فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال چهل و سوم شماره 1 (تابستان 1390)
  • سال چهل و سوم شماره 1 (تابستان 1390)
  • تاریخ انتشار: 1390/06/28
  • تعداد عناوین: 9
|
  • مقاله پژوهشی
  • فتح الله امی، کامران پورقاسمی، وحید اصفهانیان، علی میرمحمدی صفحات 1-10
    هدف این مقاله بررسی چگونگی کاهش آلاینده های دوده و مونواکسیدنیتروژن در پاشش چندمرحله ای سوخت به عنوان یک راهکار موثر در کنترل آلایندگی موتورهای دیزل پاشش مستقیم (DI) است. ابتدا روند کاهش آلاینده ها با استفاده از پاشش دومرحله ای سوخت مطالعه گردیده و پس از بررسی حالت های مختلف پاشش دومرحله ای، بهینه ترین حالت پاشش سوخت برای یک موتور دیزل پاشش مستقیم ساخت داخل ارائه شده است. آزمون های لازم برای درستی عوامل عملکردی و آلاینده های بدست آمده از شبیه سازی فرآیند احتراق موتور در مرکز تحقیقات موتورسازان تبریز انجام شده است. مقدار سوخت در هر پالس پاشش و فاصله زمانی بین دو پالس عوامل اصلی مورد بررسی هستند. نتایج تحقیق نشان دادند که با استفاده از پاشش دو مرحله ای سوخت مقدار آلاینده دوده تا 33% و اکسید نیتروژن تا حدود 11% کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: موتور دیزل پاشش مستقیم (DI)، پاشش دومرحله ای سوخت، کیوا، 3 V، دوده و مونواکسید نیتروژن
  • بهمن نجفی، رضا ابراهیم زاده، احد هژیر صفحات 11-17
    در این تحقیق برای ارتقاء برخی از خواص احتراقی سوخت بیودیزل، الکل اتانول به آن افزوده شده است و اثر استفاده از مخلوط سوخت بیودیزل، اتانول و گازوئیل بر روی عوامل عملکرد و آلایندگی موتور دیزل MT4-244 مورد بررسی قرار گرفت. سوخت بیودیزل مورد نیاز، از روغن های پسماند رستوران تولید شده و با نسبت های مختلف ( 5، 10، 15، 20، 25 و 30 درصد) با اتانول ( 2، 4 و 6 درصد) و گازوئیل بصورت حجمی مخلوط گردید و 18 نمونه سوخت که بصورت اختصاری با ExByDz نمایش داده می شود، آماده گردید. آزمون موتور بر اساس استاندارد ECE R-96 و با 3 بار تکرار برای هر نمونه سوخت و تحت شرایط بار کامل و در 2 دور با حداکثر توان (RPM 2000) و حداکثر گشتاور (RPM 1300) انجام گرفته است. نتایج بدست آمده نشان دادند که با افزایش سهم بیودیزل، آلاینده هایCO ، CO2،PM و HC در مقایسه با گازوئیل خالص کاهش می یابد ولی استفاده از بیودیزل مصرف سوخت ویژه ی ترمزی و NOx را افزایش داده و اثر زیادی در مقدار گشتاور و توان ندارد.
    کلیدواژگان: سوخت های جایگزین، بیودیزل، اتانول، عملکرد و آلایندگی موتور دیزل
  • جواد قارلقی، امیر حسن کاکایی صفحات 19-30
    تحلیل حرارتی و محاسبه توزیع دما در پیستون برای کنترل تنش های حرارتی و تغییر شکل ها در محدوده مجاز، اهمیت دارد. در این تحقیق ابتدا انتقال حرارت در پیستون موتور احتراق جرقه ای محاسبه شده، سپس با تعیین شرایط مرزی حرارتی و مکانیکی و اعمال آنها، تحلیل تنش پیستون با استفاده از روش اجزا محدود انجام شده است. برای محاسبه انتقال حرارت، از یک مدل مقاومتی ساده برای تعیین دمای دیواره ها استفاده شده، بدین ترتیب که برای هر یک از دیواره ها یعنی پیستون، سیلندر و سرسیلندر، یک دمای مجهول در نظر گرفته شده و معادلات انتقال حرارت مربوطه با مدل احتراق دو ناحیه ای به صورت همزمان حل شده است. مجموعه این عملیات به وسیله کدی که در نرم افزار MATLAB نوشته شده، انجام شده و درستی نتایج با داده های تجربی موتور EF7.TC مقایسه شده است. برای محاسبه تنش های حرارتی و مکانیکی و مقایسه آنها با هم، نتایج بدست آمده از قسمت قبل برازش منحنی شده و توسط نرم افزار ANSYS فراخوانی و بر پیستون اعمال شده است. برای بررسی درستی نتایج، نتایج شبیه سازی با نمونه های واقعی پیستون آسیب دیده مقایسه شده و نشان داده شده که نواحی بحرانی مشخص شده، برابری خوبی با نواحی شکست در نمونه های واقعی دارد.
    کلیدواژگان: پیستون موتور، مدل دو ناحیه ای احتراق، تحلیل تنش، خستگی حرارتی، خستگی مکانیکی
  • امین شهسوار، مهران عامری، محمد مهدی محمودآبادی صفحات 31-40
    در این مقاله شبیه سازی سیستم های فتوولتائیک/حرارتی در حالت جابجایی آزاد برای حالت های با سرپوش شیشه ای و بدون آن آورده شده و نتایج بدست آمده با مقادیر آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که شبیه سازی با مقادیر آزمایشگاهی هم خوانی بسیار خوبی دارند. اثرات قرار دادن سرپوش شیشه ای بر روی عوامل مختلف سیستم نیز بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که قرار دادن سرپوش شیشه ای در سیستم های فتوولتائیک/حرارتی باعث افزایش راندمان حرارتی و کاهش راندمان الکتریکی این سیستم ها می شود.
    کلیدواژگان: جابجایی آزاد، سرپوش شیشه ای، شبیه سازی، فتوولتائیک، فتوولتائیک، حرارتی
  • محمدمهدی درویشی، مهرداد کوکبی صفحات 41-49
    در این تحقیق، میکرومبدل حرارتی مستطیلی با قطر هیدرولیکی ثابت و نسبت منظرهای مختلف در نظر گرفته شده است. افت فشار و پارامترهای حرارتی میکرومبدل در جریان آرام، در اعداد رینولدز مختلف (25، 50 ، 100، 150، 225 و 300) با شار حرارتی ثابت برابر با 3/0 مگاوات تحلیل و مقایسه شد. هم چنین اثر خواص وابسته به دمای سیال(گرانروی، ضریب رسانایی) بر افت فشار، میزان افزایش دمای متوسط و بیشینه سیال عامل و مقاومت گرمایی مبدل مطالعه شده است. در پایان معیار جدیدی براساس توان مصرفی پمپ کردن سیال عامل و میزان گرمای منتقل شده بر واحد اختلاف دما به عنوان ابزاری برای مقایسه کارایی میکرومبدل های حرارتی پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: میکرومبدل، عدد رینولدز، نسبت منظر، شار حرارتی، قطر هیدرولیکی
  • سهراب ویسه، علی حکاکی فرد، میر محمد علی میرمحمدی صفحات 51-58
    در این مقاله رفتار عایق های حرارتی الیاف معدنی شامل پشم شیشه و پشم سنگ در انتقال حرارت گذرای مرکب رسانش و تابشی با استفاده از مدل سازی عددی و پارامترهای نیمه تجربی که در این پژوهش با نتایج آزمایش ها تعیین شدند، بررسی می شود. پارامترهای ترموفیزیکی و فیزیکی مورد نیاز در مدل ریاضی مانند ظرفیت حرارتی، ضریب هدایت حرارتی موثر، قطر الیاف و چگالی واقعی و ظاهری این عایق ها با انجام آزمایش ها تعیین شده و در مدل عددی مورد استفاده قرار گرفته اند. انتقال حرارت تابشی با شبیه سازی مستقیم بر پایه روش مونت کارلو انجام شده است. ضریب هدایت حرارتی ناشی از هدایت هوا-جامد نیز با استفاده از رابطه نیمه تجربی به دست آمده با آزمایش های انجام شده و روش های معکوس تخمین پارامتر تعیین شده اند. انتقال حرارت تابشی (به صورت یک منبع حرارتی با معادله انتقال حرارت) با هدایت هوا-جامد جفت شد. نتایج بدست آمده از این مدل همخوانی خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارند.
    کلیدواژگان: عایق های حرارتی، الیاف معدنی، مدل سازی عددی، انتقال حرارت مرکب رسانش و تابشی
  • سید عبدالمهدی هاشمی، جعفر امانی، حسین عطوف صفحات 59-70
    در این پژوهش، اثر نسبت هم ارزی، چگالی حفره ی محیط متخلخل و نرخ آتش بر پایداری شعله در محیط متخلخل سرامیکی SiC به طور تجربی بررسی شده است. بر اساس موقعیت قرارگیری شعله، چهار رژیم شعله شامل سطحی، مدفون، زیر سطحی و برخاسته دیده شد. رژیم شعله ی سطحی به صورت شعله ی غنی به عنوان یک آستانه ی پایداری و شعله ی برخاسته برای مخلوط رقیق به عنوان آستانه ی دیگر پایداری در محیط متخلخل هستند. تغییر چگالی حفره محیط متخلخل در مقادیر نسبت هم ارزی برای آستانه ی پایداری شعله برخاسته، تغییر چندانی ایجاد نمی کند اما برای شعله سطحی، افزایش چگالی حفره باعث کاهش تغییرات نسبت هم ارزی می شود. همچنین افزایش نرخ آتش، محدوده ی پایداری شعله در داخل محیط متخلخل را کاهش می دهد. موقعیت شعله با استفاده از توزیع دمای محوری در بدنه مشعل تخمین زده می شود. روند تغییر دما برحسب نسبت هم ارزی در یک نرخ آتش، به طور تقریب مشابه بوده ولی این روند برای نرخ آتش های مختلف متفاوت است. با توجه به نتایج بدست آمده، شعله در دو ناحیه ی نزدیک سطح فوقانی و در نیمه ی پایین محیط متخلخل، پایدار می شود.
    کلیدواژگان: مشعل متخلخل، محیط متخلخل SiC، پایداری شعله، منحنی دمای شعله
  • علیرضا تیمورتاش، محمدرضا مه پیکر، اسماعیل لکزیان صفحات 71-84
    بخار با انبساط سریع در شیپوره ها و نیز گذرگاه پره های توربین، فوق سرد می شود؛ بخار فوق سرد مستعد جوانه زایی هموژن است و فرآیند چگالش به طور معمول به صورت لحظه ای و به وسیله شوک چگالش که موجب تلفات ترمودینامیکی و آئرودینامیکی است، انجام می گیرد. به این ترتیب، با تشکیل قطرات و در نتیجه کاهش انرژی گیبز، تعادل ترمودینامیکی برقرار می شود. برای حل دوبعدی جریان گفته شده، معادلات بقاء با معادلات حاکم بر تشکیل و رشد قطرات ترکیب شده و از روش تایم مارچینگ جیمسون مبنی بر حجم کنترلی و طرح مغشوش بالدوین - لوماکس استفاده شده است. برای بررسی اعتبار روش تدوین شده، توزیع فشار در امتداد مسیر یک شیپوره و نیز گذرگاه پره های یک توربین و همچنین اندازه قطرات در انتهای هر دو هندسه محاسبه و با مقادیر تجربی موجود مقایسه شده اند که برابری خوبی بین نتایج عددی و داده های تجربی گزارش شده است. با توجه به اعتبار روش تدوین شده، بررسی تئوریک برای کنترل شدت و موقعیت شوک میعان در گذرگاه پره های یک توربین ازراه پاشش قطرات در ورودی انجام شده است. برای این کار یک شیپوره همگرا در بالا دست پره توربین در نظر گرفته شده است و نتایج به دست آمده از حل عددی نشان می دهند که وجود قطرات با اندازه مناسب در ورودی گذرگاه پره های توربین سبب ضعیف شدن و به تعویق افتادن شوک چگالش در گذرگاه پره ها می شود.
    کلیدواژگان: فوق سرد، جوانه زایی، شوک چگالش، جریان بخار مرطوب، جیمسون، بالدوین لوماکس و پاشش
  • قاسم حیدری نژاد صفحات 85-91
    در این مقاله، چرخه سرمایش جذبی دو اثره آب - آمونیاک خورشیدی شبیه سازی شده که منبع گرمایی آن خورشید است. چرخه دو اثره، ترکیبی از دو چرخه جذبی ساده بوده که کندانسور و اواپراتور مشترک داشته و کارایی آن بیشتر است. پس از صحت سنجی نتایج شبیه سازی، شهرهایی به نمایندگی از مناطق مختلف آب و هوایی ایران انتخاب شدند. با در نظر گرفتن شرایط محیطی و جغرافیایی مانند شدت تابش، دمای خشک و تر و تنظیم شرایط کارکرد چرخه با آنها، عملکرد چرخه پیشنهادی برای این شهرها مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج، چرخه دو اثره آب - آمونیاک خورشیدی در شهرهای جنوبی کشور که شدت تابش بالایی دارند، کارایی قابل قبولی داشته و می تواند جایگزین مناسبی برای چرخه متداول مکانیکی باشد.
    کلیدواژگان: سرمایش خورشیدی، سرمایش جذبی دو اثره آب، آمونیاک، ضریب عملکرد، شدت تابش
|
  • Fathollah Ommi, Kamran Pourghasemi, Vahid Esfahaniyan, Ali Mirmohammadi Pages 1-10
    Aim of this paper is to investigate mechanism of NO and soot reduction by using multiple injection as useful strategy for reducing DI diesel engines emissions. In this paper¡ we first studied the mechanism of NO and soot reduction by using double injection. Then after investigating different modes of injection¡ at last we introduce optimum mode of fuel injection for a DI diesel engine manufactured in our country. Experiments were induced at Motorsazan Tabriz to validate results of CFD simulation. Amount of fuel in each pulse and dwell time between injection pulses are essential parameters. Results showed that by using double injection soot and NO will reduce by 33% and 11% respectively.
    Keywords: DI diesel engine, multiple injections, KIVA, 3V, Soot, NO
  • Bahman Najafi, Reza Ebrahimzade, Ahad Hajiri Pages 11-17
    In this research, for correction the combustion properties of biodiesel fuel, ethanol was added. Therefore, effect of using ethanol, biodiesel and diesel blend fuel on MT4-244 diesel engine performance pollutants emission parameters and emission were investigated. The biodiesel in this research produced from waste cooking oil that at (5, 10, 15, 20, 25 and 30% on volumetric basis) blended with Ethanol (2, 4 and 6%), and diesel fuel. So far, 18 samples including variable percent of three fuels were prepared which showed as BED forms. Engine testes were performed on ECE-R96 standard on full load and two engine rotations maximum torque (1300 RPM) and maximum power (2000 RPM). It was found increasing of biodiesel, decreased the pollutant emissions of CO, CO2, PM and HC in comparison to diesel fuel but BSFC and NOx emission increased. It also, Using biodiesel did not change the engine power and torque.
    Keywords: Alternative Fuels, Biodiesel, Ethanol, Performance Parameters, Pollutants Emission, Diesel Engine
  • Javad Gharloghy, Amir Hosein Kakaee Pages 19-30
    It is important to calculate the piston temperature distribution in order to control the thermal stresses and deformations within acceptable levels. In this study, the SI engine piston heat transfer is calculated and the piston is thermo-mechanically analyzed using finite element method. In order to calculate the heat transfer, a concise resistor model for wall temperature prediction is used. For each of the walls (piston, cylinder and cylinder head), the relevant heat transfer equations simultaneously with two zone combustion model is solved considering three unknown temperature. The simulations were done by a MATLAB code and the result validated with the experimental data of the EF7.TC engine. The above results have been curve fitted and imported by the commercial ANSYS code to loading the piston. To evaluate properly of results, stress analysis results is compared with real samples of damaged piston and it has been shown that Critical identified areas, match well with areas of failure in the real samples.
    Keywords: Engine piston, two zone combustion model, Stress Analysis, Thermal fatigue, mechanical fatigue
  • Amin Shahsavar, Mehran Ameri, Mohammad Mehdi Mahmoud Abadi Pages 31-40
    This paper discusses the simulation of the PV/T air systems with natural airflow operation for both glazed and unglazed types. Comparisons are made between the theoretical and experimental results and good agreement between these two values are obtained. Additionally, the influence of the glass cover on the different system parameters has been evaluated. Results show that setting glass cover on photovoltaic panels leads to an increase in thermal efficiency and decrease in electrical efficiency of these systems.
    Keywords: Natural Convection, Simulation, Photovoltaic, Photovoltaic, thermal
  • Mohammad Mehdi Darvishi, Mehrdad Kokabi Pages 41-49
    In this work a rectangular micro heat exchanger with constant hydraulic diameter at various aspect ratios was considered. The pressure drop and thermal parameters of the micro heat exchanger in laminar flow at different Reynolds numbers (25, 50, 100, 150, 225 and 300) at constant heat flux of 0.3 MWatt/m2 were analyzed and compared. Also, the effect of temperature-dependent fluid properties (viscosity, conductivity coefficient) on the pressure drop and the average and maximum temperature rise of fluid and thermal resistance of micro heat exchanger were investigated. Finally, a new criterion based on pumping power and transmitted heat per temperature gradient unit was proposed as a tool to evaluate micro heat exchanger's performance.
    Keywords: Micro exchanger, Re Number, Aspect Ratio, Heat flux, Hydraulic Diameter
  • Sohrab Veiseh, Ali Hakkakifard, Mir Mohammad Ali Mir Mohammadi Pages 51-58
    This article deals with numerical modeling of coupled heat conduction and radiation in glass wool and rock wool insulations in transient condition using semi-empirical parameters obtained from experimental results. In this research needed thermophysical and physical parameters for numerical model, such as: heat capacity, effective thermal conductivity, fiber’s diameter, and apparent and solid density of these mineral wools are determined by experiments. Radiation heat transfer is modeled by direct simulation and applying Monte Carlo ray trace method; and the thermal conductivity due to air/solid conduction is determined by semi-empirical relation obtained by inverse parameter estimation method as well as experimental results. Radiation is coupled with conduction via heat source term in heat conduction equation. Code results are in a good agreement with experimental results.
    Keywords: Thermal insulation, mineral wool, Numerical Modeling, combined radiation, conduction
  • Seyed Abdolmahdi Hashemi, Jafar Amani, Hosein Atoof Pages 59-70
    In this paper, the effect of equivalence ratio, pore diameter and firing rate on flame stability in a SiC porous media has been studied experimentally. Based on the position of the flame, four regimes are observed as follows: Surface flame, submerged flame, under-surface and detached flame. The surface flame regime as a rich flame is one of the stability threshold and the detached flame as a lean flame is the other threshold of the flame stability. Change the pore diameter causes so little change in equivalence ratios corresponding to the detached flame threshold but increasing the pore diameter decreases the equivalence ratio changes for the surface flame. Also increasing the firing rate decreases flame stability range in the porous media. Flame position was estimated using axial temperature distribution in the sidewall of the burner. Temperature profiles versus equivalence ratio in a firing rate are approximately similar but the profiles are different for various firing rates. According to the results, flame is stable in near the upper surface or in the half bottom of the porous media.
    Keywords: Porous burner, SiC porous media, flame stability, Flame temperature profile
  • Ali Reza Teymourtash, Mohammad Reza Mahpeykar, Esmaeil Lakzian Pages 71-84
    During the course of expansion of steam in a Laval nozzle and a cascade of turbine, the state path crosses the saturation line; the steam first supercools and then reverts to equilibrium through the spontaneous formation of droplets or condensation shock, which causes aerodynamics and thermodynamics losses. In this way by formation of droplets and so reducing Gibbs energy, equilibrium is reached. This paper describes a two-phase model and provides an approach for including spontaneous homogeneous nucleation. In order to solve conservation equations, coupled with the equations of formation and growth of the droplets, a 2-D time-marching solution scheme with Baldwin-Lomax turbulence model, was used in this study. Pressure distribution and droplets size in a Laval nozzle and a turbine cascade are predicted and compared with empirical results. In the strength of validation, the effect of injection of water droplets into the steam flow in order to control the intensity and location of condensation shock is considered theoretically. A converging nozzle is used to producing droplets at inlet of turbine cascade. The results illustrate that wet steam at inlet of a turbine cascade weakens or delays the condensation shock in the passage of the blades.
    Keywords: Supercooled, Nucleation, Condensation Shock, Wet Steam, Jameson, Baldwin, Lomax, Injection of Droplets
  • Ghasem Heydari Nejad Pages 85-91
    In this paper, solar double-effect Ammonia-Water cooling cycle is simulated. Then, the effects of parameters on the cycle efficiency including temperature of generator and condenser, and pressure of evaporators have been analyzed. Also cooling load and COP of the cycle has been expressed as a function of the aforesaid parameters. Then cities of Iran has selected as a representative of different climates, and the performance of cycle for these cities has been analyzed using the environmental and geographical conditions such as solar radiation intensity, wet and dry bulb temperature for each city. The acceptable efficiency of the cycle for the southern cities of Iran which have the high radiant intensity is a result of this work.
    Keywords: Solar cooling, Ammonia, Water absorption cooling, COP, Radiant intensity