فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال چهل و دوم شماره 2 (پاییز 1389)
  • سال چهل و دوم شماره 2 (پاییز 1389)
  • تاریخ انتشار: 1389/08/29
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مقاله پژوهشی
  • سید مصطفی میرسلیم، مجید کرباس فروش ها، امیرحسین پریور، پیمان شرقی صفحات 1-8
    سامانهٔ زمان بندی متغیر پیوستهٔ دریچه ها یا سامانهٔ زبمپ وظیفه ٔتغییر مداوم زمان گشودگی دریچه ها را به عهده دارد. این سامانه در موتور ملی بر روی میل بادامک هوا قرار گرفته است. در این مقاله به تحلیل گرما پویایی روند تغییرات زوایای انتخابی گشودگی دریچه که بر حسب دور و بار موتور تغییر می کند٬ پرداخته می شود. زوایای گشودگی در دو حالت گاز سوز و بنزین سوز و با انتخاب نقطه بهینه بر اساس داده های حاصل از آزمون موتور بدست آمده است و این مقاله به تحلیل دما پویایی علت این انتخاب می پردازد.
    کلیدواژگان: زبمپ، تأخیر، پیشی، همپوشانی، بازگردانی داخلی دود
  • رحیم ابراهیمی صفحات 9-18
    تغییرات سیکلی احتراق یکی از مشخصه ی برجسته کارکرد موتور اشتعال جرقه ای است که مشکلات اساسی برای کنترل موتور ایجاد می کند. در این مطالعه، تغییرات سیکلی یاد شده توسط اندازه گیری فشار داخل سیلندر برای سوخت گازطبیعی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که شکل منحنی ضریب تغییرات فشار داخل سیلندر بر حسب زاویه میل لنگ مستقل از شرایط آزمایش می باشد. بر روی این منحنی، موقعیت سه نقطه قابل توجه است. این سه نقطه برابر با شروع احتراق، انتهای احتراق و %50 کسر جرم سوختی است. همچنین نتیجه گیری شد که تغییرات سیکلی فشار موثر متوسط نشانگری با افزایش نسبت هم ارزی در محدوده ی میزان کم مخلوط کاهش و در محدوده ی میزان بالای مخلوط افزایش می یابد. هنگامیکه نسبت هم ارزی و زمان جرقه برای حداکثر گشتاور تنظیم شده باشد، تغییرات سیکلی دارای حداقل مقدار است. اثر تاخیر جرقه از زمان جرقه ی دارای بیشترین گشتاور و مخلوط میزان بالا بر روی تغییرات سیکلی به ترتیب بیشتر از آوانس جرقه از جرقه ی دارای بیشترین گشتاور و مخلوط میزان کم است.
    کلیدواژگان: تغییرات سیکلی، موتور اشتعال جرقه ای، گازطبیعی، فشار سیلندر
  • مهدی بید آبادی، علی حقیری صفحات 19-26
    مدل ریاضی جدید در برگیرنده انتشار شعله از میان پیش مخلوط ذرات سوخت فرار با توزیع یکنواخت و هوا می باشد. در مقاله حاضر، ساختار شعله به چهار ناحیه تقسیم می گردد که شامل یک ناحیه پیش گرم، یک ناحیه عریض تبخیر ذرات، یک ناحیه نازک حدی واکنش ودر آخر، ناحیه پس از واکنش می باشد. در این مطالعه از ذرات سوخت لایکپودیوم استفاده می گردد و فرض بر این است که در ابتداذرات تبخیر شده وبه فرم سوخت گازی شکل در می آیند ودر پایان اکسید می شوند. گفتنی است که عدد دامکوهلر (1Da < )، نسبت نرخ واکنش شیمیایی به نرخ تبخیر ذرات ریز، وعدد زلدویچ (1 << Ze)، فرم بی بعد انرژی فعال سازی مخلوط واکنشگر، به عنوان پارامترهای اساسی در نظر گرفته می شوند. با فرض عدد لوییس واحد و چشم پوشی از گرمای نهان تبخیر، برای نسبت های اکی والان و قطر متفاوت ذرات تحلیل موجود نتایجی را برای کسر جرمی ذرات ریز جامد، کسر جرمی سوخت در فاز گازی حاصل از تبخیر ذرات فراروتوزیع دمای بی بعد شده ارائه می کند که این پیش بینی هابا دیدگاه تجربی احتراق ذرات ریز فرار موافقت دارد.
    کلیدواژگان: مدل ریاضی، ساختار شعله، ابر ذرات ارگانیک، عدد دامکوهلر
  • نوذر اکبری، ناصر سراج مهدیزاده، رضا ابراهیمی، محمدرضا پاکتچیان صفحات 27-35
    احتراق پیش مخلوط با نسبت سوخت به هوای کم برای موتورهای توربین گازی به عنوان روشی برای رسیدن به استانداردهای زیست محیطی در رابطه با انتشار NOx پذیرفته شده است. با این حال این فرایند های احتراقی برای تحریک ناپایداری احتراق بسیار مستعد هستند. هدف اصلی از این تحقیق، بررسی تجربی و تحلیلی حالت های[i] اصوات[ii] محفظه احتراق در هنگام ناپایداری احتراق است. برای این منظور یک محفظه احتراق از نوع پیش مخلوط طراحی و ساخته شد، و آزمایش های مربوطه برای دو حالت پایدار و ناپایدار انجام شده است. در این طرح از پروپان گازی به عنوان سوخت استفاده شده و آزمایش ها در فشار اتمسفر و در نسبت تعادل بین 7/0 الی 2/1 انجام شده است. برای تعیین بسامد[iii] نوسانات ناپایدار در محفظه احتراق در شرایط مختلف، از منحنی های هیستوگرام[iv]، اسپکترال[v] و منحنی انتقال فوریه نوسانات فشاری استفاده شده است. سپس بصورت تحلیلی بسامد حالت های اصوات محاسبه گردید و کد کامپیوتری نیز برای این منظور نوشته شده است. در پایان نتایج بدست آمده از روش تحلیلی با مقادیر تجربی مقایسه شده اند که دقت نتایج رضایت بخش می باشد.
    کلیدواژگان: ناپایداری احتراق، موتورهای توربین گازی، محفظه های پیش مخلوط، آزمایش های تجربی اصوات
  • سیدمصطفی حسینعلی پور، سیدمحمدابراهیم درخشانی، محمدمهدی عارفی صفحات 37-45
    در این مقاله از شبکه های عصبی برای شناسایی خواص ترمودینامیکی محلول لیتیوم برماید-آب که یکی از پرکاربردترین محلول ها در شبیه سازی های ترمودینامیکی می باشد، استفاده شده است. برای آموزش شبکه عصبی از داده های شبیه سازی شده ناشی از تحلیل ترمودینامیکی استفاده شده است. به جای استفاده از معادلات پیچیده دیفرانسیلی و داده های تجربی محدود، استفاده از مدل شبکه عصبی استخراج شده پاسخ های سریع تر و ساده تری را در اختیار قرار می دهد. با استفاده از شبکه های عصبی، خواص محلول لیتیوم برماید-آب به صورت روابط ریاضی استخراج گردید. نتایج شبیه سازی دقت بسیار زیاد شبکه های عصبی را در شناسایی خواص ترمودینامیکی محلول لیتیوم برماید-آب نشان می دهند.
    کلیدواژگان: محلول لیتیوم بروماید، آب، شبکه های عصبی، خواص ترمودینامیکی
  • مصباح سایبانی صفحات 47-56
    یکی از المانهای مهم برای راندن شناورها استفاده از سیستم پیش برنده پروانه ای است. در این مقاله تحلیل و عملکرد پروانه اسکیودار و تعیین قدرت رانش برای زیردریایی با استفاده از روش عددی المان مرزی ارائه شده است. این روش برای محاسبه و تحلیل هیدرودینامیکی هیدروفویل و پروانه شناورها از کارآیی مناسبی برخوردار است. در این کار تحقیقاتی، پروانه اسکیو دار پنج پره ای برای زیردریایی با جابجائی 120 تن و سرعت 8 گره دریائی براساس فاکتورهای لازم انتخاب و تحلیل شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که پروانه انتخاب شده دارای راندمان 65/0 و 68/0 بترتیب در دو شرایط سطحی و عمقی است که راندمان بالائی محسوب می گردد.
    کلیدواژگان: روش المان مرزی، پروانه زیردریایی، عملکرد هیدرودینامیکی، قدرت رانش
  • مجید مرادی باستانی صفحات 57-67
    در این مقاله با استفاده از روش تفاضل مرکزی با دقت مرتبه چهارم و معادلات ناویر-استوکس لایه-نازک (TLNS)، جریان تقارن محوری، دائم و لزج در رژیم مافوق صوت به صورت برازش شوک حول مخروط سرپخ شبیه سازی شده است. به علت استفاده از عبارت های مرتبه بالای بسط سری تیلور در انفصال عددی مشتقات، این روش نسبت به روش های مرتبه پایین دارای دقت بیشتر و نیز خطاهای عددی (خطای پراکندگی) کمتر است. چگونگی انفصال عددی مشتقات در روی مرزها و نقاط مجاور آن در پایداری این روش نقش بسزایی دارد. با استفاده از این روش در یک شبکه نسبتا درشت، می توان نتایجی بسیار نزدیک به نتایج شبکه ریز روش «بیم-وارمینگ» که دارای دقت مرتبه دوم است، به دست آورد. با ریز شدن شبکه در این روش، دقت بالای آن نسبت به روش «بیم-وارمینگ» محسوس تر خواهد شد. این روش قابلیت همگرایی تا دقت ماشین را نیز دارد.
    کلیدواژگان: معادلات TLNS، روش مرتبه چهارم، جریان مافوق صوت لزج، برازش شوک
  • سیدعلی میربزرگی، حمید نیازمند صفحات 69-77
    در مطالعه حاضر، اثرات متقابل جریان مایع فشار- محرک درون یک ریزمجرا و ولتاژ القائی در شرایط جریان الکتریکی صفر، به طور عددی و تحلیلی بررسی می شوند. معادلات حاکم شامل معادله پواسون برای توزیع پتانسیل الکتریکی، معادلات ارنست- پلانک برای توزیع چگالی بار، معادله پیوستگی و معادلات ناویر- استوکس اصلاح شده برای یک جریان پایدار تراکم ناپدیر از یک سیال نیوتنی به روش حجم محدود حل می شوند. در صورت حضور لایه دوگانه الکتریکی و اعمال شرایط ولتاژ القایی حداکثر، دبی جرمی جریان نسبت به دبی نظیرش در جریان فشار- محرک خالص، کاهش ناچیزی می یابد. منحنی تغییرات پتانسیل القائی بر حسب زتا پتانسیل دیوار، با کمال تعجب نشان می دهد که در زتا پتانسیل های کمتر از 100 میلی ولت، پتانسیل القائی به یک مقدار حداکثر رسیده و سپس نزول می کند. دلیل این امر، افزایش ناگهانی ضریب هدایت الکتریکی متوسط است. ضریب هدایت الکتریکی متوسط، در زتا پتانسیل های بالاتر از 100 میلی ولت به طور نمایی افزایش می یابد و لذا تجربه مرسوم در ثابت فرض نمودن آن، فقط برای زتا پتانسیل های کم، (یعنی کمتر از 100 میلی ولت) قابل توجیه است.
    کلیدواژگان: اثرات الکتروسینتیک، پتانسیل القائی، زتا پتانسیل، ریزمجرا، جریان فشار، محرک
|
  • S.Mostafa Mirsalim, Majid Karbasforushha, Amirhossein Parivar, Peyman Sharghi Pages 1-8
    Continuous Variable Valve Timing System or CVVT has a duty of variation of continuous open timing of the valves. This system has been put on the intake camshaft in EF7 engine. In this article, thermodynamic analysis of variation for open selective angles of valve according to variation of engine speed and load has been investigated. Opening angles in two state of gas and gasoline fuel by selecting of best point on the basis of data results of engine test has been achieved and this article analyses of the cause of this selection from thermodynamic point of view.
    Keywords: CVVT, Retard, Advance, Overlap, Internal Exhaust Gas Recirculation
  • Rahim Ebrahimi Pages 9-18
    Cycle to cycle combustion variability is a prominent characteristic of spark ignition engine that makes the engine very difficult to control. In this study, the combustion pressure fluctuations in a spark ignition engine fueled with natural gas were investigated. The results showed that the shape of coefficient of variation in the cylinder pressure versus crank angle is independent of the experimental conditions. Three points of this curve are important. They correspond to the combustion beginning, combustion end and 50% mass fraction burned. The results also showed that the cycle to cycle variations indicated mean effective pressure decrease as the equivalence ratio increased in the lean mixture region, and increase as the equivalence ratio increased in the rich mixture region. The cylinder pressure cyclic dispersion showed that the combustion stability is optimum for spark timings and equivalence ratio corresponding to maximum torques. The effect of retarding the spark timing from maximum torque timing and rich mixture on cycle to cycle variations are respectively higher than the effect of advancing the spark timing from maximum torque timing and lean mixture.
    Keywords: Cyclic variability, Spark ignition engine, Natural gas, Cylinder pressure
  • M. Bidabadi, A. Haghiri Pages 19-26
    A new mathematical model is introduced to predict structure of premixed flame propagating in combustible systems, with uniformly distributed volatile fuel particles and air. In the present paper the flame structure is divided into four zones that consists of a preheat zone, an extensive particles vaporization zone, an asymptotically thin reaction zone, and finally a post flame zone. It is presumed that the fuel particles vaporize first to yield a gaseous fuel, which is subsequently oxidized. The study involves the Damkohler number , the ratio of chemical reaction rate to vaporization rate, and the Zeldovich number , the nondimensional form of activation energy, as essential parameters. Finally, with considering unity Lewis number and neglecting the latent heat of vaporization, for several equivalence ratios and several diameters of particles the analysis yields results for the mass fraction of the fine-solid particles, mass fraction of the fuel in the gaseous phase and nondimensional temperature. This prediction is in agreement with experimental observations of fine particles combustion.
    Keywords: Mathematical mode, Flame structure, Organic particles, cloud, Damkohler number
  • N. Akbari, N. Seraj Mehdizadeh, R. Ebrahimi, M. R. Pakatchian Pages 27-35
    Premixed combustion is widely used for simulation of combustion chambers of gas turbines, utilized for low NOx emission applications. However, this category of gas turbine is susceptible to combustion instability. The main aim of this investigation is to focus on thermo-acoustic instability modes in gas turbine combustion chambers. Both analytical and experimental methods are applied for this study. For this purpose, an experimental combustion chamber is designed and fabricated and various experiments are planned and performed in order to achieve the behavior of combustion chamber during stable and unstable conditions. In this research, gaseous propane is introduced as fuel and experiments are performed at nearly atmospheric pressure with equivalence ratios within the range of 0.7 to 1.2. To distinguish the frequency of combustion instability, through various operating conditions, probability density functions, spectral diagrams and the discretized fast Fourier transform of pressure wave oscillations are employed. Moreover, an analytical method is applied and a computer code is written and elaborated for this purpose. Instability frequencies are derived experimentally and analytically and the results are compared with each other. Accordingly, good agreements are observed between the results.
    Keywords: Combustion Instability, Gas Turbine Engine, Premix Combustion
  • S.M. Hosseinalipour, S.M.E. Derakhshani, M.M. Arefi Pages 37-45
    In this study, Artificial Neural Networks (ANNs) technique is applied for the determination of thermodynamic properties of the Lithium Bromide-Water solution, which is widely used in the thermodynamic simulations. For training of the ANNs the simulation results of a thermodynamic analysis are used. The presented ANN model provides simpler and faster results comparing to complex differential equations and exsiting limited experimental data. Using the ANN technique, the thermodynamic properties of LiBr-Water solution are derived as the mathematical relations. Simulation results show the effectiveness of ANN in identification of LiBr-Water solution thermodynamic properties.
    Keywords: Lithium, Bromide Water Solution, Artificial Neural Networks, Thermodynamic Properties
  • Mesbah Sayebani Pages 47-56
    Propeller is one of the important marine propulsors for generating thrust to overcome the ship resistance. This paper presents the anlaysis of the skew propeller and propulsion for a submarine by using the Boundary Element Method (BEM). This method is useful for analysis and design of lifting bodies like hydrofoils and propellers. A five-bladed Highly Skewed Propeller (HSP) has been chosend for a submarine of 120 [Tones] with forward constant speed 8 [knots] and the calculated results of the hydrodynamic performance have presented. The efficiency values have been obtained 0.65 and 0.68 at two surfaces and submerged conditions, respectively.
    Keywords: Boundary Element Method, Submarine propeller, Hydrodynamic performance, Propulsion
  • M. Moradi Bastani Pages 57-67
    In this paper, by using implicit fourth order central difference method and TLNS equations, the numerical solution of the steady axisymmetric viscous supersonic flow is implemented over blunt cone with shock-fitting method. Because of using high order terms of Taylor series in discretization of derivatives, this method has high accuracy and low numerical error (dispersion error) compared with low order method. The boundary-closure scheme has an important role in stability of this method. By using a coarse grid in this method, the results of numerical solution are found to be very close to those obtained with a fine grid employing the second order (Beam-Warming) method. Higher accuracy of this method is identified relative to the second order method when the grid is being refined. The convergence of this method can be adjusted to accommodate the computational hardware capabilities.
    Keywords: TLNS equations, Fourth order method, Supersonic viscous flow, Shock, fitting
  • Seyed Ali Mirbozorgi, Hamid Niazmand Pages 69-77
    In the present study, the interplaying effects of a pressure-driven flow and the induced electric potential, corresponding to the zero net electrical current, have been numerically investigated. The governing equations, which consist of the Poisson equation for the distribution of electric potential, the Nernst-Planck equation for the distribution of charge density, and the modified Navier-Stokes equations for the flow field are solved numerically for an incompressible steady flow of a Newtonian fluid using the finite-volume method. In the presence of electric double layer and the maximum induced voltage condition, the mass flow rate decreases negligibly with respect to the corresponding pure pressure-driven fellow. Surprisingly, the absolute value of induced voltage approaches a maximum value at zeta potentials smaller than 100 mV and then drops. The exponentially increase of the average electric conductivity coefficient beyond 100 mV is accounted for this behavior. Thus the common practice of assuming constant electric conductivity is justified at low zeta potentials.
    Keywords: Electrokinetics effects, Induced potential, Zeta potential, Microchannel, Pressure, driven flow