مهندسی مکانیک مدرس
سال:1403 | دوره:24 | شماره:6 |تعداد مقالات:6

در خروجی یک نازل همگرا که به یک منبع گاز پر فشار متصل است، بر اساس مقدار فشار ورودی آن، یک جریان فرومنبسط و فرا صوت که با موج شوک همراه می باشد ایجاد می­گردد. با قرار دادن یک لوله ته بسته در مقابل این نازل همگرا، طرح ساده از دستگاه لوله تشدید هارتمن اسپرنگر شکل می گیرد. تأثیر شوک به همراه جریان خروجی نازل بر لوله، گرمایش شدیدی در گاز محبوس در داخل لوله ایجاد می­کند. در این پژوهش سیکل عملکردی لوله تشدید و ماهیت نوسانی جریان داخل آن بررسی گردید. پارامترهای اصلی مساله به صورت فشار ورودی به نازل و فاصله بین لوله و نازل، تعیین و تاثیر تغییر مقدار آن­ها در عملکرد نوسانی جریان داخل لوله و نوسانات فشار انتهای لوله نشان داده شد. فرکانس­های غالب این نوسانات تعیین و بیان شد که در محدوده فشار ورودی یک تا ده بار، محدوده فرکانس­های غالب بین 600 تا 933 هرتز به­دست می­آید که با فرکانس آکوستیکی طبیعی لوله اختلاف دارند. تشدید نوسانات و فرکانس­های غالب تنها در تعداد مشخصی از مقادیر پارامترهای اصلی قابل مشاهده است و گرمایش مورد نظر صرفا در این شرایط ایجاد می­گردد.

چرخ دنده ها بخش بسیار مهمی از تجهیزات مختلف مکانیکی در صنعت هستند. به دلیل آن که در فرایندهای مکانیکی، دندانه ها در طولانی مدت تحت بار قرار می گیرند، سطح دندانه آن ها معمولاً فرسوده، ساییده و حتی شکسته می شود. تشخیص به موقع خطا نه تنها می تواند چرخه عمر چرخ دنده ها را افزایش دهد بلکه حتی می تواند از تلفات اموال و تلفات ناشی از خرابی ها نیز جلوگیری نماید. بنابراین، نظارت و تشخیص سلامت چرخ دنده ها برای اطمینان از عملکرد طبیعی ماشین های گرانبها در صنعت امری ضروری است. در این پژوهش، تشخیص خطا در چرخ دنده های پلیمری، با استفاده از سیگنال صوتی به عنوان یک روش بازرسی غیرتماسی مدنظر قرار گرفته است. بدین منظور از 50 زوج چرخ دنده در وضعیت سالم، دندانه های ساییده شده و دندانه های شکسته شده در دو سرعت 66 و 99 دور بر دقیقه، سیگنال صوت ضبط شده است. در ادامه با استفاده از تبدیل بسته موجک (WPT)، سیگنال صوت در حوزه زمان – فرکانس تجزیه شده و 12 ویژگی آماری از 16 ضریب سطح چهارم WPT استخراج شده است. به منظور بررسی عملکرد الگوریتم تشخیص خطا از چهار طبقه بند جداساز خطی، K نزدیک ترین همسایه، درخت تصمیم و ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. مقادیر معیارهای دقت، نرخ مثبت واقعی، نرخ منفی واقعی، ارزش پیش بینی مثبت، ارزش پیش بینی منفی، میانگین هندسی، نمره F1 و ضریب همبستگی متیوز، نشان داده است که با استفاده از WPT، می توان تمایز معنی داری میان چرخ دنده های سالم و معیوب پیدا کرد. از این رو، روش پیشنهادی یک رویکرد مناسب، برای تشخیص خطای به موقع چرخ دنده های پلیمری مورد استفاده در تجهیزات مکانیکی است.

ماشین کاری مواد سخت به ویژه سوپرآلیاژهای پایه نیکل با فرآیندهای براده برداری سنتی همچنان به عنوان یک چالش در نظر گرفته می شود، ویژگی های خاص این مواد اغلب منجر به سایش سریع ابزار و کاهش یکپارچگی سطح می شوند. به همین دلیل، ترجیح داده می شود که فرآیندهای ماشین کاری سنتی با فناوری های دیگر ترکیب شوند تا مشکلات ماشین کاری این مواد برطرف شوند. ماشین کاری به کمک لیزر با گرم کردن موضعی و نرم کردن مواد قطعه کار قبل از برش امکان براده برداری کارآمدتری را نسبت به شرایط مرسوم فراهم می کند. در این پژوهش، با مقایسه تراشکاری به کمک لیزر و تراشکاری سنتی بر روی سوپرآلیاژ واسپالوی تأثیر پارامترهای ماشین کاری در سرعت دورانی ثابت (400 دور بر دقیقه)، نرخ پیشروی (035/0، 07/0 و105/0 میلی متر بر دور) و عمق برش (3/0، 6/0 و 9/0 میلی متر) بر نیروی برش، دمای براده، زبری سطح و تغییرات میکروسختی روی سطح قطعه کار مورد بررسی قرار گرفت. از لیزر  فیبری با توان ثابت 500 وات و فاصله زاویه ای تماس پرتو لیزر با نوک ابزار برابر با 60 درجه استفاده شد. سختی اولیه قطعه کار 385 ± 10 ویکرز و قطر آن 25 میلی متر بود. نتایج نشان داد که استفاده از لیزر در مقایسه با تراشکاری سنتی، باعث کاهش نیروی برش به مقدار 16% شد. دمای براده در تراشکاری با لیزر نسبت به تراشکاری سنتی بیشتر بود. کاهش نیروی ماشین کاری و افزایش دما باعث افزایش کیفیت زبری سطح به مقدار 42% شد. در تراشکاری به کمک لیزر دامنه تغییرات میکروسختی در سطح قطعه کار کمتر از تراشکاری سنتی بود. نتایج نشان داد افزایش سرعت اسکن حرارت لیزر روی سطح قطعه کار باعث کاهش ضخامت ناحیه تحت تاثیر دمای لیزر در زیر سطح قطعه کار شد.

اخیرا در بسیاری از کاربردهای پیل سوختی، به­منظور افزایش بازدهی و یکنواخت­تر کردن توزیع واکنش­دهنده­ها در سطح فعال، از فوم به عنوان توزیع کننده جریان استفاده می شود. اما این روش علیرغم ایجاد بهبود نسبی در بازدهی و عملکرد پیل سوختی، توزیع واکنش­دهنده­ها را به یکنواختی مطلوب نمی­رساند. از این رو در این مطالعه، از فوم فلزی با تخلخل غیر یکنواخت جهت توزیع همگن­تر جریان هوا در سمت کاتد پیل سوختی غشا پلیمری استفاده شده­ است. در ابتدا فوم به صورت یکنواخت و با تخلخل یکسان فرض شده است. پس از حل عددی جریان در فوم همگن (نوع اول)، دو نوع فوم با ضریب تخلخل متغیر طراحی شده­ است به­گونه­ای که با تقسیم فوم به شکل شطرنجی، ضرایب تخلخل در گوشه­های مقعر که کسر مولی اکسیژن در آن­ها پایین است (نواحی مرده)، حائز مقدار بالاتری هستند تا حرکت جریان به این گوشه­ها تسهیل و در نتیجه توزیع جریان نیز یکنواخت­تر شود. نتایج شبیه سازی حاکی از آن بود که به ازای چگالی جریان ثابت، توزیع کسر مولی اکسیژن در هر دو نوع فوم با ضریب تخلخل متغیر، یکنواخت­تر شده و متوسط کسر مولی اکسیژن نیز در فوم نوع دوم 45/9% و در فوم نوع سوم 02/32% نسبت به فوم یکنواخت افزایش داشته، همچنین گرادیان فشار در فوم با تخلخل متغیر نوع دوم، 75/80% نسبت به فوم یکنواخت افزایش یافته، در حالی که به ازای فوم نوع سوم، تغییر چندانی نداشته است.

تمرکز این پژوهش بر روی مقایسه ی اثر استفاده از دو نانوسیال نانولوله کربنی چند دیواره عامل دار کربوکسیل-آب و تیتانیوم دی اکسید-آب در کلکتورهای خورشیدی سهموی جذب مستقیم است. بدین منظور با ساخت دستگاه استاندارد تست عملکرد کلکتور خورشیدی و استفاده از نانوسیالات در غلظت های مختلف، بازده حرارتی و بازده اگزرژی کلکتور در هر حالت محاسبه شده است. برای تحلیل خواص تشعشعی نانوسیالات از آنالیز uv/vis استفاده شده است و ضریب هدایت حرارتی آن ها نیز اندازه گیری شده است. تست ها در جریان آرام با دبی های 20، 60 و 100 لیتر بر ساعت و دماهای ورودی 20، 30 و 40 درجه سانتیگراد در شرایط واقعی با تابش مستقیم خورشید انجام شده اند. بیشترین مقدار بازدهی حرارتی برای نانوسیال کربنی 96/44 درصد و برای نانوسیال تیتانیومی 98/34 درصد گزارش شده است. با توجه به افزایش قابل توجه بازده نسبت به سیال پایه (آب مقطر)، اثر ترکیبی استفاده از نانوسیالات نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. بازده حرارتی نانوسیال ترکیبی تا حداکثر 77/48 درصد حاصل شده است. بازده اگزرژی در بیشترین دبی و دمای ورودی برای سیال پایه، نانوسیال حاوی تیتانیوم دی اکسید، نانوسیال نانولوله کربنی چند دیواره و نانوسیال ترکیبی برابر با 61/2، 98/4، 68/6 و 26/7 درصد حاصل شده است. مقدار افت فشار تمام نانوسیالات در لوله جاذب بین 5 تا 6/39 پاسکال است. نانوسیالات مورد بررسی، عملکرد گرمایی سیستم را بهبود داده و افت فشار پایینی در سیستم ایجاد می کنند که نشان دهنده ی کارایی بسیار مناسب آن ها در کلکتورهای خورشیدی جذب مستقیم است.

هدف: پیشرفت ها در تکنولوژی های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) طی چند دهه گذشته به توسعه سریع طیف وسیعی از دستگاه های میکرو فلوئیدیک با عملکردهای مختلف کمک کرده است از میان دستگاه های مختلفی که پیشنهادشده اند، میکرو پمپ ها که انرژی لازم برای راندن سیالات را از طریق سیستم های میکرو فلوئیدیک فراهم می کنند؛ بنابراین در پژوهش حاضر قصد براین است تا به طور پارامتری اثرات پارامترهای اصلی، یعنی طول، عرض و زاویه حمله سوپاپ ها، طول پیزوالکتریک و ولتاژ اعمال شده را موردبررسی قرار گیرد. روش: رویکرد پژوهش حاضر کاربردی محور و تحلیلی -آزمایشی با شبیه سازی های عددی که نیروی کشش و معادلات با استفاده از الگوریتم کاملاً کوپل شده درنرم افزار COMSOL Multiphysics محاسبه می شوند. یافته ها: نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان می دهد پارامترهای اصلی به طور قابل توجهی عملکرد میکرو پمپ طراحی شده را تحت تأثیر قرار می دهند.به طوری که ولتاژ اعمال شده 400 ولت، زاویه حمله 45 درجه و عرض شیرها 6میکرومتر،به ترتیب برای طول پیزوالکتریک 4،2و5 میلی متر دبی جریان6/0، 9/6 و6/16 میکرو لیتر بر دقیقه به دست می آید. برای عرض های شیر 6 و8میکرومتر، زاویه های حمله بهینه 60 و 65 درجه ، دبی مربوطه به ترتیب 1/11 و9/5 میکرو لیتر در دقیقه است. نتیجه گیری: بر اساس نتایج حاصل از پژوهش حاضر و بررسی رفتار میکرو پمپ و تغییرات دبی خروجی آن در شرایط کاری مختلف، هرچه طول شیرها افزایش یابد، دبی ارائه شده بیشتر می شود. درنهایت، یک شرط مطلوب برای عرض و زاویه حمله سوپاپ ها وجود دارد؛ که این عرض مطلوب به سرعت جریان بستگی ندارد.