مهندسی مکانیک شریف (شریف ویژه مهندسی مکانیک)
سال:1397 | دوره:34-3 | شماره:2 |تعداد مقالات:14

یکی از مدل های انتقال جرم در شبیه سازی عددی فرایند چگالش تماس مستقیم در پدیده ی تزریق بخار در جریان آب، مدل انتقال جرم نرخ معین است. اما این مدل انتقال جرم برای هر شبیه سازی نیازمند یک ضریب تجربی منحصر به فرد است. در این پژوهش، با توجه به نتایج موجود از پژوهش های تجربی محققین پیشین، با استفاده از شبیه سازی عددی پدیده در نرم افزار فلوئنت، تاثیر پارامترهای مختلف جریان آب و جریان بخار، شامل عدد رینولدز جریان آب، دمای آب و نیز شار جرمی جریان بخار ورودی، بر ضریب تجربی مدل انتقال جرم نرخ معین بررسی شده است. با استفاده از نتایج به دست آمده از این شبیه سازی، این مدل انتقال جرم اصلاح شده و با ارائه ی رابطه یی برای تخمین ضریب تجربی موجود در این مدل به صورت تابعی از پارامترهای موثر در پدیده، دقت شبیه سازی ها افزایش یافته است.

کنترل جریان سیال عبوری از سطوح آیرودینامیکی به کمک عملگرهای پلاسمای دی بی دی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. ازجمله چالش های پژوهش در این زمینه، ضعف الگوهای عددی است که بتوانند فیزیک این پدیده را به طور دقیق و با هزینه محاسباتی کم شبیه سازی کنند. یکی از الگوهای سریع برای شبیه سازی اندرکنش اثر عملگر پلاسمایی و جریان سیال، الگوی الکترواستاتیک سوزن و هوانگ است که با حل معادلات میدان پتانسیل الکتریکی و غلظت شارژ، اثر عملگر را به صورت نیروهای حجمی (جمله های چشمه) به معادلات مومنتوم جریان اضافه می کند. در این پژوهش، ارتقایی بر این الگوی الکترواستاتیک پیشنهاد شده که در آن ارتباطی میان دو معادله ی مستقل پتانسیل الکتریکی و غلظت شارژ توسط یک شرط مرزی برای توزیع شارژ، برقرار می شود. براساس الگوی پیشنهادی، نتایج شبیه سازی جت القایی در جریان سیال روی صفحه تخت با دقت بالایی با نتایج آزمایشگاهی تطابق دارد.

در مطالعه ی حاضر روشی برای طراحی و بررسی عددی اندازه ی سطح مقطع میانی کانال (محفظه ی آرامش) سیستم هوارسانی به توربین گاز دریایی ارائه شده است. در این روش ابتدا با توجه به الزامات آئرودینامیکی و آکوستیکی، سیستم کانال هوارسانی به سه قسمت ورودی، محفظه ی آرامش و خروجی کانال تقسیم شد و با استفاده از نظریه ی امواج صفحه یی درون کانال، بدون در نظر گرفتن اثرات عبور جریان، ابعاد هندسی قسمت های ورودی و خروجی کانال در فرکانس غالب سیستم محاسبه شد. سپس با استفاده از روش های عددی به بررسی و تعیین اندازه ی مناسب سطح مقطع میانی کانال هم از نظر آئرودینامیکی و هم از نظر آکوستیکی با در نظر گرفتن اثرات عبور جریان پرداخته شد. نتایج حاصله نشان داد که با افزایش سطح مقطع محفظه ی آرامش نسبت به سطح مقطع ورودی خروجی کانال، عملکرد آئرودینامیکی سیستم کانال کاهش و عملکرد آکوستیکی آن ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد.

توابع آماری n نقطه یی برای محاسبه ی خواص سیستم های ناهمگن استفاده می شوند. قدرت و فایده ی مهم روش پیوسته ی آماری ارتباط مستقیم به اطلاعات آماری ریزساختار دارد. توابع همبستگی دونقطه یی کم ترین مرتبه از توابع همبستگی اند که می توانند رابطه ی بین مورفولوژی و خواص ریزساختار را توصیف کنند. به صورت آزمایشگاهی توابع همبستگی جفت آماری با استفاده از میکروسکوپ الکترون روبشی یا روش های پراکندگی اشعه ی X زاویه کوچک به دست می آیند. توابع همبستگی مرتبه بالاتر باید محاسبه یا اندازه گیری شوند تا دقت روش پیوسته ی آماری افزایش یابد. در این مطالعه ضمن انجام مروری جامع بر توابع همبستگی آماری مورد کاربرد در ریزساختارها و نانوساختارها، بر بازسازی این ساختارها با استفاده از روش های آزمایشگاهی و عددی تمرکز شده است. توصیف و مشخصه سازی سیستم های ناهمگن نزد محققین دوره های گذشته اهمیت ویژه یی دارد و روش های مختلفی نیز برای دست یابی توصیف گرهای سه بعدی سیستم های ناهمگن توسعه یافته است.

در این نوشتار نمونه ی ناخواسته ی پدیده ی جویبار در لوله ی حائل موتور گرماصوتی استرلینگ مورد بررسی قرار می گیرد. شبیه سازی عددی جویبار داخل لوله، با حل یک بعدی معادله ی موج آغاز می شود. اثرات جویبار در حل یک بعدی ناپدید می شود؛ بنابراین جواب آن به عنوان شرایط مرزی جریان نوسانی لوله ی تقارن محور به کار گرفته می شود. این روش، امکان حل عددی را در اجزاء لوله ی حائل بدون دسترسی مستقیم به شرایط مرزی فراهم می کند. برای حذف جویبار، حل برای لوله ی مخروطی و صاف انجام شده است. حل فشار مبنای لوله ی حائل صوتی به وسیله ی نرم افزار شبیه سازی عددی با نگاه ساده ی ایجاد موج صوت رونده در مجرا، انجام می گیرد. نتایج نشان می دهد که شدت جویبار $ (S F) $ نسبت به حل آرام لوله ی صاف، در حالت آشفته، شیب دادن ملایم به دیواره در انتهای سرد لوله و جاذبه، به ترتیب به میزان 30، 12 و 70 درصد در کاهش اثر جویبار نقش داشته است.

در این نوشتار ناپایداری کششی و جابه جایی میکروسوئیچ های میکروالکترومکانیک بررسی می شود. یک مدل غیر خطی استاتیکی همراه با در نظر گرفتن اثرات میدان های حاشیه یی و نظریه ی غیر کلاسیک کوپل تنش اصلاحی برای میکروسوئیچ ارائه شده است. این مدل از یک میکروتیر یک سرگیردار تشکیل شده که با یک فاصله ی اولیه نسبت به یک الکترود ثابت قرار گرفته و با اعمال ولتاژ به سمت آن خمیده می شود. معادلات استاتیکی حاکم با استفاده از روش کمینه سازی انرژی پتانسیل استخراج شده و با کمک روش های گلرکین، عددی و اجزاء محدود اقدام به حل معادلات می شود. اثرات پارامترهای مختلف بر ناپایداری استاتیکی میکروسوئیچ بررسی می شود و خطاهای ناشی از در نظر گرفتن مدل خطی یا نظریه های غیر کلاسیک محاسبه می شود. نتایج نشان می دهد که مدل ارائه شده به خوبی قادر به پیش بینی رفتار استاتیکی سازه و محدوده ی ناپایداری استاتیکی است.

در این پژوهش، اثر استفاده از درون لوله یی ها به عنوان یک روش غیرفعال افزایش انتقال حرارت، بر عملکرد آبگرمکن گازی فوری مورد بررسی قرار گرفته است. برای تحلیل و بررسی کارایی و تاثیر پارامتر هندسی درون لوله یی ها و پارامترهای فیزیکی جریان، جریان پایا و تراکم ناپذیر آب در آبگرمکن گازی، با استفاده از نرم افزار تجاری ANSYS CFX14 مدل سازی شده است. مدل توربولانسی تنش برشی انتقالی، برای رژیم جریان مغشوش سیال استفاده شده است. با استفاده از نتایج مدل سازی، پارامترهای عملکردی مهم مانند ضریب اصطکاک، عدد ناسلت و ضریب عملکرد حرارتی محاسبه، و تجزیه و تحلیل شده است. تاثیر پارامترهای هندسی درون لوله یی از قبیل طول گام و زاویه ی پره بر عملکرد آبگرمکن گازی ارزیابی شده است. با مشاهده ی نتایج و مقایسه ی آنها، درون لوله یی دوپره یی با زاویه ی پره 55 و 70 درجه با میانگین ضریب عملکرد حرارتی 1/215 و 1/193 بهترین عملکرد را در آبگرمکن گازی مورد مطالعه داشته است.

در این تحقیق با توسعه ی مدل عددی گلرکین و با ارائه ی الگوریتمی جدید برای اولین بار اثرات سخت شوندگی در رفتار دینامیکی پادشهودی تیرهای کشسانی خمیری پین دار تحت بار ضربه یی، مطالعه شده است. برای انجام این مطالعه، علاوه بر استفاده از روش گلرکین، تحلیل های مشابهی نیز به وسیله ی کد اجزای محدود A N S Y S/L S-D Y N A صورت گرفته و نتایج این دو روش با یکدیگر مقایسه شده است. جزییات منحنی های جابه جایی بر حسب زمان نقطه ی میانی تیر مورد مطالعه قرار گرفته و ناحیه ی رخداد رفتار پادشهودی تعیین شده است. محاسبات صورت گرفته با هر دو روش عددی نشان می دهد که پاسخ پادشهودی، پدیده یی بسیار حساس به بارگذاری است، به گونه یی که تغییری بسیار اندک در میزان بار ضربه یی سبب ظهور آن در دو ناحیه ی پیوسته و مجزا می شود. همچنین بررسی نمودارهای انرژی تیر نیز آشکار می سازد که این رفتار غیرعادی در نسبت های مناسب انرژی داخلی به انرژی جنبشی رخ می دهد.

در این پژوهش یک سیستم کالینای متصل به ذخیره کننده های خورشیدی از نوع تشتک سهموی، برای تولید توان سرمایش و توان گرمایش به ترتیب برای دو فصل تابستان و زمستان پیشنهاد و مدل سازی شده است. بر اساس مدل سازی اگزرژی، در تابستان ذخیره کننده و در زمستان بویلرکمکی بدترین اجزاء بشمار می روند که با توجه به تحلیل پیشرفته ی اگزرژی، مقدار تخریب اگزرژی بیرونی اجتناب پذیر در این دو جزء در هر دو فصل چشم گیر است. از دیدگاه اقتصادی، در هر دو فصل تانک حرارتی با کمترین هزینه ی سرمایه گذاری (13/24 $/h)، بیشترین هزینه ی تخریب را به خود اختصاص داده است. نتایج تحلیل پیشرفته ی اقتصادی نشان می دهد، هزینه ی تخریب اگزرژی اجتناب پذیر درونی تانک حرارتی صفر است که بیانگر عدم کاهش هزینه ی تخریب با بهبود جزء است. به طور مشابه در تحلیل اگزرژی محیطی، بویلر کمکی با کمترین تاثیر زیست محیطی سرمایه گذاری، بیشترین تاثیر زیست محیطی تخریب اگزرژی را به علت صفر بودن بخش اجتناب پذیر درونی در هر دو فصل دارد.

نانولوله های کربنی (C N T) و نانوهلیکال های کربنی (C C N T) خواص استثنایی دارند و باعث بهبود خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی نانوکامپوزیت ها می شوند و از همین رو، اخیرا مطالعات زیادی روی آن ها صورت می گیرد. در این مقاله با استفاده از کدنویسی پایتون و مدل سازی چند مقیاس در نرم افزار آباکوس نمودار تنش کرنش نانوکامپوزیت های شبیه سازی شده، به دست آمده است. تاثیر هندسه ی تقویت کننده ها که به دو صورت نانولوله و نانوهلیکال مدل شده اند و نیز درصد حجمی هریک از آن ها بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها با شرط اتصال کامل بررسی شده است. نتایج به دست آمده حاکی از افزایش مدول کشسان با افزایش ضریب حجمی تقویت کننده هاست. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی های نشان دهنده ی کاهش مدول کشسان نانوکامپوزیت تقویت شده ی نانوهلیکال ها نسبت به نانولوله هاست. در واقع با افزایش زاویه ی پیچ نانوهلیکال ها خاصیت تقویت کنندگی آن ها بهتر می شود.

هدف این مقاله تحلیل اثر لایه ی مرزی در پوسته ی استوانه یی کامپوزیتی هیبریدی با استفاده از نظریه ی لایه یی است. استوانه تحت بارگذاری نیروی گریز از مرکز ناشی از دوران است. برای حل معادلات حاکم، از تبدیل متغیر برای جداسازی معادلات استفاده شده است و معادلات برای شرایط مرزی مختلف حل شده است. با حل معادلات حاکم و استخراج میدان جابه جایی پوسته ی هیبریدی، تنش های میان لایه یی و اثر لایه ی مرزی در پوسته ی استوانه یی هیبریدی محاسبه شده است. هم گرایی روش ارائه شده با هم گرایی روش اجزاء محدود مقایسه شده است. برای صحه گذاری، تنش های به دست آمده با نتایج اجزاء محدود مقایسه شده است. اثرات هندسه، نوع لایه گذاری، سرعت دوران و اثر هیبریدی شدن بر تنش های میان لایه یی و تنش لایه ی مرزی بررسی شده و بیشینه سرعت دورانی که پوسته ی هیبریدی می تواند تحمل کند محاسبه شده است. با استفاده از نتایج می توان جدایش لایه های کامپوزیت را پیش بینی و از وقوع آن جلوگیری کرد.

شیرهای کنترلی اتوماتیک شکست خط در مناطقی با عدم دسترسی به شبکه ی سراسری برق، دارای شرایط صعب العبور، با هدف نیاز به ایجاد شرایط پدافند غیرعامل، یا حفاظت از اکوسیستم روی شیرهای خطوط انتقال گاز نصب می شود. اثر مشخصه های قطر اوریفیس، فشار اولیه ی خط لوله و نرخ افت فشار ناشی از شکست خط بر عملکرد این نوع شیرها به صورت آزمایشگاهی با گاز نیتروژن بررسی شد. بیشینه اختلاف فشار طرفین شیر دیافراگمی مبنای تنظیم این نوع شیرهای کنترلی اتوماتیک است. با افزایش نرخ افت فشار شکست خط، کاهش قطر اوریفیس یا کاهش فشار اولیه ی خط، اختلاف فشار طرفین شیر دیافراگمی افزایش می یابد. مقدار زمان دست یابی به این اختلاف فشار بیشینه فقط به اندازه قطر اوریفیس بستگی دارد و با افزایش قطر اوریفیس، کاهش می یابد. نمودار اختلاف فشار بیشینه برحسب نرخ افت فشار شکست برای مقادیر مختلف فشارهای اولیه خط و قطرهای اوریفیس ارائه شده است.

برای برانگیختگی ترازهای انرژی و تولید نور لیزر در محیط های جامد، از دمش نوری بهره گرفته می شود. هنگام اعمال دمش به محیط کریستال، بخشی از توان دمشی تبدیل به گرما شده و گرادیان دمایی ایجاد می شود. گرادیان دمایی تولید شده می تواند منجر به ظهور پدیده های نامطلوب حرارتی و مکانیکی، نظیر عدسی شدگی حرارتی، قطبیدگی خروجی، تنش های مکانیکی، کاهش بازده خروجی و حتی شکست بلور شود. به منظور بررسی و تحلیل دقیق تر این پدیده های ترمومکانیکی، لازم است به جای استفاده از نظریه ی انتقال حرارت هدایت فوریه، از نظریه ی انتقال حرارت هدایتی غیرکلاسیک (دارای زمان آسایش) استفاده شود. در این پژوهش، بر مبنای ارائه ی یک فرمولاسیون اجزاء محدود غیرکلاسیک، توزیع دما و تنش در بلور صفحه یی نئودیوم: وانادات محاسبه می شود. نتایج نشان می دهد که مقدار بیشینه دما و تنش محاسبه شده توسط مدل غیرفوریه، بزرگ تر از مدل فوریه بوده و نظریه ی غیرفوریه توان های شکست کوچک تری برای بلور پیش بینی می کند.

در این مقاله عملکرد فوم های صلب پلی یورتان به کار رفته در زره های کامپوزیتی برای کاهش آثار ضربه ی وارده بر زره به صورت عددی با استفاده از روش اجزا محدود مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این مطالعه، بررسی پارامترهای مهم طراحی همانند ضخامت، چگالی فوم و نیز سرعت برخورد (نرخ کرنش) پرتابه بر عملکرد زره است. در زره های مورد بررسی که دارای یک ساختار دولایه ی فلز و فوم هستند از 4 فوم مختلف با چگالی های 80، 160، 288 و 320 کیلوگرم بر متر مکعب در 6 ضخامت متفاوت استفاده شده است. همچنین رفتار هر یک از زره ها تحت اثر برخورد پرتابه یی با سرعت های متفاوت، مورد بررسی قرار گرفته است. پس از بررسی تاثیر پارامترهای طراحی بر رفتار زره، مقادیر بهینه ی چگالی و ضخامت فوم برای مهار ضربات وارده تعیین شده است.