مهندسی مکانیک شریف (شریف ویژه مهندسی مکانیک)
سال:1395 | دوره:32-3 | شماره:2 |تعداد مقالات:14

به مدل سازی و بررسی فلاتر (اهتزاز) و رفتارهای غیرخطی در لوله ی حامل سیال در حالت سه بعدی پرداخته خواهد شد. معادلات حاکم بر سیستم، با فرض یک میدان جابه جایی مناسب به صورت غیرخطی و با استفاده از اصل لاگرانژ استخراج شده است. این امر نیاز به مدل سازی پیچیده را، با توجه به مطالب ذکر شده در مطالعات پیشین، از بین می برد. با توجه به حرکت سه بعدی لوله، جابه جایی ها به صورت دو خمش و یک حرکت درون صفحه یی مدل سازی شده اند. معادلات دیفرانسیل مشتقات جزئی حاکم با استفاده از روش رایلی- ریتز به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل، و با استفاده از پارامترهای مناسب بی بعدسازی شده است. سپس معادلات غیرخطی به روش عددی حل شده و رفتارهای ارتعاشی آن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده، و مقایسه ی آن با نتایج ارائه شده در منابع، حاکی از دقت روش مدل سازی ارائه شده با توجه به میدان جابه جایی مفروض است.

در کار حاضر از یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی به منظور تجزیه و تحلیل عملکرد موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن (HCCI) استفاده شده است. در راستای اعتباربخشی این مدل، از نتایج تجربی حاصل از موتور نمونه ی Dutez با سوخت متان و تزریق سوخت ثانویه ی دیزل به داخل سیلندر در 270oCAD استفاده شده است. بررسی ها نشان می دهد که تطبیق قابل قبولی بین مدل و نتایج تجربی وجود دارد. نتایج تحقیقات حاکی از آن است که با افزایش میزان گازهای برگشتی به داخل سیلندر، فشار و متوسط دمای داخل سیلندر کاهش می یابد. با افزایش EGR نیز میزان تولید NOX کاهش می یابد. همچنین با افزایش درصد EGR میزان دوده ی تولیدشده افزایش می یابد که این عملکرد ناشی از تولید احتراق ناقص است. افزایش EGR موجب کاهش میزان تولید CO2 شده و در همین راستا با افزایش درصد EGR میزان CO افزایش می یابد. در ادامه تغییرات دما، NOX تولیدی، و اکسیژن شرکت کننده در واکنش های داخل سیلندر نیز مورد بررسی قرار می گیرد.

در این مطالعه کاربرد روش هدایت حرارتی معکوس با استفاده از دماهای اندازه گیری شده از مدل های آزمایشگاهی، به منظور تخمین پارامترهای مطلوب انتقال حرارت بررسی شده است. برای تحقق این مهم دو آزمایش کلاسیک انتقال حرارت طراحی شده که دماهای اندازه گیری شده در این دو آزمایش به عنوان ورودی الگوریتم انتقال حرارت معکوس کاربرد دارد؛ در آزمایش اول شار حرارتی و در آزمایش دوم ضریب انتقال حرارت جابه جایی، مجهولات مسئله است. نتایج نشان می دهد روش معکوس با دقت خوبی شار حرارتی و ضریب انتقال حرارت جابه جایی را برآورد کرده است. الگوریتم حل هدایت حرارتی معکوس در شرایط واقعی که امکان اندازه گیری دما در سطوح مورد نظر جسم غیرممکن است، دقت قابل قبولی دارد و ابزاری قدرتمند در بررسی های تجربی است.

هدف نوشتار حاضر، شناسایی مدل دینامیک خطی حرکت در صفحه ی افق یک وسیله ی زیرسطحی بدون سرنشین به وسیله ی برازش توابع تبدیل آن است. شناسایی، تحلیل و تصحیح طراحی چنین وسایلی به دلیل غیرخطی بودن دینامیک حاکم بر آن ها بسیار پرچالش است. در این نوشتار برای نخستین بار به منظور حذف اغتشاشات و عدم قطعیت ها از شناسایی حوزه ی فرکانس و الگوریتم های ریاضی قوی در آن استفاده شده است. در اینجا پس از مدل سازی و شبیه سازی حرکت دینامیکی، ورودی جاروی فرکانسی در شبیه ساز غیرخطی به کنترل کننده ی سکان اعمال شده و با استفاده از تحلیل حوزه ی فرکانس توابع تبدیل زوایه ی سمت و نرخ چرخش نسبت به این ورودی محاسبه شده است. نتایج حاصله نشان گر مطابقت بسیار خوب این مدل معادل خطی با مدل تحلیلی غیرخطی، و عملکرد خوب آن در حضور نویز به لطف استفاده ی مناسب از توابع طیفی و تکنیک پنجره بندی است.

در این مطالعه، پروفیل سرعت لایه مرزی ناپایا روی سطح یک ایرفول فوق بحرانی تحت نوسان پیچشی اندازه گیری و تحلیل شده است. اندازه گیری با استفاده از یک لایه مرزی حاوی لوله های نازک فشار کل مستقر در فاصله ی ربع وتر ایرفویل از لبه ی حمله و روی سطح بالایی آن صورت گرفته است. در حالت استاتیک تاثیر زاویه ی حمله از 3− تا 14 درجه و سرعت جریان آزاد از 40 تا 70 متربرثانیه بررسی شده است؛ و در حالت دینامیکی در جریان آزاد با سرعت 50 متربرثانیه، تاثیر دامنه ی نوسان در محدوده ی ±3 تا ±10 درجه، بسامد کاهش یافته در محدوده ی 0.007 تا 0.0313 و زاویه ی اولیه ی ایرفویل (زاویه ی متوسط) در محدوده ی 3− تا 6 درجه درطول یک دوره نوسان، مطالعه شده است. در بررسی نتایج دینامیکی از روش تحلیل فرکانسی برای یافتن بسامد غالب و میزان دامنه ی آن استفاده شده است؛ همچنین تغییر رفتار پروفیل لایه مرزی در طول چرخه ی نوسان مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان گر حلقه ی هیسترزیس برای ضخامت لایه مرزی است، که با افزایش بسامد نوسان حلقه های هیسترزیس بازتر شده اند و همچنین با افزایش زاویه ی حمله ی لحظه یی در حرکت بالارونده از ضخامت لایه مرزی کاسته شده است.

هدف نوشتار حاضر جبران خطای سرعت و موقعیتی است که در ابتدای عملکرد حساسه ی ستاره نگر در یک سیستم ناوبری تلفیقی اینرسی/سماوی وجود دارد. این دو سیستم ناوبری به وسیله ی فیلتر کالمن درجه دوم تلفیق شده اند. به منظور حل دقیق معادلات ناوبری، از الگوریتم انتگرال گیری دیجیتال استفاده شده است. به علاوه، به منظور کاهش بار محاسباتی، در تمامی مراحل ناوبری و تلفیق از کواترنیون ها استفاده شده است. با استفاده از معادلات غیرخطی و به کارگیری هموارسازی و پسروی، وضعیت اولیه و بایاس شتاب سنج ها با دقت زیاد تخمین زده شده است. افزون بر این، در حین پسروی و هموارسازی، وضعیت وسیله در لحظات پیشین به دقت تخمین زده می شود. در ادامه، با انجام یک ناوبری موازی جدید، که بر اساس وضعیت برآورد شده ی لحظات پیشین و جبران سازی بایاس شتاب سنج ها صورت می گیرد، خطاهای سرعت و موقعیت جبران می شود. در انتها با انجام شبیه سازی برای یک ماهواره بر، روش ناوبری ارائه شده بررسی شده است.

در این مطالعه دقت سیستم های ناوبری مورد استفاده در فرود خودکار پرنده های بدون سرنشین، که از تلفیق حس گرهای اینرسی با سیستم های مخابراتی بهره می برند، تشریح شده است. ناوبری این پرنده ها در دو فاز «پایانه یی» و «غیرپایانه یی» بررسی شده است. شرایط انتهایی فاز غیرپایانه یی، به عنوان شرایط اولیه ی فاز پایانه یی منظور می شود؛ بنابراین ابتدا دقت یک سیستم ناوبری تلفیقی، که با الگوریتم تطابق سرعت کار می کند، در فاز فرود پهپاد تحلیل شده و ارتباط بین «دقت حس گرهای اینرسی»، «پارامترهای پروازی» و «دقت سیستم ناوبری» در قالب روابط بسته استخراج شده است. سپس، شرایط اولیه مستخرج از فاز غیرپایانه یی و همچنین اثر پارامترهای پروازی منتج از مانور فرود پهپاد، بر خطای سیستم ناوبری در فاز پایانه یی، مدل سازی شده است؛ تقریب های لازم بر مدل دینامیکی انجام شده و روابط تحلیلی که دقت سیستم ناوبری در فاز پایانه یی را بیان می کند، استخراج شده است. به منظور اعتبارسنجی روابط تحلیلی استخراج شده، فرود پرنده ی Shadow-200 که برای فرود خودکار از سیستم کمک ناوبری TALS استفاده می کند، شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی با روابط تحلیلی به دست آمده، همخوانی بسیار بالایی دارد.

یکی از مشخصه های سازه های کرکره یی که در مقایسه با سازه های مشابه «نسبت استحکام به وزن بالایی» دارند استحکام کمانشی آنهاست و از این جهت در صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته اند. در مطالعه ی حاضر، کمانش سازه های کرکره یی استوانه یی با الگوی هندسی ذوزنقه تحت بار محوری با شرایط مرزی تکیه گاه ساده-ساده مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات تعادل سازه با استفاده از نظریه ی مرتبه اول برشی استخراج شده است. خواص مکانیکی استوانه ی کرکره یی به کمک استوانه ی مدور اورتوتروپیک معادل آن به دست آمده است. به منظور صحه گذاری نتایج تحلیلی، از یک مدل اجزاء محدود استفاده شده و نیز تاثیر پارامترهای مختلف شامل تعداد کرکره، ضخامت استوانه، طول استوانه، شعاع استوانه، زاویه ی کرکره و ضریب شکل بر رفتار کمانشی استوانه کرکره یی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاضر، دقت و کارایی طراحی اینگونه سازه ها را برای مهندسان بالاتر خواهد برد.

در این نوشتار اثرات فرایند نورد در کانال های همسان زاویه دار (ECAR) بر خواص مکانیکی و عمر خستگی ورق های حاصل از این فرایند بررسی شده است. بدین منظور ابتدا ورق های آلومینیومی AL-5083 تولید شده طی این فرایند تحت آزمون های مکانیکی مختلف نظیر کشش، سختی و خستگی کششی قرار گرفتند. بررسی های خستگی براساس روش کرنش پایه با دامنه ی کرنش ثابت، فرکانس 0.5 هرتز و نسبت کرنش 0.75 انجام شده است. تمامی آزمون ها در محیط استاندارد آزمایشگاهی انجام شده، و نتایج حاصله حاکی از افزایش استحکام کششی نمونه با سه بار عبور از قالب تا حدود 2 برابر نمونه ی آنیل شده ی اولیه است؛ این افزایش استحکام کششی با کاهش ازدیاد طول نمونه همراه بوده است. سختی ورق ها نیز به طور پیوسته با افزایش تعداد عبورها بیشتر می شود. نتایج آزمون خستگی نشان می دهد که عمر خستگی در محدوده ی زیر 105 چرخه با افزایش تعداد عبورها مرتبا کاهش می یابد.

در این نوشتار عوامل موثر بر گشتاور شکل دهی شامل هندسه ی غلتک، ضخامت ورق، تنش تسلیم ورق، عرض ورق و زاویه ی شکل دهی و نیز توان مورد نیاز در فرایند شکل دهی غلتکی سرد بررسی می شود. با توجه به ثابت بودن عرض کف پروفیل، افزایش عرض ورق سبب افزایش عرض بال مقطع می شود. این فرایند با نرم افزار اجزاء محدود Abaqus برای دو نوع هندسه با غلتک بالایی تخت و زاویه دار شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی ها نشان داد که افزایش استحکام تسلیم، زاویه ی شکل دهی و ضخامت ورق، به افزایش گشتاور وارد شده به غلتک ها می انجامد و درنتیجه توان شکل دهی افزایش می یابد. افزایش عرض ورق باعث کاهش گشتاور مورد نیاز برای شکل دهی می شود. نتایج نشان می دهد که مقدار گشتاور اعمالی به غلتک ها و درنتیجه توان مورد نیاز شکل دهی برای ایستگاه شکل دهی با غلتک های بالایی تخت در تمام حالت های مورد بررسی کم تر است. بررسی تاثیر ضخامت و عرض ورق در آزمایش های تجربی، موید شبیه سازی های اجزای محدود است.

مدل سازی ترکیبی یکی از پرکاربردترین روش ها برای شبیه سازی مخازن نفتی و فرایندهای ازدیاد برداشت است. در شبیه سازهای ترکیبی برای محاسبه ی ترکیب اجزاء در فازهای مختلف معمولا از معادله ی حالت استفاده می شود که البته باعث صرف زمان محاسباتی زیادی می شود. در این نوشتار برای کاهش تعداد معادلات حالت مورد نیاز، فضای ترکیب به کمک پارامترهای خطوط رابط بیان می شود و خواص ترمودینامیکی سیستم به کمک این پارامترها به دست می آید. برای این کار تعداد کمی خطوط رابط اصلی مورد نیاز است که در طول حل به دست می آید. فضا با استفاده از این خطوط رابط اصلی و مثلث بندی دلونی گسسته سازی می شود و با میان یابی خطی در این فضای گسسته شده خواص ترمودینامیکی به دست می آید. این روش در یک شبیه ساز فشار ضمنی درجه ی اشباع صریح پیاده سازی شده است. در پایان چند مساله ی جابه جایی امتزاج پذیر و امتزاج ناپذیر نفت در یک مخزن یک بعدی شبیه سازی شده است.

در این نوشتار، روشی برای محاسبه ی پارامترهای ناحیه ی آسیب دیده ی اطراف چاه تولیدی با استفاده از داده های فشاری حاصل از آزمون کاهش فشار ارائه شده است. برای این منظور ابتدا تاثیر ویژگی های ناهمگنی تراوایی بر داده های فشاری حاصل از آزمون کاهش فشار شبیه سازی شده و با استفاده از روش های عددی، در یک مخزن مبتنی بر مدل مخزن ترکیبی بررسی شده است. سپس با در نظر گرفتن مدل مخزن ترکیبی برای توضیح مخزن اصلی و محیط آسیب دیده ی اطراف چاه و با استفاده از نتایج حاصل از بررسی اثر خواص ناهمگنی تراوایی بر داده های فشاری و روابط حاصل از معادلات جریان سیال در مخزن، به محاسبه ی تراوایی ناحیه ی آسیب دیده و شعاع این ناحیه پرداخته شده است. در انتها نیز روش ارائه شده با استفاده از یک مخزن مصنوعی شبیه سازی شده و نیز یک مخزن واقعی صحت سنجی شده است.

با توجه به متناوب بودن تابش انرژی خورشیدی، وجود سیستمی برای ذخیره ی انرژی ضروری به نظر می رسد. ذخیره ی انرژی به صورت نهان در یک آبگرمکن خورشیدی، در مواد تغییر فاز دهنده انجام می گیرد. این مواد اغلب درون یک ظرف کپسوله شده و به صورت غیر مستقیم درون مخزن آب قرار می گیرند. شکل، جنس و اندازه ی این ظرف در عملکرد سیستم ذخیره تاثیر خواهد داشت. در این نوشتار تاثیر قطر کپسول بر عملکرد سیستم ذخیره ی حرارت به صورت تجربی بررسی شده است. بدین منظور پارافین به عنوان ماده ی تغییر فاز دهنده در لوله هایی از جنس آلومینیوم با قطرهای 12، 10 و 6 میلی متر کپسوله شده و مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج حاصله حاکی از آن است که میزان ذخیره ی انرژی نسبت به حالت بدون مواد تغییر فاز دهنده، با کپسول آلومینیومی به قطرهای 12، 10 و 6 میلی متر، به ترتیب %11.02، %15.3 و %4.4 افزایش داشته است.

این مطالعه با هدف بررسی سیستم جریان مبرد متغیر از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک، و نیز بررسی تاثیر متغیرهای طراحی و نوع مبرد بر کارایی آن انجام شده است. نتایج نشان دهنده ی تاثیر قابل توجه نوع مبرد بر کارکرد سیستم است. همچنین در بین اجزاء سیستم، بیشترین سهم تلفات اگزرژی به کمپرسور و کندانسور اختصاص می یابد، در حالی که این سهم در مبدل حرارتی مادون سرد و شیر انبساط کمینه است. با توجه به اهمیت مبدل حرارتی مادون سرد در عملکرد چرخه، تاثیر وجود مبدل حرارتی بر عملکرد سیستم نیز مورد بررسی قرار گرفته است. مطابق نتایج به دست آمده تاثیر مبدل حرارتی به نوع مبرد وابسته است، به نحوی که مبردهای R-134a و R-407c عملکرد سیستم را بهبود می بخشند، در حالی که مبردهای R-22 و R-410a از کارایی آن می کاهند. نتایج به دست آمده به شناخت بهتر سیستم های جریان مبرد متغیر و طراحی سیستم هایی با کارایی بالاتر کمک می کند.