فهرست مطالب

نشریه یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی
سال یکم شماره 1 (بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد غلامحسین زاده، اشکان غفوری* صفحات 1-17
    گل حفاری یکی از مهمترین و اساسی ترین ملزومات عملیات حفاری چاه های نفتی و گازی است. بهینه سازی خواص سیال حفاری منجر به کاهش زمان و هزینه های حفاری می شود. گل حفاری پایه آبی یکی از انواع سیال حفاری است که بدلیل سازگاری با محیط زیست بصورت عمده در عملیات حفاری چاه ها کاربرد دارد. در این پژوهش به منظور بالا بردن بازدهی این نوع سیال حفاری از نانو ذرات گرافن و سیلیکون اکسید به نسبت وزنی برابر در گل حفاری پایه آبی استفاده شده است. این پژوهش به بررسی اثر غلظت های مختلف (25/0، 5/0، 75/0 و 1 درصد کسر حجمی) این نانوذرات بر خواص مختلف سیال حفاری از قبیل گرانروی پلاستیکی، نقطه واروی، استحکام ژله ای 10 دقیقه و 10 ثانیه، حجم صافاب گل و ضریب هدایت حرارتی پرداخته است. تمامی آزمایشات خواص ریولوژیکی بر پایه استاندارد (API RP 13B) انجام شده است. از روش سیم داغ گذرا برای تعیین ضریب هدایت حرارتی سیال استفاده شده است. نتایج نشان می دهد افزایش نانوذرات تاثیر بسزایی بر خواص ریولوژیکی و ترموفیزیکی گل حفاری پایه آبی داشته و سبب کاهش ویسکوزیته پلاستیک (15 درصد)، کاهش حجم صافاب (25 درصد) و استحکام ژله ای و همچنین افزایش ضریب هدایت حرارتی به میزان 16 درصد در کسر حجمی 1 درصد می گردد.
    کلیدواژگان: گل حفاری پایه آبی، نانو ذرات، خواص رئولوژی، ضریب هدایت حرارتی
  • مازیار میراخورلو*، مهران رجبی زرگرآبادی، محمدصادق ولی پور صفحات 19-35
    یکی از راه های استحصال انرژی خورشیدی از طریق صفحات فتوولتاییک و تبدیل آن به انرژی الکتریکی می باشد. صفحات فتوولتاییک حساس به متغیر دما می باشند. زمانی که دمای محیط و شدت تابش نور بر این صفحات افزایش می یابد، دمای کاری این صفحات نیز به طور خطی افزایش می یابد. لذا برای غلبه بر این موضوع و حفظ دمای کاری صفحات فتوولتاییک دفع حرارت از این صفحات ضرورت دارد. در این پژوهش به بررسی تجربی روش خنک کاری این صفحات با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده پرداخته شده است. برای این منظور از دو صفحه فتوولتاییک با توان نامی 90 وات استفاده شده است که یکی از آنها به عنوان صفحه مرجع و دیگری به عنوان صفحه خنک کاری شده استفاده شده است. صفحات فتوولتاییک در دو زاویه 45 و 25 درجه نسبت به افق بر روی یک سازه با قابلیت تغییر زاویه آزمایش شده اند و اثر تغییر این پارامتر بر روی توان خروجی این صفحات و کارایی سیستم نیز بررسی شده است. محفظه آلمینیومی در پشت صفحه خنک کاری شده تعبیه شده است و به منظور افزایش انتقال حرارت، محفظه مجهز به 50 عدد پره استوانه ای شده است و درون محفظه از آب نمک با نسبت جرمی 3 به 1 پر شده است. مقایسه پارامترهای بازدهی الکتریکی و توان خروجی صفحات فتوولتاییک بهبود قابل توجهی در کارایی این صفحات را نشان می دهد، به گونه ای که به طور میانگین در حالت اول 83/11 درصد و در حالت دوم 4/11 درصد افزایش بازدهی مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: _ فتوولتائیک، خنک کاری، _ مواد تغییر فاز دهنده
  • عباس تقی پور*، حسن صبوئی صفحات 37-51
    روانکاری یکی از راه های خیلی موثر در کاهش اصطکاک و کم کردن گرمای اضافی تولیدشده در یک سامانه مکانیکی است. شناسایی افزودنی مناسب برای بهبود خواص روانکاری توسط افزودنی هایی که دارای ویژگی هایی نظیر قابلیت دسترسی و کارایی با کیفیت بالاتری هستند امری مهم است. هدف این پژوهش بررسی تاثیر نانو ذرات دی اکسید سیلیسیم (SiO2) با غلظت های مختلف به عنوان افزودنی بر خواص حرارتی و ضد سایشی روانکار بود. بدین منظور نانو ذرات با غلظت های 0.2 و 0.4 و 0.5 درصد وزنی با روغن ترکیب شد. برای پراکنده کردن نانو ذرات درون سیال پایه و دستیابی به یک نانو سیال پایدار از سورفکتانت Span 80، حمام آلتراسونیک و همزن دور بالا استفاده شد. پایداری استاتیک نانو سیالات ساخته شده نیز به صورت دیداری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که افزودن نانو ذرات به روغن هیچ گونه تغییر حالتی در آن ایجاد نمی کند و با گذشت زمان هیچ گونه رسوب و تغییر فازی مشاهده نشد که بیانگر پایداری بسیار خوب این نانو سیال می باشد. در مرحله آخر آزمون های سایش، تعیین ضریب اصطکاک و ضریب هدایت حرارتی بر روی نمونه ها انجام شد. با توجه به نتایج حاصل کمترین میزان سایش دیسک ها مربوط به مخلوط روان کار با غلظت 0.5 درصد وزنی بود. میزان کاهش وزن دیسک ها در اثر سایش برای این مخلوط %60.76، کاهش ضریب اصطکاک %15.07 و افزایش ضریب هدایت حرارتی %2.4 در مقایسه با روغن پایه بود.
    کلیدواژگان: سایش، ضریب هدایت حرارتی، روانکاری، نانو ذرات دی اکسید سیلیسیم
  • سید علیرضا زرآبادی، مصطفی مافی* صفحات 53-73
    تحقیق حاضر به بررسی و تحلیل ترمودینامیکی دو سیستم تبرید تراکمی دو منظوره شامل سیستم تک کمپرسوری با دو اواپراتور و سیستم دو کمپرسوری(آبشاری) با کاربری در سردخانه ها با هدف تامین دو محدوده دمایی بالای صفر و زیر صفر می پردازد. هدف از این پژوهش بررسی میزان انرژی مصرفی سالانه سیستم های دومنظوره برودتی با مبردهای دوستدار محیط زیست و همچنین بررسی پارامتر های موثر بر راندمان این سیستم ها می باشد. بررسی ها نشان داد که سیستم آبشاری کارایی بالاتری داشته و بهترین مبرد از نظر عملکرد در آن R290 می باشد. همچنین مشخص گردید در سیستم تک کمپرسوری تنها مبرد R134a قابل اجراست و بقیه مبرد ها در اواپراتور فشاری زیر فشار اتمسفر ایجاد میکنند. همچنین این سیستم تنها در اقلیم گرم و مرطوب برای تمامی فصول سال قابل اجراست در حالی که سیستم آبشاری در تمامی فصول سال و در تمامی اقلیم ها قابل اجرا می باشد. مقایسه این دو سیستم نشان می دهد که با فرض ثابت بودن ظرفیت بار کل سردخانه افزایش بار برودتی در محدود دماپایین منجر به افزایش مصرف انرژی در سیستم آبشاری می گردد. همچنین مشخص شد در اقلیم گرم و مرطوب در حالت توزیع مساوی بار برودتی بین دو محدوده دمایی، میزان مصرف سالانه انرژی در سیستم آبشاری 7درصد کمتر از سیستم تک کمپرسوری است.
    کلیدواژگان: سیستم های برودتی دومنظوره، مبردها دوستدار محیط زیست، مصرف سالانه انرژی
  • فرشاد پناهی زاده، مهدی حمزه ای*، محمود فرزانه گرد صفحات 75-87
    چیلرهای جذبی تک اثره با توجه به دما و فشار منبع حرارتی مورد استفاده به دو نوع تک اثره آب گرم و بخار تقسیم می شوند. که نوع تک اثره بخار آن به دلیل توانایی استفاده از بخار دور ریز در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی جهت تولید سرمایش فرآیندی و تهویه مطبوعی دارای کاربرد بیشتری است. در تحقیق حاضر در خصوص پیش بینی عملکرد چیلر جذبی تک اثره بخار از شبکه عصبی مصنوعی استفاده شده که نسبت به روش های مدلسازی ترمودینامیکی دارای سرعت بالاتر و هزینه محاسباتی کمتری است. شبکه عصبی پرسپترون چند لایه با الگوریتم پس انتشار خطا، تابع محرک تانژانت هیپربولیک و روش آموزش لونبرگ-مارکوارت با تعداد 15285 داده و شاخص ارزیابی میانگین مربع خطا بکار برده شده است. ورودی های شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب دمای آب برج خنک کننده ورودی، دمای آب سرمایشی ورودی، دمای بخار ورودی، دمای آب سرمایشی خروجی و راندمان مبدل حرارتی محلول هستند و خروجی های شبکه عصبی نیز ضریب عملکرد و انرژی حرارتی مصرفی چیلر می باشند. نتایج حاصل از تحقیق حاضر نشان می دهند که روش شبکه عصبی مصنوعی توانایی پیش بینی ضریب عملکرد و انرژی حرارتی مصرفی چیلر جذبی تک اثره را با میانگین مربع خطا به ترتیب 7-10×183/3 و 8-10×466/7 دارا می باشد که حاکی از دقت بالای این روش در پیش بینی عملکرد چیلر جذبی است.
    کلیدواژگان: یلر جذبی تک اثره، شبکه عصبی مصنوعی، ضریب عملکرد، میانگین مربع خطا
  • محمد شیشه ساز*، رضا امیری مقدم، اسدالله احمدزاده صفحات 89-102
    هدف از انجام این تحقیق، بررسی توزیع تنش در مجموعه ی پست و کور، در دندان آسیای کوچک فک بالا با دو ریشه است. در چنین دندانی، پست و کور به صورت یک پارچه و دو تکه منظور شده اند. برای تهیه ی مدل پایه ی دندان، از دندان کشیده شده ی یک بیمار ارتودنسی استفاده گردید. سپس به منظور تهیه ی مدل سه بعدی رایانه ای، به کمک دستگاه اسکنر سه بعدی، مدل پایه ی دندان تهیه گردید. پس از آن در نرم افزارهای مدل سازی مهندسی سالیدورک، مدل رایانه ای تکمیل و سپس برای تحلیل تنش در تحلیل گر انسیس، تحت دو بار محوری و مورب 45 درجه با اندازه ی 400 نیوتن قرار گرفت. جنس انتخاب شده برای پست و کور در هردو حالت یک پارچه و دوتکه، آلیاژ نیکل-کروم منظور شد. نتایج نشان می-دهند که استفاده از فرول در تمامی حالات، باعث کاهش تنش در ریشه ها می شود؛ هم چنین مشاهده گردید که استفاده از فرول، لزوما باعث کاهش تنش در پست و کور نمی گردد. بیشینه تنش معادل فون-مایزز در ریشه ها، مستقل از بار وارده، در حالت پست و کور دوتکه کم تر از حالت پست و کور یک پارچه بود. علاوه بر آن، مشخص شد که تحت بار مورب، تنش بیشتری در اجزای مجموعه ی پست و کور ایجاد می شود.
    کلیدواژگان: پست و کور، فرول، اجزای محدود
|
  • Mohammad Gholamhosein Zadeh, Ashkan Ghafouri * Pages 1-17
    Drilling mud is one of the most important and basic requirements for drilling oil and gas wells. Optimization of drilling fluid properties leads to reduce drilling time and costs. Water-based drilling mud is one type of drilling fluid that is mainly used in drilling wells due to its environmental compatibility. In this research, in order to increase the efficiency of this type of drilling fluid, graphene and silicon oxide nanoparticles in equal weight ratio in water-based drilling mud have been used. This study investigates the effect of different concentrations (0.25, 0.5, 0.75 and 1% volume fraction) of these nanoparticles on different properties of drilling fluid such as plastic viscosity, yield point, gel strength of 10 minutes and 10 seconds, circulation loss of the samples and the coefficient of thermal conductivity are discussed. All rheological properties tests are performed according to the standard (API RP 13B). The transient hot wire method has been used to determine the thermal conductivity of the fluid. The results show that the increase of nanoparticles has a significant effect on the rheological and thermo-physical properties of water-based drilling mud and reduces plastic viscosity (15%), decreases circulation loss of the samples (25%) and gel strength and also increases the thermal conductivity by 16% in the volume fraction of 1%.
    Keywords: Water-based Drilling Fluid, nanoparticles, Rheological Properties, Thermal conductivity coefficient
  • Maziar Mirakhorlo *, Mehran Rajabi Zargarabadi, Mohammad Sadegh Valipour Pages 19-35
    The performance improvement of a PV module with the application of phase change material (PCM) in a device known as a PV/PCM module was examined in an experiment. Two 90 watts PV module have been used in the test. One of which is used as reference module and the other as a cooled module. The aluminum enclosure is mounted on the back of the cooled module and is equipped by 50 aluminum pin fins to increase heat transfer. The study has been evaluated outdoors in two cases at two different angles using mixture of salt and water. Both the integrated cases maintained lower PV temperature than the reference PV module. The lower PV temperatures effected by the use of the PCMs prevented the associated PV power loss and increased PV conversion efficiencies.
    Keywords: _ photovoltaic, cooling, _ phase change material
  • Abbas Taghipoor *, Hasan Sabooei Pages 37-51
    Lubrication is one of the most effective ways to reduce friction and reduce the excess heat generated in a mechanical system. Identifying the right additive to improve lubrication properties by additives that have features such as accessibility and higher quality performance is important. The aim of this study was to investigate the effect of silicon dioxide (SiO2) nanoparticles with different concentrations as additives on the thermal and anti-wear properties of lubricants. For this purpose, nanoparticles with concentrations of 0.2, 0.4 and 0.5 wt% were combined with oil. Span 80 surfactant, ultrasonic bath and high speed agitator were used to disperse the nanoparticles into the base fluid and achieve a stable nanofluid. The static stability of nanofluids was also visually investigated. The obtained results showed that the addition of nanoparticles to the oil does not cause any change in its state and over time no sedimentation and phase change was observed, which indicates the very good stability of this nanofluid. In the last stage, wear tests, determination of friction coefficient and thermal conductivity coefficient were performed on the samples. According to the results, the lowest amount of disc wear was related to the lubricating mixture with a concentration of 0.5% by weight. The weight loss of the discs due to wear for this mixture was 60.76%, the reduction of the coefficient of friction was 15.07% and the increase of the thermal conductivity was 2.4% compared to the base oil.
    Keywords: Wear, Thermal conductivity, Lubrication, Silicon dioxide nanoparticles
  • Alireza Zarabadi, Mostafa Mafi * Pages 53-73
    In this study, two types of dual-purpose compression refrigeration systems including single-compressor and dual-compressor (cascade) with different eco-friendly refrigerants to achieve two temperature ranges above zero and below zero have been investigated. The purpose of this study is to investigate the annual energy consumption of dual-purpose refrigeration systems with eco-friendly refrigerants and also to investigate the parameters affecting the efficiency of these systems. Studies have shown that the cascade system has a higher efficiency than single-compressor system and the best refrigerant in terms of performance in this system is R290. It was also found that in the single-compressor system only R134a refrigerant is applicable and the other refrigerants in the evaporator create pressure under atmospheric pressure. Also, this system is only applicable in hot and humid climates for all seasons of the year, while the cascade system is applicable in all seasons of the year and in all climates. Comparison of these two systems shows that assuming the total load capacity of the refrigerator is constant, increasing the cooling load in the low temperature range leads to increased energy consumption of the cascade system. Also founded that the annual energy consumption of cascade system is 7% lower than single compressor in the case of equal distribution of cooling load between two temperature ranges.
    Keywords: dual-purpose refrigeration system, eco-friendly refrigerant, annual refrigeration system
  • Farshad Panahizadeh, Mahdi Hamzehei *, Mahmood Farzaneh-Gord Pages 75-87
    Depending on the temperature and pressure of the heat source, single-effect absorption chillers are categorized in two types of hot water and steam single-effect chillers. Due to the ability to use the waste steam in oil, gas and petrochemical industries for air conditioning and process cooling purposes, the steam type chiller is more widely used. In this study, the artificial neural network is exploited in the prediction of the steam single-effect absorption chiller performance since it is faster and has lower computational cost compared to thermodynamic modeling methods. The perceptron multilayer neural network with the error backpropagation algorithm, the hyperbolic tangent excitation function and the Levenberg-Marquardt learning method with 15285 data points and also the mean squared error estimation index are used. Inputs of the artificial neural network are the inlet cooling tower water temperature, inlet chilled water temperature, inlet steam temperature, outlet chilled water temperature and the solution heat exchanger efficiency respectively. Also, outputs of the neural network are the coefficient of performance and thermal energy consumption of the chiller. Results of this study show that the artificial neural network is capable to predict the coefficient of performance and the thermal energy consumed by the single-effect absorption chiller while the values of mean squared error are 3.183×10^(-7) and 7.466×10^(-8) respectively which verify the accuracy of the method proposed here in absorption chiller performance prediction.
    Keywords: Single-effect absorption chiller, Artificial Neural Network, coefficient of performance, Mean squared error
  • Reza Amirimoghadam, Asadollah Ahmadzadeh Pages 89-102
    The purpose of this research is to investigate the stress distribution in the post and core set in the maxillary first premolar that has two roots. In such a tooth, the post and core will be united or separated. An orthodontic patient's extracted tooth was used to prepare the basic tooth model. Then, a basic tooth model was prepared for 3D computer modeling using a 3D scanner. Then the computer model was completed in the SolidWorks engineering modeling software. Then, for stress analysis, the model was submitted to ANYSIS software under two axial and 45 oblique loads at 400 N. The material chosen for the post and core in both united form and separated one was nickel-chromium alloy. Evaluation of the data revealed that the use of ferrule in all cases reduced stress in roots. It was also found that the use von ferrule did not necessarily decrease stress of post and core. The maximum equivalent von Mises stress in roots, independent of the load applied, was lower in the two pieces post and core than in the one piece post and core; this was not generally seen in post and core. Under oblique load, more stress is observed on the components of the post and core.
    Keywords: Post, core, ferrule, Finite Element