مهندسی مکانیک شریف (شریف ویژه مهندسی مکانیک)
سال:1399 | دوره:36-3 | شماره:1 |تعداد مقالات:14

در این مقاله جریان آشفته اطراف یک سیلندر با استفاده از یک پیکربندی کنترلی جدید شامل صفحه جداکننده در پایین دست جریان و سیلندر کنترلی در بالادست جریان به صورت عددی شبیه سازی شده است. عدد رینولدز جریان برابر 13100 در نظر گرفته شد که شامل ریزش گردابه های نامتقارن اطراف سیلندر است. نهایتاً پارامترهایی نظیر ضرایب پسا، برآ و توزیع ضریب فشار روی سطح مورد بررسی قرار گرفته است. مدل آشفتگی K-sst به منظور محاسبه ی ترم های تنش رینولدز به کار گرفته شد. برای ارزیابی کارایی این پیکربندی در کاهش نیروهای نوسانی وارد بر سیلندر، ابتدا یک صفحه به طول LL در پایین دست جریان به سیلندر اصلی متصل و طول آن تغییر داده شد تا طول بهینه ی صفحه برای کنترل جریان به دست آید. نتایج نشان داد که اضافه شدن صفحه ی کنترلی، تأثیر قابل توجهی بر ساختار جریان دارد و دامنه ی نوسانات ضریب برآ و مقدار متوسط ضریب پسای سیلندر را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد. در قسمت دوم یک سیلندر کنترلی با قطری کم تر از قطر سیلندر اصلی در بالادست آن قرار گرفت و فاصله ی آن تا سیلندر اصلی تغییر داده شد. مشخص شد که سیلندر کنترلی در بعضی از فواصل تأثیر مثبت چندانی بر دامنه ی نوسانات ضریب برآی سیستم ندارد در حالی که در همه ی فواصل بررسی شده، سیلندر کنترلی ضریب پسای سیستم را کاهش می دهد. در ادامه سیلندر به همراه ترکیب همزمان سیلندر کنترلی و صفحه ی جداکننده در پیکربندی های بهینه ی به دست آمده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که این پیکربندی باعث کاهش قابل توجه ضرایب برآ و پسای کل سیستم شده و کارآیی آن خصوصاً در کاهش ضریب پسا از هرکدام از حالت های سیلندر کنترلی و صفحه ی جداکننده به تنهایی، به مراتب بهتر است.

در این پژوهش، تأثیر عملیات حرارتی پیرسازی مصنوعی به همراه نورد سرد (T8) بر رفتار کششی آلیاژ آلومینیوم 2024 در حضور و عدم حضور شیار مورد بررسی قرار گرفته است. برای تعیین سازوکارهای شکست، با استفاده از SEM سطوح شکست، نمونه های کششی تحت زمان های متفاوت پیرسازی مطالعه شد. نتایج رفتار کششی نشان داد که با ایجاد شیار در نمونه ها، تنش تسلیم و نهایی افزایش پیدا کرده و ماده نسبت به شیار مستحکم می شود؛ اگرچه به دلیل کاهش چشمگیر کرنش شکست در اثر حضور شیار، چقرمگی نمونه های شیاردار به شدت کاهش می یابد. این کاهش در اوج پیری بیشترین میزان را دارد. همچنین به نظر می رسد تغییر شکل زمینه، ذرات ترک خورده و جدایش ذره از زمینه، سازوکارهای شکست در تمامی شرایط پیرسازی و در کل نمونه ها هستند، اما حضور شیار به شدت کسر ذرات ترک خورده را افزایش داده و همراه با کاهش حجم زمینه، سبب افت چشمگیر در کرنش شکست و چقرمگی می شود.

کنترل جریان با استفاده از میدان الکتریکی یکی از روش های نوین در مبحث کنترل جریان است. در این مقاله کنترل جریان جدا شده توسط یک محرک پلاسمایی مورد بررسی قرار گرفته و اثر پارامترهای مختلف بر عملکرد این محرک با استفاده از یک روش عددی مورد مطالعه قرار می گیرد. بدین منظور یک تابع به معادلات ناویر استوکس اضافه شده که نیروی حجمی تولید شده توسط محرک پلاسمایی را شبیه سازی کند. برای شبیه سازی اثرات محرک پلاسما از مدل شایی استفاده شده و روابط اضافی لازم در دو و سه بعد توسعه داده شده است. ابتدا میدان جریان در حضور عملگر پلاسمایی بر روی صفحه تخت و ایرفویل 0015NACA اعتبار سنجی می شود. سپس با تعمیم این مدل به حالت سه بعدی، جریان عبوری روی بال با مقطع 0015NACA تحت اثر محرک های پلاسمایی بررسی و اثر عواملی از قبیل ابعاد ناحیه ی تأثیر پلاسما، محل نصب عملگر و ولتاژ و فرکانس عملگر پلاسما بر مشخصات و کارآیی کنترل جریان مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. شرایط جریان شامل عدد رینولدز 45000، عدد ماخ %1، زاویه ی حمله 15 درجه و جریان آرام فرض شده است. بررسی اثر پارامترهای پلاسما نشان می دهد که افزایش فرکانس از یک کیلوهرتز به دو کیلوهرتز نسبت نیروی برآ به پسای بال را 23 درصد افزایش می دهد، در صورتی که با افزایش از 2 به 3 کیلوهرتز این افزایش تنها 10 درصد خواهد بود. همچنین افزایش ولتاژ از 2 به 3 کیلوولت باعث افزایش 17 درصدی نسبت برآ به پسا می شود در صورتی که افزایش از 3 به 4 کیلوولت این نسبت را 66 درصد افزایش می دهد. مطالعه ی اثر محل نصب عملگر نشان می دهد که بهترین نقطه برای نصب عملگرهای پلاسمایی همان نقطه ی شروع جدایش است.

این نوشتار به بررسی تجربی اثر شتاب بر نرخ سوزش یک پیشرانه ی جامد کامپوزیتی بر پایه ی HTPB دارای ذرات آلومینیوم به عنوان یکی از عوامل تعیین کننده ی فشار محفظه می پردازد. برای انجام این منظور از یک سامانه ی گریز از مرکز استفاده خواهد شد. با انتخاب گرین درون سوز، بردار شتاب در زمان سوزش همواره عمود بر سطح پیشرانه اعمال شد. در این آزمایش ها فشار محفظه از 30 تا 80 بار و شتاب نیز از 2g تا 60g تغییر کرد. متغیر قابل اندازه گیری فشار محفظه ی احتراق بوده که برای ارتباط آن به نرخ سوزش از کد تحلیل صفر بعدی استفاده شد. در آزمایش هایی با شتاب کم تر از 5g نرخ سوزش تغییر محسوسی نداشته، اما در آزمایش هایی که شتاب در بازه 30g تا 60g قرار گرفته نرخ سوزش از مقدار پایه شروع شده و در انتهای سوزش به 1/5 برابر مقدار پایه اش می رسد.

هدف این نوشتار بررسی رفتار ترمومکانیکی یک فیبر لیزر تک غلافه ی ایتربیم: یاگ (Yb: YAG) تحت دمش طولی پیوسته است. بدین منظور فیبر به دو صورت تک هسته یی و چهارهسته یی مدل سازی شده و در محیط نرم افزاری المان محدود شبیه سازی می شود. برای تعیین توزیع دما و تنش در بلور، به دلیل تقارن در بار حرارتی و هندسه، مدل یک چهارم به کار رفته است. از آنالیز میدان های کوپله ی حرارت سازه در محیط نرم افزاری بهره گرفته شده و ابتدا توزیع دما در بلور محاسبه و سپس میدان تنش در دو فیبر تک هسته یی و چهارهسته یی تعیین می شود. نتایج نشان می دهد که در یک توان مشخص، فیبر چهارهسته یی نسبت به فیبر تک هسته یی بیشینه تنش کوچک تری دارد و توان دمشی شکست آن به مراتب بزرگ تر از فیبر تک هسته یی است. در نهایت، آثار حرارتی دمش شامل عدسی شدگی در دو بلور چهارهسته یی و تک هسته یی با هم مقایسه شده و نشان داده می شود که از نظر ترمومکانیکی فیبر چهارهسته یی عملکرد مناسب تری دارد.

درون کانال های خنک کاری، به دلیل گرادیان دمای بالای نزدیک دیواره، عدد رینولدز بالا و هندسه ی سه بعدی مسیرها، خنک کننده با پدیده هایی از جمله تغییر رژیم و افت انتقال حرارت مواجه خواهد شد. با گرم شدن متان با فشار فوق بحرانی، دمای آن از مقدار شبه بحرانی عبور کرده و شبه تغییر فازی اتفاق می افتد. همچنین، در نواحی بحرانی امکان افت انتقال حرارت در شار حرارتی زیاد و نرخ جریان جرمی پایین وجود دارد. در پژوهش حاضر، با استفاده از نتایج شبیه سازی انتقال حرارت متان در کانال MTP به مطالعه ی پارامتری افت انتقال حرارت در شار حرارتی، فشار ورودی، دمای ورودی، دبی جرمی و زبری سطح مختلف پرداخته شده است. همچنین، روابطی با خطای کمتر از یک درصد برای پیش بینی شروع افت انتقال حرارت متان در فشار 6 تا 20 مگاپاسکال استخراج شده است. در نهایت، روش هایی برای کنترل پدیده ی افت انتقال حرارت به کمک افزایش دمای ورودی، دبی جرمی، زبری سطح، فشار ورودی و همچنین کاهش شار حرارتی پیشنهاد شده است.

پمپ های گریز از مرکز در اکثر صنایع به عنوان یکی از اجزای مهم برای انتقال مایعات کاربرد دارند. در این پژوهش جریان سیال تراکم ناپذیر در شرایط پایا و مغشوش با استفاده از مدل آشفتگی k- SST در نرم افزار ANSYSY16. 0 و با استفاده از شرط عدم لغزش روی دیواره ها، به صورت عددی مدل سازی می شود. یکی از عوامل مؤثر در افزایش بازدهی پروانه ی پمپ گریز از مرکز، تغییر توزیع شعاعی مراکز سطح پروفیل های دوبعدی است. در این نوشتار، این تغییرات در راستای مماسی انجام شده و تغییر زاویه ی لین در دو حالت ریشه ثابت و نوکثابت بررسی می شود. با شبیه سازی میدان جریان برای زوایای لین مختلف مشاهده می شود که ایجاد زاویه ی لین منفی باعث افزایش بازدهی به میزان 0/51 درصد برای حالت ریشه ثابت و 1/34 درصد برای حالت نوک ثابت می شود.

در این مقاله، روشی برای تشخیص خرابی بالک های کنترل آیرودینامیکی در یک رهگیر مافوق صوت ارائه شده است. این خرابی ها شامل سوختن، شکستن یا باز نشدن بالک های تاشو است. در این روش از داده های سنسورهای اینرسی و مدل غیرخطی وسیله استفاده می شود تا خرابی بالک، قبل از شکست مأموریت، شناسایی شود. از بین رفتن بالک کنترلی سبب تغییر در ضرایب آیرودینامیکی و بنابراین تغییر در مدل خواهد شد. بنابراین علاوه بر تغییر در سیگنال کنترلی، مدل سیستم نیز تغییر می کند که فرایند شناسایی خرابی را پیچیده تر خواهد کرد. برای غلبه بر این مشکل، یک مدل آیرودینامیکی معادل معرفی می شود. سپس درصد صحت هر بالک توسط یک فیلتر غیرخطی در طول زمان تخمین زده می شود. در بخش نتایج، سناریوهای مختلفی شامل سوختن و شکستن بالک ها در زمان های مختلف، در حضور خطاهای آیرودینامیک و سنسورهای اینرسی بررسی شده است. نتایج حاصله نشان گر آن است که روش پیشنهادی خرابی بالک را در زمانی کوتاه و با دقت خوب تشخیص می دهد.

در نوشتار حاضر کارایی عملگرهای برخورد در روش شبکه ی بولتزمن با دو زمان آرامش یکتا و چندگانه و دو روش اعمال نیرو برای شبیه سازی جریان های دوفازی مطالعه شده است. اندرکنش بین دو فاز گاز و مایع در فصل مشترک با مدل شان چن شبیه سازی شده است. با هدف عدم وابستگی نسبت چگالی به مقدار زمان آرامش و رفع محدودیت روش شان چن استاندارد، از روش اعمال نیروی اختلاف دقیق استفاده شده است. کارایی و پایداری الگوریتم عددی توسعه یافته با شبیه سازی جریان های دوفازی در اعداد وبر و رینولدز مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که اعمال نیروی اندرکنش بین دو فاز با استفاده از روش اختلاف دقیق سبب استقلال نسبت چگالی از مقدار زمان آرامش می شود. همچنین، استفاده از زمان آرامش چندگانه به جای زمان آرامش یکتا اثر مطلوبی در کاهش مقدار سرعت های غیرفیزیکی دارد که نتیجه آن افزایش پایداری حل عددی برای شبیه سازی جریان های دوفازی کاربردی در اعداد وبر و رینولدز بالا است.

هدف این مقاله، ارائه ی روش های جدید هدف گذاری در سامانه های فرایندی است که با توجه به نقاط قوت روش های تحلیلی همزمان انرژی اگزرژی برای سامانه های حرارتی و شیمیایی حاصل می شود. در ادامه روش توسعه یافته یی به نام پل اگزرژی در دو سطح مختلف برای تحلیل سامانه های فرایندی از نظر انرژی و اگزرژی به صورت همزمان ارائه شده است. خروجی این روش توسعه یافته ی پل اگزرژی روابط جدید و تصحیح شده یی برای تحلیل همزمان انرژی و اگزرژی است که منجر به ایجاد منحنی انتقال اگزرژی (ETC) برای تجهیزات حرارتی و منحنی اتلاف انرژی اگزرژی و منحنی اتلاف هزینه ی انرژی اگزرژی (EXDL) برای تجهیزات شامل تغییر فشار و تغییر ترکیبات شیمیایی می شود. به عنوان زمینه ی مطالعاتی برای بررسی روش ترکیبی پل اگزرژی و الگوریتم بهینه سازی فرایند تولید مایعات گاز طبیعی (NGL) انتخاب شده است. در واحد تولید NGL با استفاده از تحلیل همزمان پل و اگزرژی در دو سطح و الگوریتم تکامل تفاضلی (DE)، کل هزینه های واحد به میزان 814400 دلار در سال کاهش می یابد.

در پژوهش حاضر، که بر اساس ترکیب رؤیت گر غیرخطی فیلتر کالمن هیبریدی(HEKF) و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است، تمامی ضرایب هیدرودینامیکی یک بیضی گون در صفحه ی افقی تخمین زده می شود. برای این کار، ابتدا یک مدل عددی با استفاده از نرم افزار تجاری انسیس CFX و با بهره گیری از الگوریتم تجدید شبکه در روش شبکه ی متحرک توسعه داده شده است. با استفاده از این شبیه سازی و انجام محاسبات مربوطه، تعدادی از ضرایب هیدرودینامیکی به دست آمد. سپس با کمک کد شبیه سازی شده ی فیلتر کالمن هیبریدی در محیط نرم افزار متلب و اعمال معادلات حرکتی حاکم بر یک جسم بیضی گون، ضمن به کارگیری از اطلاعات مکانی و سرعتی به دست آمده از مانور بیضی گون در محیط CFX، دیگر ضرایب هیدرودینامیکی مجهول تخمین زده شد. نتایج به دست آمده از روش پیشنهادی حاکی از تطابق خوب ضرایب جرم افزوده ی تخمینی از مدل شبیه سازی شده با مقادیر تحلیلی موجود است.

در این تحقیق حل تحلیلی معادله ی انتقال جرم در حالت دوبعدی به ازای فعالیت منابع آلاینده ی نقطه یی با الگوهای زمانی دلخواه در دامنه ی محدود در کانال های روباز با استفاده از شیوه ی تبدیل انتگرالی تعمیم یافته به دست آمده است. به منظور ارزیابی حل، به مقایسه ی حل تحلیلی پیشنهادی با حل تحلیلی به روش تابع گرین در دو مثال فرضی پرداخته ایم. در مثال اول، یک منبع آلاینده با الگوی زمانی به صورت تابع نمایی مرکب در نظر گرفته شد. در مثال دوم، دو منبع آلاینده ی نقطه یی با الگوهای زمانی نامنظم لحاظ شد. نتایج حاصله حاکی از انطباق حل تحلیلی پیشنهادی با حل تحلیلی به روش تابع گرین بوده و عملکرد مطلوب حل تحلیلی پیشنهادی را نشان می دهد. حل تحلیلی پیشنهادی قابلیت اتخاذ منابع آلاینده ی متعدد با الگوهای زمانی دلخواه را دارد و می توان از آن به عنوان راه حلی پایه یی برای صحت سنجی حل های عددی در حالت دوبعدی بهره مند شد.

ناحیه ی اعمال کرنش در روش استحکام دهی لوله توسط لاستیک (RPTS) به صورت لوزی طراحی شده است. یک ماندرل که دارای قسمتی محدب به شکل لوزی است، به داخل لوله رانده می شود در حالی که یک حلقه لاستیک بیرونی آن را فرا گرفته است. در نتیجه، قطر لوله به طور موضعی افزایش یافته و با پایین رفتن ماندرل، لاستیک فشرده می شود و لوله را به ابعاد اولیه اش برمی گرداند. استحکام لوله های دولایه در پاس سوم 180/6 MPaاست که نسبت به پایه ی آلومینیومی افزایش و نسبت به پایه ی مسی کاهش داشت. در حالی که سختی مس خام قبل از فرایند HV 92 اندازه گیری شد، سختی لایه ی مسی لوله ی دوجداره بعد از فرایند به HV 130 رسید. در نتیجه ی این تغییر، لایه ی آلومینیومی لوله ی دوجداره نسبت به نمونه ی خام آن، از HV 40 به HV 50 افزایش یافت. شبیه سازی نشان دهنده ی مزیت همگنی بالا در اعمال کرنش های بالاست.

میکرومیکسرها یکی از اجزاء مهم سیستم های میکروسیالاتی هستند که برای اختلاط دو سیال در فازهای مایع یا گاز به کار می روند. از آن جا که مقیاس این دستگاه ها در حدود میلی متر است و جریان سیال نیز در رینولدزهای پایین صورت می گیرد، لذا استفاده از هندسه های مناسب برای تسریع روند اختلاط در طول مسیر کانال ضروری است. برای افزایش میزان اختلاط از دو استوانه در مسیر جریان با سرعت های دورانی مختلف استفاده شده که روشی فعال برای اختلاط است. شبیه سازی اختلاط و جریان سیال با روش های عددی و اجزای محدود انجام شده است. برای حل معادلات از نرم افزار کامسول استفاده شده و نتایج به صورت کانتورهای جریان و غلظت ارائه شده است. نتایج به دست آمده تطابق قابل قبولی با کارهای قبلی داشته و نشان می دهد که استفاده از استوانه های دوار باعث افزایش اختلاط نسبت به حالت استوانه های ساکن می شود.