مکش توسط مدل ترمودینامیکی ارائه شده، بیشنه خطای نسبی و جذر متوسط خطا برای سه دمای مولد بخار 77، 83 و 90 درجه سلسیوس به ترتیب برابر  90به ترتیب برابر 7.67% و 5.13% هستند. با مقایسه میزان برگشت ناپذیری ها در اجزای مختلف چرخه در دمای اواپراتور13 oC  نتیجه گیری می شود که بیشترین میزان نابودی اگزرژی در اواپراتور رخ می دهد.

در این تحقیق، روش جدیدی برای کاهش تنش های پسماند مکرومکانیک در کامپوزیت های پلیمری لایه ای با استفاده از نانوالیاف کربنی ارائه شده است. برای این منظور، نخست با استفاده از روابط مایکرومکانیک کلاسیک و مایکرومکانیک بهبود یافته، ضریب انبساط حرارتی و مدول الاستیسیته زمینه پلیمری پرشده توسط نانوالیاف کربنی با درصدهای مختلف وزنی تعیین می شود. سپس با استفاده از زمینه بهبود یافته توسط نانوالیاف کربنی و روابط اختلاط در کامپوزیت ها، ضریب انبساط حرارتی و مدول الاستیسیته طولی و عرضی در یک تک لایه کامپوزیتی تعیین می شود. درنهایت، با استفاده از تئوری کلاسیک لایه ای در کامپوزیت ها، تنش های پسماند مکرومکانیک برای نانوکامپوزیت نانوالیاف/شیشه/اپوکسی با درصدهای مختلف وزنی محاسبه و نتایج مقایسه می شود. نتایج تنش های پسماند مکرومکانیک برای کامپوزیت های متقارن و نامتقارن نشان می دهد اضافه کردن نانوالیاف کربنی در زمینه کامپوزیت پلیمری، به دلیل کاهش چشمگیر در ضریب انبساط حرارتی عرضی یک تک لایه، سبب کاهش تنش های مکرومکانیک در لایه ها تا میزان 30 درصد می شود.

در این پژوهش از شبکه عصبی پیشرو با الگوریتم پس انتشار خطا برای پیش بینی اثر ترکیب شیمیایی بر سختی و انرژی ضربه فولاد میکروآلیاژی گرید API X65 استفاده شده است. فولاد مورد مطالعه به طور گسترده در خطوط انتقال گاز ایران به شکل لوله های قطور فولادی استفاده می شود. داده های تجربی با جدا کردن نمونه از 100 لوله ساخته شده در مقیاس صنعتی (با قطر خارجی 1219 mm، ضخامت دیواره 14.3 mm با ذوب و فرایند ساخت یکسان) و انجام آنالیز شیمیایی، تست سختی ویکرز و آزمون ضربه شارپی روی این نمونه ها، مطابق الزامات تعیین شده در استاندارد API 5L، فراهم شد. درصد وزنی عناصر C، Si، Mn، P، S، Ni، Cr، Mo، Al، Cu، V، Ti، Nb و Ca در ترکیب شیمیایی فولاد مورد مطالعه به عنوان متغیرهای ورودی و عدد سختی ویکرز و انرژی ضربه شارپی به عنوان متغیرهای خروجی در نظر گرفته شدند. از نمودار پراکندگی و معیارهای آماری ضریب همبستگی و مجذور میانگین مربعات خطای نسبی (MSRE) برای ارزیابی شبکه استفاده شد. سپس با توجه به عملکرد دقیق شبکه عصبی توسعه داده شده از آن برای پیش بینی اثر کرم و وانادیوم بر سختی و انرژی ضربه شارپی نمونه فولادی به صورت کمی استفاده شد.