مهندسی مکانیک مدرس
سال:1400 | دوره:21 | شماره:5 |تعداد مقالات:6

سیستم احتراق اضافه یکی از روش های مرسوم برای جبران کمبود انرژی حرارتی ارسال شده توسط توربین های گازی و افزایش توان تولیدی واحدهای سیکل ترکیبی است. هزینه پایین سرمایه گذاری نسبت به میزان افزایش توان تولیدی، موجب شده است که طراحان تشویق به استفاده از این روش در نیروگاه های فوق شوند. در این مقاله به بررسی میدانی تغییرات عملکرد یک واحد سیکل ترکیبی واقعی در حالت های مختلف بهره برداری از توربین های گازی، با در نظر گرفتن وجود یا عدم وجود سیستم احتراق اضافه از دیدگاه انرژی و اگزرژی پرداخته شده است. بررسی ها نشان می دهد که در تمامی حالات بهره بردای موضوع تحقیق، مکانیزم احتراق اضافه موجب افزایش توان تولیدی تا مقادیر 26. 3MW، افزایش راندمان انرژی سیکل بخار در حدود 2. 43% می گردد ولی این سیستم بر راندمان انرژی و اگزرژی کل سیکل ترکیبی تاثیر منفی دارد. به گونه ای که در بدترین حالت مورد مطالعه، مقدار 1. 7% افت در راندمان انرژی و 1. 13% افت در راندمان اگزرژی سیکل ترکیبی بوقوع پیوست. همچنین مشخص شد، بهره برداری از نیروگاه در بارهای جزیی موجب افزایش قابل توجه تخریب اگزرژی در سیکل می گردد که حتی افزایش راندمان های انرژی و اگزرژی سیکل بخار در اثر استفاده از سیستم احتراق اضافه، قادر به جبران آن نمی باشد.

در پژوهش حاضر، مکانیسم تغییر شکل بزرگ پلاستیک و شکست ساختارهای ساندویچی با رویه های آلومینیومی و هسته پوکه معدنی تحت بارگذاری ضربه ای سرعت پایین موردبررسی قرارگرفته است. از سامانه سقوط وزنه برای اعمال بار ضربه ای به نمونه در 7 سطح انرژی مختلف 3/34، 6/68، 9/102، 2/137، 5/171، 8/205 و 223 ژول استفاده شد. برای دستیابی به سطوح انرژی مذکور، جرم ضربه زننده ثابت و برابر با 5/3 کیلوگرم در نظر گرفته شد و ارتفاع ضربه زننده از نمونه از 1 تا 5/6 متر تغییر داده شد. 16 نمونه آزمایشی در دو نوع لایه بندی با و بدون هسته پوکه معدنی در نظر شد. همچنین، در این سری از آزمایش ها، ضخامت رویه فلزی ثابت و دو ضخامت مختلف 16 و 32 میلی متر برای هسته پوکه معدنی در نظر گرفته شد. نتایج تجربی نشان داد که در تمامی سطوح انرژی، در ساختار ساندویچی با هسته 16 میلی متری، ناحیه کوچک تری دچار تغییر شکل دایمی می شود و این بدان علت است که فضای متخلخل میان دو ورق فلزی کوتاه تر است. همچنین، در سطوح انرژی پایین، ضخامت هسته پوکه معدنی نقش کلیدی را در بهبود مقاومت سازه در برابر بار ضربه ای وارد نمی کند. در قیاس با ساختار ساندویچی بدون هسته، استفاده از هسته پوکه معدنی با جرمی بسیار کم می تواند مانع تغییر شکل پلاستیک رویه عقبی شود و ضخامت 16 میلی متری هسته پوکه معدنی حتی مانع گلبرگی شدن رویه جلویی نیز می شود.

امروزه فنرهای پیچشی برای ایجاد گشتاور به طور گسترده در مکانیزم های فضایی مورد استفاده قرار می گیرند. در اغلب مکانیزم های مربوط به بوم های گرادیان جاذبه و نیز برخی مکانیزم های باز کننده صفحات خورشیدی، از فنرهای پیچشی استفاده میشود. از آنجاییکه این مکانیزمهای بکار رفته در سازه های حساس فضایی بطور مداوم در برابر تغییرات شدید حرارتی در موقع گردش مداری قرار می گیرند، بنابرین شناسایی تاثیر تغییرات درجه حرارت بر روی عملکرد فنرهای مورد استفاده در آنها بسیار مهم می باشد. در این پژوهش تاثیر دما و تغییرات آن بر روی عملکرد فنرهای پیچشی هم به صورت تحلیلی و هم به صورت تجربی مورد بررسی قرار می گیرد. جهت بررسی رفتار گشتاور-زاویه پیچش استاتیکی فنرهای پیجشی، یک زنجیره آزمایش مناسب طراحی و ساخته می شود. این زنجیره شامل سیستم انتقال قدرت، محفظه های کنترل دمای سرد و گرم، سیستم کنترل دما و سیستم اندازه گیری گشتاور می باشد. جنس فنر پیچشی از خانواده فولاد های سخت کشیده انتخاب شده و فنردر گستره دمایی 100+ تا 100-درجه سانتیگراد مورد آزمایش قرار گرفت. تاثیر تغییر دما بر روی گشتاور اعمالی فنر در زاویه های پیچش مختلف و نیز تغییر ثابت فنر بر حسب دما به دست آمد. با استخراج روابط الاستیسیته حاکم بر تغییر شکل فنردر اثر گشتاور اعمالی، مقادیر حاصل ازآزمایش با روابط تحلیلی مقایسه می گردد. تطابق خوبی بخصوص در درجه حرارتهای پایین بین نتایج آزمایش و تیوری مشاهده می شود. نتایج حاصله بیانگر صحت فرایند آزمایش در پیش بینی عملکرد فنرهای پیچشی می باشد.

افزایش انتقال حرارت و جلوگیری از رسوب ذرات در تجهیزات، همواره مورد توجه مهندسان بوده است. در این تحقیق تغییرات غلظت نمک بر دینامیک حباب تاثیرمستقیم گذاشته و با رسوب بر سطح به عنوان مقاومت انتقال حرارت عمل کرد. بنابراین ابتدا تاثیرامواج فراصوت بر رسوبات نمکی در جوشش استخری بررسی شد. نتایج نشان داد که امواج فراصوت با معلق نگه داشتن ذرات محلول در سیال و جلوگیری از رسوب آن ها بر سطح انتقال حرارت، اثر مثبتی بر انتقال حرارت داشت. افزایش اغتشاشات به سبب تغییر در دینامیک حباب وپدیده ی کاویتاسیون، موجب بهبود انتقال حرارت شد. نقش ایجاد زبری بر سطح انتقال حرارت در تولید حباب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد ترکیب تولید حباب به وسیله افزایش زبری و امواج فراصوت، اثرمهمی در افزایش انتقال حرارت داشته اند. امواج فراصوت در سه قدرت امواج %30، %60 و %90 اعمال گردید به طوری که توان %90 توانست به ترتیب ضریب انتقال حرارت و قطر جدایش را تا حدود %43/8 و %54/7 نسبت به حالت بدون پرتودهی امواج افزایش داده و همچنین رسوب را تا%19/37 کاهش دهد.

در شکل دهی قطعات مخروطی به روش سنبه و ماتریس سنتی، به دلیل به وجود آمدن تمرکز تنش در محل برخورد سنبه و قطعه کار، نازک شدگی و پارگی در ورق رخ می افتد. همچنین در جایی که تماسی بین سنبه و ورق وجود ندارد، احتمال زیادی در به وجود آمدن چروکیدگی نیز وجود دارد. از این رو، برای شکل دهی این دسته از قطعات، همواره روش های نو مورد بررسی قرارگرفته اند. شکل دهی الکترومغناطیسی (Electromagnetic Forming)، ازجمله روش های نسبتا قدیمی شکل دهی سرعت-بالا است که در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در پژوهش پیش رو، فرآیند شکل دهی پیش فرم قطعات مخروطی آلومینیومی به کمک نیروی الکترومغناطیسی به دو روش المان محدود و آزمون تجربی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. ابتدا شکل دهی تجربی توسط سیم پیچ حلزونی ساده موردبررسی قرار گرفت و پس از تایید اعتبار شبیه سازی ها، تحلیل اثر چگالی نیرو در راستای شعاعی و محوری در نقاط مختلف ورق انجام شد. با استفاده از نتایج به دست آمده، سیم پیچ جدیدی طراحی و ساخته شد که توانایی توزیع مناسب نیرو در راستای شعاعی و محوری را دارد. کاهش توان مصرفی تا یک چهارم، افزایش مقدار نیروی شعاعی رو به داخل و ارتفاع پیش فرم مخروط شکل گرفته تا 2 برابر، به حداقل رساندن نیروی اصطکاک، کاهش نازک شدگی مرکز قطعه کار به مقدار 3 درصد (ضمن افزایش ارتفاع 2 برابری) و ازبین رفتن چروک خوردگی در ناحیه فلنج ورق از مزایای استفاده از سیم پیچ جدید نسبت به سیم پیچ اولیه است.

در این تحقیق، پوشش های کامپوزیتی زمینه وینیل استر تقویت شده با الیاف شیشه نوع E، نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم و نانو الیاف کربن به روش لایه گذاری دستی تولید گردید و خواص مکانیکی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. خواص مکانیکی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف با استفاده از آزمون های کشش، ضربه، سختی سنجی، چسبندگی و سایش مورد بررسی قرار گرفت. میکروسکوپ الکترونی روبشی به منظور بررسی سطوح شکست نمونه های آماده شده بکار گرفته شد. نتایج آزمون کشش نشان داد که با تقویت زمینه ی رزین وینیل استر توسط الیاف شیشه، استحکام به میزان 5 برابر و درصد ازدیاد طول 8 برابر افزایش می یابد. با تقویت کامپوزیت الیافی توسط نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم و نانو الیاف کربن تغییری در استحکام کامپوزیت الیافی ایجاد نشد اما میزان درصد ازدیاد طول کامپوزیت الیافی به میزان 6/1 برابر تغییر یافت. استحکام ضربه کامپوزیت الیافی و نانو کامپوزیت الیافی نسبت به رزین وینیل استر به ترتیب حدود20 و 29 برابر افزایش نشان داد. نتایج آزمون چسبندگی حاکی از آن می باشد که حضور نانو ذرات در نانو کامپوزیت الیافی موجب بهبود چسبندگی آن به سطح بتن می شود. بررسی نتایج آزمون سایش نشان داد که حضور الیاف شیشه در زمینه وینیل استر موجب کاهش مقاومت به سایش و حضور نانو ذرات در نانو کامپوزیت الیافی موجب بهبود مقاومت به سایش کامپوزیت الیافی می شود.