مهندسی مکانیک امیرکبیر (امیرکبیر)
سال:1401 | دوره:54 | شماره:7 |تعداد مقالات:12

در این مقاله عملکرد یک نمونه از پمپ های دیافراگمی تزریق که در سیستم های بودارکننده تزریقی ایستگاه های تقلیل فشار گاز استفاده می شود، با در نظر گرفتن تاثیرات برهمکنش سیال و سازه، شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده و حداکثر خطای محاسبه دبی پمپ، 16 درصد به دست آمده است. شبیه سازی عملکرد پمپ دیافراگمی مورد مطالعه در نوسان دیافراگم با دوره تناوب یک ثانیه و سه دامنه حرکت 0.8 و 0.5 و 0.2 میلی متر، نشان می دهد که با افزایش دامنه نوسان دیافراگم، سرعت سیال و دبی سیال خروجی از پمپ افزایش می یابد. به طوریکه میزان دبی متوسط خروجی پمپ در دامنه های مذکور به ترتیب برابر با 0.002، 0.0013 و 0.0005 کیلوگرم بر ثانیه است. البته با افزایش دامنه نوسان دیافراگم از 0.2 به 0.8 میلی متر، مقدار تنش حداکثر اعمالی به دیافراگم نیز از 32.2 به 92.2 مگاپاسکال افزایش می یابد (معادل 208 درصد). همچنین تأثیر فرکانس نوسان دیافراگم بر عملکرد پمپ بررسی شده و نتایج نشان می دهد که دبی پمپ نسبت مستقیم و خطی با فرکانس نوسان دیافراگم دارد، در صورتیکه تنش اعمالی بر دیافراگم وابسته به فرکانس نیست و در نسبت های یکسانی از دوره تناوب، تنش تقریباً ثابت است. بر اساس نتایج به دست آمده اگر به جای آنکه پمپ در دامنه حرکت دیافراگم 0.8 میلی متر و فرکانس 1 هرتز کارکند، دامنه حرکت دیافراگم بر روی 0.5 میلی متر و فرکانس 1.6 هرتز تنظیم شود، مقدار دبی پمپ دقیقاً یکسان خواهد بود، در حالیکه مقدار تنش حداکثر در دیافراگم حدود 30 درصد کاهش یافته و احتمال آسیب آن کمتر می شود.

مطالعه حاضر مدل عددی مبتنی بر مدل های ریاضی حاکم بر رفتار جریان سیال و انتقال دارو در تومورها را توسعه می دهد تا به بررسی رسانش ماکرومولکول به یک تومور غیریکنواخت، شامل بخش های مختلف موجود در تومور جامد واقعی، تحت تأثیر هنجارسازی عروقی بپردازد. در این پژوهش اندازه تومور در بازه متفاوتی (شعاع معادل از 0/23 تا 2/79 سانتی متر) در نظر گرفته می شود. مساحت زیر نمودارهای توزیع غلظت میانگین دارو و انحراف از آن بر حسب زمان در ناحیه توموری به عنوان مقدار داروی تحویلی و یکنواختی توزیع داروی تحویلی برای بررسی کیفیت دارورسانی مطالعه می شوند. نتایج نشان می دهند که رفتار جریان سیال میان بافتی و توزیع غلظت عامل درمانی، قبل و بعد از هنجارسازی، به اندازه تومور وابسته می باشند. هنجارسازی در تمام اندازه ها سبب کاهش فشار سیال میان بافتی می شود که با کم شدن اندازه تومور، افت فشار ناشی از هنجارسازی افزایش می یابد. هنجارسازی در زمان های متفاوتی که وابسته به اندازه تومور است، سبب بهبود توزیع غلظت آنتی بادی می شود. با این حال از منظر معیارهای میانگین مکانی-زمانی، هنجارسازی عروقی در شعاع معادل از 0/46 تا 0/93 سانتی متر با افزایش یکنواختی توزیع، سبب بهبود رسانش ماکرومولکول به ناحیه توموری می شود. این پژوهش با بحث راجع به سازوکار های اثرگذار در کارکرد هنجارسازی می تواند چشم اندازی برای مطالعات درون تنی و برون تنی فراهم کند که از درمان ترکیبی ضدرگ زایی و شیمی درمانی بهره می برند.

قوانین و مقررات مربوط به کاهش صدا برای موتورهای توربوفن، نیازمند ایجاد پیکربندی های مؤثر در جلوگیری از صدای جت موتور می باشد. میکسرهای کنگره دار به عنوان یک وسیله مؤثر کاهش صدا برای موتور های توربوفن شناخته شده اند. در این تحقیق، اختلاط جریان هوای سرد و گرم در یک میکسر کنگره دار برای یک موتور توربوفن با کنارگذر بالا شبیه سازی شده است. معادلات ناویراستوکس به صورت سه بعدی، تراکم پذیر، پایا و مغشوش درنظر گرفته شده اند. برای حل جریان مغشوش، از مدل اغتشاشی  استفاده شده است، همچنین جهت بررسی قدرت آکوستیکی، از روش منابع نویز صوتی پهن باند استفاده شده است. در این تحقیق، در ابتدا، روش شبیه سازی مورد اعتبارسنجی قرارگرفته و نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی دیگران مقایسه شده است. سپس تأثیر میکسر کنگره دار در اختلاط جریان های سرد و گرم و کاهش نویز توسط آن در یک موتور توربوفن با کنار گذر بالا مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد، ماکزیمم قدرت آکوستیکی در فاصله 14 متری از نازل در حدود 72 دسی بل به دست آمد که با دور شدن از نازل موتور، میزان قدرت آکوستیکی کاهش می یابد. همچنین، مقدار ماکزیمم قدرت آکوستیکی بر روی هسته مرکزی، درخروجی نازل از حدود 90 دسی بل، به 72 دسی بل کاهش یافته است. ماکزیمم قدرت آکوستیکی بر روی سطح میکسر در ناحیه نزدیک به جریان هسته مرکزی در حدود 95 دسی بل مشاهده شد. در نهایت می توان نتیجه گرفت که اختلاط دو جریان توسط میکسر منجر به کاهش قدرت آکوستیکی و افزایش یکنواختی آن در خروج از نازل می شود و با عبور جریان از نازل، میزان قدرت آکوستیکی نزدیک هسته مرکزی افزایش می یابد.

شبیه سازی عددی پدیده گذار یکی از چالش ها در شبیه سازی جریان های آشفته در هر دو نوع از جریان های داخلی و خارجی است. در مطالعه حاضر، ضرایب مدل گذار چهار معادله ای γ-Reθ بر اساس فیزیک گذار در جریان داخلی به نحوی اصلاح می شود که طول ورودی در جریان داخلی بدرستی پیش بینی شود. برای اعتبارسنجی، جریان داخلی در شش هندسه متفاوت شبیه سازی شد تا جامعیت مدل در پیش بینی پدیده گذار در فیزیک های مختلف مشخص شود. جریان درون مجرای سه بعدی، دو لوله متقارن محوری، یک لوله تنگ شونده-بازشونده، دو صفحه موازی و پله معکوس در محدوده اعداد رینولدز 103×2 تا 105×3 شبیه سازی گردید. متغیرهای جریان نظیر سرعت متوسط، ضریب اصطکاک پوسته ای، ضریب اصطکاک در ناحیه توسعه یافته و طول بازچسبانی با نتایج تجربی، تئوری و نتایج حاصل از شبیه سازی گردابه های بزرگ مقایسه شد. با مقایسه نتایج سرعت متوسط با روابط نیمه تجربی و داده های تجربی، مشاهده شد که مدل اصلاح شده توانایی تخمین مناسبی از طول ورودی در جریان داخلی را در مقایسه با داده های تجربی دارد. علاوه براین، مقدار خطا در پیش بینی ضریب اصطکاک در ناحیه توسعه یافته و طول بازچسبانی با استفاده از ضرایب اصلاح شده به ترتیب بیش از 7/6 و 26/7درصد در مقایسه با مدل های پیشین کاهش یافت.

در این مقاله، سیکل ترکیبی توربین گاز رآکتور هلیوم با سیکل رانکین آلی از دیدگاه تحلیل اگزرژی متداول و پیشرفته مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته است. با استفاده از نرم افزار حل معادلات مهندسی مدل سازی این سیکل انجام گرفته و نتایج تحلیل انرژی و اگزرژی متداول به دست آمده است. سپس به منظور تعیین اولویت بندی مناسب بهبود اجزاء سیکل از دیدگاه تحلیل اگزرژی پیشرفته مورد مطالعه قرار گرفته است. در واقع تحلیل اگزرژی پیشرفته با تقسیم نابودی اگزرژی هر جزء به بخش های درونزا، برونزا، اجتناب پذیر و اجتناب ناپذیر، اطلاعات دقیقی در مورد پتانسیل بهبود واقعی عملکرد سیستم ارائه می دهد. نتایج تجزیه و تحلیل اگزرژی پیشرفته نشان می دهد که با اصلاح و ارتقای اجزای سیستم مورد مطالعه در این پژوهش، 19/1 درصد از نابودی اگزرژی کل سیستم قابل کاهش می باشد. همچنین تجزیه و تحلیل اگزرژی پیشرفته با در نظر گرفتن بخش اجتناب پذیر درونزا در هر جزء اولویت بهبود را به ترتیب به کمپرسور و سپس به رآکتور و توربین گازی می دهد. این در حالی است که از تجزیه و تحلیل اگزرژی متداول، نابودی اگزرژی محاسبه شده برای رآکتور بیشتر از کمپرسور بوده و اولویت بهبود با رآکتور است. علاوه بر آن براساس اولویت بندی تحلیل اگزرژی پیشرفته امکان افزایش بازده اگزرژی سیکل از 75/21% به 82/51 % و بازده انرژی سیکل از 51% به 56/22 % وجود دارد.

امروزه به دلایل افزایش جمعیت، تغییرات آب وهوایی و توسعه ی کشاورزی و صنایع، مشکل کمبود آب بیش ازپیش حس می شود؛ ازاین رو می بایست از تمامی منابع آب در دسترس، برای جمع آوری آب استفاده کرد که یکی از این منابع، مه می باشد. فرایند استحصال آب از مه که یک روش با صرفه می باشد، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده و محققان در تلاش اند که بازده این روش را با روش های مختلف افزایش دهند. در این تحقیق با ارائه ی یک سیستم آزمایش بسیار کاربردی، میزان تأثیر گذاری توری و ماژول نگهدارنده ی توری بر نرخ استحصال آب مورد بررسی قرار گرفته اند؛ بدین صورت که 6 مجموعه ی ماژول و توری در مقابل جریان بخار قرار گرفتند و پس از حاصل شدن نتایج، موثرترین عامل از بین توری و ماژول تعیین شدند؛ در حین آزمایش، تمامی عوامل مؤثر بر استحصال آب ثابت نگه داشته شدند و صرفاً تأثیر توری و ماژول مورد بررسی قرار گرفت؛ توری تارهای تفلونی که سبب افزایش 23 تا 77 درصدی استحصال آب از مه شد، به عنوان بهترین توری انتخاب شد؛ همچنین ماژول مثلثی کانال باز که استحصال آب را 7 تا 9 برابر افزایش داد به عنوان بهترین ماژول برگزیده شد. این میزان تاثیر گذاری بی نظیر را باید از خاصیت آیرودینامیکی ماژول مثلثی کانال باز دانست که به خوبی از شدت جریان مه در راستای افزایش استحصال آب، بهره می برد.

فرآیند رفرمینگ متان با بخار بالاترین بازدهی را نسبت به سایر روش های تولید هیدروژن دارد. نقش دما، فشار، نسبت بخار به کربن ورودی و کاتالیست دارای اهمیت است. در تحقیق حاضر، یک حل عددی با استفاده از نرم افزار منبع باز کانترا در محیط برنامه نویسی پایتون، برای تولید گاز سنتز و هیدروژن به روش رفرمینگ متان با بخار در حضور دو کاتالیست نیکل و رادیوم ارائه می گردد. مدل سازی در محدوده گسترده دمایی 600-1300 کلوین، نسبت بخار به کربن 2-4 و فشار 5/25-4 بار به منظور تعیین کاتالیست مناسب و بهترین محدوده برای تولید هیدروژن، گاز سنتز و کاهش پوشش سطحی کربن انجام می شود. نتایج نشان می دهد که محدوده مناسب برای تولید هیدروژن در حضور کاتالیست نیکل و رادیوم بازه 1000 تا 1100 کلوین، فشار 1-2 بار و نسبت بخار به کربن به ترتیب 2/5-3 و 3-3/5 است. برای تولید گاز سنتز در حضور کاتالیست نیکل و رادیوم به ترتیب بازه 1200- 1300 و 1100-1300 کلوین، نسبت بخار به کربن 2/5-3 و 3-3/5 و فشار 1-2 بار پیشنهاد می گردد. همچنین، کاتالیست رادیوم از نیکل در شرایط یکسان فعال تر می باشد؛ اما ازآنجاکه رسوب پوشش سطحی کربن روی بستر کاتالیست نیکل کمتر است، کاتالیست نیکل برای انجام فرآیند رفرمینگ متان با بخار پیشنهاد می شود.

در رانشگرهای تک‎مؤلفه ای هیدرازینی، هیدرازین پس از عبور از بستر کاتالیستی طی یک واکنش گرمازا به محصولات داغ گازی تجزیه می‎شود. در این مقاله، محفظه تجزیه یک رانشگر تک مولفه ای هیدرازینی، در مقیـاس دانه های تشکیل دهنده بستر، بصورت عددی مدل شده است و اثر پارامتر ضریب تخلخل بستر کاتالیستی که مهمترین پارامتر تاثیرگذار بر عملکرد محفظه تجزیه است، مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی ها بصورت دوبعدی متقارن محوری با لحاظ جریان پایا و در فاز گاز صورت گرفته است و دانه ‏های کاتالیست با قطر متوسط 1 میلی متر در سه ضریب تخلخل متفاوت 0/4، 0/55،0/65 در نظر گرفته شده اند و فشار ورودی محفظه تجزیه نیز 15 بار در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد که ضریب تخلخل تأثیر بسیار قابل توجه بر عملکرد بستر داشته به طوریکه با کاهش ضریب تخلخل، سطح تماس مؤثر برای انجام واکنش های شیمیایی افزایش می یابد که این موضوع، منجر به افزایش تجزیه هیدرازین شده، و سبب بهبود عملکرد بستر کاتالیستی خواهد شد. همچنین با کاهش این ضریب، دمای بستر و دمای دیواره بیرونی افزایش و دبی جرمی عبوری کاهش می یابد. کاهش ضریب تخلخل بستر از0/65 تا 0/4، سبب حدود 40% افت فشار بستر نسبت به فشار ورودی اولیه و همچنین حدود 40% کاهش در دبی جرمی عبوری از بستر می‎گردد. بنابراین بررسی این پارامتر می تواند کمک شایانی به محققین در تعیین و بهینه سازی راندمان محفظه تجزیه بنماید.

با توجه به کاربرد زیاد آب شیرین کن های حرارتی تمایل زیادی به شبیه سازی رفتار این دستگاه ها وجود دارد که بیشتر پژوهش ها روی مدل سازی رفتار پایا متمرکز بوده اما برای طراحی دستگاه های کنترلی و بررسی عملکرد آن ها نیاز به مدل سازی رفتار ناپایا داریم. همچنین مطالعات بسیار کمی به نحوه خاموش شدن آب شیرین کن پرداخته اند. در این پژوهش مدل سازی عددی پایا و ناپایا، آب شیرین کن چند اثره همراه در مقیاس صنعتی با چهار اثر، یک کندانسور و یک ترموکمپرسور موردبررسی قرارگرفته شده است. از روش گام و مرتبه متغیر برای حل معادلات دیفرانسیلی استفاده شده است. هر اواپراتور به سه فاز بخار، لوله ها و آب نمک تقسیم شده است و سپس معادلات بقای جرم و انرژی در شرایط ناپایا نوشته شده است. مدل پایا و ناپایا با داده های تجربی اعتبار سنجی شده است. مؤلفه های دما، دبی بخار، دبی آب نمک و ارتفاع آب نمک در مدل سازی عددی حالت ناپایا در هنگام راه اندازی، پایا شدن و خاموش شدن دستگاه موردمطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد که بیشترین تغییر دبی آب نمک بعد از خاموشی در اثر آخر است که به میزان %42 افزایش می یابد همچنین بیشترین تغییر در ارتفاع آب نمک در اثر اول است که بعد از 800 ثانیه به 11 برابر حالت پایا خواهد رسید که موجب پدیده طغیان خواهد شد.

مطالعات زیادی در زمینه کوره های گازی جهت بهبود عملکرد و همچنین کاهش مشکلات زیست محیطی آن ها انجام شده است. استفاده از تکنولوژی احتراق مبتنی بر سوخت اکسیژنی یکی از روش های رایج در کاهش مشکلات زیست محیطی می باشد. در کوره های گازی مبتنی بر احتراق سوخت اکسیژنی، با توجه به دمای بالای شعله، انتقال حرارت تشعشعی بخش مهمی از شار حرارتی را تشکیل می دهد و  نقش مهمی در نحوه توزیع دمای شعله دارد. پارامترهای مختلفی در انتقال حرارت تشعشعی کوره ها تأثیر دارد. در این پژوهش به بررسی تأثیر ضریب تشعشع دیوارها، ترکیب اکسیدکننده و چرخش جریان ورودی در کوره گازی هارول که با سوخت متان کار می کند پرداخته شد. از مدل  استاندارد، مدل جهت گیری گسسته و مدل اتلاف گردابه ای به ترتیب جهت مدل سازی آشفتگی جریان، تشعشع و فرایند احتراق استفاده شد. خواص تشعشعی محیط گازی با استفاده از مدل جمع وزنی گازهای خاکستری تعیین شد. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد چرخش از 2/0 به 1، شعله در اثر حرکت چرخشی گازها به اندازه 92 میلی متر به دیواره بالا و 100 میلی متر به دهانه ورودی نزدیک می شود. این امر سبب می شود که با افزایش عدد چرخش شار حرارتی دیوارها افزایش و شار حرارتی محوری کاهش یابد. با تغییر ترکیب اکسیدکننده به علت تغییر در درصد و ترکیبات گازهای حاصل از احتراق، میزان فعال بودن محیط گازی از نظر تشعشعی دچار تغییر می شود. استفاده از نیتروژن در اکسیدکننده سبب می شود دمای بیشینه 40 میلی متر به سمت دیوار بالا حرکت کند درحالی که کربن دی اکسید باعث تمرکز شعله در محور مرکزی می گردد اگرچه افزایش درصد جرمی اکسیژن در اکسیدکننده فرایند پخش را بهبود می بخشد. افزایش ضریب تشعشع دیوارها نیز موجب می شود شعله متمرکزتر شود و با افزایش ضریب تشعشع از 0 به 1، بیشینه دمای شعله 140 درجه کاهش می یابد.

در این مطالعه، یک سیستم تولید چندگانه بر پایه سوخت بیوگاز ارائه شده است. به این منظور ابتدا عملکرد سیستم از دیدگاه قانون اول ترمودینامیک شبیه سازی شده و در ادامه به منظور مشخص کردن کارآیی هر زیر سیستم و میزان تلفات و هدررفت انرژی، عملکرد سیستم از دیدگاه قانون دوم مورد بررسی قرار گرفته و همچنین آنالیز اقتصادی اگزرژواکونومویک به کار رفته است. در ادامه به منظور نشان دادن تأثیر استفاده از موتور استرلینگ، عملکرد  سیستم در دو حالت مختلف با موتور استرلینگ و بدون آن بررسی شده و در نهایت مطالعه پارامتری جامعی به منظور پی بردن به رفتار معیارهای عملکردی سیستم با پارامتر های طراحی انجام شده است. نتایج نشان می دهد که سیستم ارائه شده در زمان کار با موتور استرلینگ، به ترتیب توانایی تولید kW986، kW 137/5، 8/39 و kg/h 2/96 توان الکتریکی، سرمایش، آب شیرین و هیدروژن خالص را دارد و در این حالت بازده انرژی و اگزرژی سیستم نسبت به حالت بدون موتور استرلینگ حدود 2/96% و 7/89% بهبود یافته به ترتیب برابر با 37/3% و 32/08% محاسبه شده اند. همچنین در این حالت هزینه تولید محصولات سیستم برابر با kWh 0/1086 / $است، که در حالت بدون موتور استرلینگ برابر با kWh0/0998 / $بوده و چیزی در حدود 8/1% کاهش یافته است.

در این مطالعه روشی برای برداشت انرژی از گرمای اتلافی پیشنهاد شده است. در سیستم پیشنهادی، یک آهنربا روی مایع در ظرف سیم پیچی شده شناور شده و سیستم روی منبع حرارت قرار گرفته است. با جوشش مایع و طبق قانون القای فارادی، با حرکت آهنربا در داخل ظرف، ولتاژ در سیم پیچ القا شده است. دمای مازاد، ابعاد ظرف، ارتفاع مایع در ظرف و شکل و قطر قاب به عنوان پارامترهای مؤثر انتخاب شده است. تأثیر این پارامترها بر ولتاژ قله به دره و جذر میانگین مربعات ولتاژ به صورت تجربی بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که حداکثر انرژی در مقادیر بالاتر دمای مازاد، ارتفاع مایع، دور سیم پیچ و قطر قاب با شکل قاب کروی برداشت می شود. بیشترین مقادیر اندازه گیری شده به ترتیب 532 میلی ولت و95/65 میلی ولت برای Vpp و Vrms بود. در بخش دوم این تحقیق از روش عددی برای شبیه سازی و تحلیل سیستم پیشنهادی استفاده شده است. تأثیر پارامترهای مختلف بر ویژگی های سطح مشترک بررسی شده است. نتایج نشان داد که روند تغییرات پارامترهای سطح مشترک (شامل فشار و ارتفاع آن) با داده های تجربی همخوانی دارد. بنابراین می توان از این روش برای طراحی و پیش بینی عملکرد دستگاه برداشت انرژی استفاده نمود.