فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال دهم شماره 1 (پیاپی 35، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/06
  • تعداد عناوین: 6
|
  • هادی غائبی*، پوریا سید متین، بهزاد عباس زاده صفحات 1-17

    در پژوهش حاضر، یک سیکل جدید خنک کن بازیابی باز چند مرحله ای اسکرمجت به همراه تولید توان و هیدروژن، که در آن سوخت اسکرمجت همان مبرد سیستم خنک کن می باشد، ارایه شده است. تحلیل جامع ترمودینامیکی و اگزرژی به منظور ارزیابی عملکرد سیستم، محاسبه میزان تولید توان و هیدروژن بر روی سیستم پیشنهادی پیاده سازی شد. برای دبی جرمی سوخت 0.4 کیلوگرم برثانیه، ظرفیت خنک کاری سیستم جدید ارایه شده 9.16 مگاوات، خالص توان تولیدی 3.38 مگاوات و میزان هیدروژن تولیدی 42.2 کیلوگرم بر ساعت محاسبه شده است. از سوی دیگر، نتایج ارزیابی اگزرژی نشان داد که PEM الکترولایزر با بیش از 44 درصد اتلاف اگزرژی بالاترین میزان اتلاف اگزرژی را در بین تمام اجزای مختلف سیکل پیشنهادی دارد. بعد از آن مسیر خنک کن اول با بیش از 39 درصد اتلاف اگزرژی رتبه دوم را از لحاظ اتلاف اگزرژی داراست. بازده انرژی و اگزرژی سیستم ارایه شده به ترتیب 13.01 درصد و 22.12 درصد به دست آمده است. نتایج حاصل از مطالعه پارامتریک نشان داد که افزایش دبی جرمی به معنای افزایش تولید توان و خنک کاری خواهد بود و نیز در دبی جرمی سوخت ثابت با افزایش فشار پشت پمپ توان تولیدی افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: تحلیل ترمودینامیکی، اسکرمجت، هیدروژن، انبساط چند مرحله ای، خنک کن بازیابی چند مرحله ای، PEM الکترولایزر
  • سید سام سهام، سعید کریمیان علی آبادی* صفحات 19-39

    امروزه بسیاری از کشورها سعی دارند تا وابستگی خود را به سوخت های فسیلی کاهش داده و انرژی مورد نیاز خود را به واسطه انرژی های تجدیدپذیری همچون انرژی باد بدست بیاورند؛ از طرفی طراحی و تحلیل توربین های بادی مناسب برای به منظور دریافت انرژی بیشتر از چالش های مهندسان است. بنابراین در این تحقیق مدل های مومنتومی که یکی از روش های پایه ای در مدل سازی آیرودینامیک توربین های بادی محور عمودی از نوع داریوس است، مورد بررسی قرار می گیرد. این روش ها بر اساس نظریه مومنتوم (صفحه محرک) بوده و به طور گسترده در ارزیابی عملکرد توربین های محور عمودی مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین تلاش شده است تا مدل های اولیه مومنتوم برای طراحی و تحلیل عملکرد این نوع توربین ها گردآوری شود. در ادامه سه مدل ایرودینامیکی از نوع مجرای جریان مورد بررسی قرار گرفته اند. این مدل ها شامل مجرای واحد جریان (اس اس تی)، مدل مجاری چند گانه (ام اس تی) و مدل دو صفحه ای مجاری چند گانه (دی ام اس تی) می باشد. هر یک از این مدل ها دارای مزایا و معایبی هستند که در این تحقیق به طور کامل مورد بحث قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: توربین محور عمودی، مدل های مومنتومی، مدل اس اس تی، مدل ام اس تی، مدل دی ام اس تی
  • فریده الله وردی*، امین کیانی صفحات 41-56

    در این پژوهش تخمین پارامترها و تشخیص عیب سیستم پمپ پیستونی هیدرولیکی که رفتار غیرخطی دارد و از رایج ترین سیستم های الکتروهیدرولیکی مورد استفاده در صنایع حساسی چون هوا و فضا می باشد، مورد بررسی قرار گرفت. معیار عیب یابی، سیگنال مانده ای است که از اختلاف خروجی سیستم و یک رویتگر غیرخطی محاسبه می شود. علت استفاده از رویتگر، تشخیص به موقع عیب و مقاوم بودن آن در برابر اغتشاشات و عدم قطعیت های مدل است. در این پژوهش، نشتی در پمپ و تغییر زاویه ی صفحه ی متحرک Swashplate پمپ هیدرولیکی  بعنوان عیب در نظر گرفته شده که بوسیله یک رویتگر غیرخطی تشخیص داده می شود. در نهایت بوسیله ی شبیه سازی انجام شده توسط نرم افزار Matlab اثبات می شود که روش پیشنهادی قادر است حالت های سیستم را به خوبی تخمین زده و خطاهای مانده فشارخروجی و سواش پلیت کارکرد نرمال پمپ و یا عیب های بوجود آمده را تشخیص و آشکارسازی می کند.

    کلیدواژگان: تشخیص عیب، تخمین حالت، پمپ هیدرولیکی، رویتگر
  • پدرام احدی، فربد فخرآبادی*، علیرضا پورشقاقی، فرشاد کوثری صفحات 57-80

    مطالعه کنونی با هدف انتخاب بهینه تجهیزات نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک متصل به شبکه با استفاده از روش (AHP) و بهره گیری از نرم افزار Expert choice انجام گرفته است. فرایند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) یکی از گسترده ترین ابزارهای تصمیم گیری چندمعیاره است. معیارها و زیرمعیارهایی از قبیل راندمان، قیمت، تعداد سال گارانتی و تعداد تجهیزات مورد ملاحظه قرار گرفته اند. به منظور انتخاب تجهیزات بهینه با استفاده از روش (AHP) که در نرم افزار Expert choice عملی می شود، بعد از تعیین سطوح سلسله مراتبی شامل هدف، معیارها، زیرمعیارها و گزینه ها (تجهیزات مورد نظر)، مقایسه زوجی بین مجموعه ها برای وزن دهی انجام می شود. در عین وزن دهی به مجموعه ها  تجزیه و تحلیل سازگاری قضاوت ها صورت می گیرد که باید کمتر از 1/0 باشد. این پژوهش بر روی تجهیزات موجود در بازار کشور ایران در نظر گرفته شده است. از میان تجهیزات موجود با توجه به مقیاس در نظر گرفته شده، بهترین پانل 500 w MonoTrina solar و بهترین اینورتر 25kw Growatt MID KTL3-X  می باشد. سایر گزینه ها با توجه به وزن مورد نظر در اولویت های بعدی قرار گرفتند. همچنین آنالیز حساسیت بر روی معیارهای اصلی انجام و تاثیر وزن پارامترها بر روی گزینه ها ارزیابی گردید.

    کلیدواژگان: انرژی تجدید پذیر، نیروگاه های خورشیدی فتوولتائیک متصل به شبکه، بهینه سازی، فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP)
  • نوید کریمی بابا احمدی، عباس تقی پور* صفحات 81-102

    پدیده اصطکاک و سایش در همه جا وجود دارد، از سیستم های نانو الکترومکانیکی در پزشکی تا پیشرانه الکتریکی یکپارچه در مقیاس بزرگ در ناوهای هواپیمابر. کاربرد نانو مواد به عنوان افزودنی در روغن های روان کننده در حال توسعه و پیشرفت است و در کنترل اصطکاک و سایش از اهمیت بالایی برخوردار است. این بررسی بر روی کاربرد انواع نانو مواد در روغن های روان کار تمرکز دارد و به طور جامع ویژگی های تریبولوژیکی این مواد را به عنوان افزودنی مورد مقایسه قرار می دهد. در پایان، پیشنهاداتی برای تحقیقات آتی در زمینه نانو مواد به منظور افزودنی در روغن های روان کننده، عنوان شده است. این بررسی به درک کلی استفاده از نانو مواد در روغن های روان کننده کمک نموده و دستیابی به طرحی بسیار خوب از نانو افزودنی ها با عملکردهای تریبولوژیکی برجسته را ارتقا می دهد.

    کلیدواژگان: نانومواد، افزودنی، اصطکاک، روانکاری، سایش
  • سام سهام* صفحات 103-118

    در این تحقیق ابتدا ظرفیت بادی شهر زاهدان مورد ارزیابی قرار گرفته و سپس به بررسی عملکرد یک توربین باد محور عمودی پرداخته شده است. با زاویه دار کردن پره توربین نسبت به محور آن، یک روتور وی-شکل حاصل شده است. بنابراین جریان آزاد گذرنده از توربین، با برخورد به پره های زاویه دار آن دچار انحراف شده و بخشی از آن به صورت عمودی و در راستای محور توربین خارج می شود. این مسیله باعث می شود تا با چرخش توربین، علاوه بر تولید توان، جریانی تحت عنوان جریان تهویه نیز حاصل شود. از این جریان تهویه می توان در مناطق گرم استفاده کرده تا علاوه بر تولید انرژی، موضوع تهویه محل مورد نظر نیز انجام شود. به منظور تحلیل پارامتریک توربین مورد نظر از روش نیمه تحلیلی در حالت سه بعدی استفاده شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که زاویه پره با مقدار جریان تهویه دارای ارتباط مستقیم بود و در زاویه 10 درجه و در نقطه کاری توربین حدود  10000 متر مکعب در ساعت از جریان، تحت عنوان جریان تهویه از انتهای پایین توربین خارج می شود. لذا این نقطه به عنوان محدوده مناسب کارکرد توربین هم از نظر تولید توان و هم از نظر تهویه معرفی می شود.

    کلیدواژگان: ظرفیت انرژی بادی، توربین باد محور عمودی، توان، ضریب تهویه
|
  • Hadi Ghaebi*, Pourya Seyedmatin, Behzad Abbaszadeh Pages 1-17

    A novel scramjet multi-stage open cooling cycle for electricity and hydrogen co-production is proposed in which the fuel of scramjet is used as coolant of cooling cycle. Thermodynamic and exergetic examination of the advanced system have been conducted to appraise the system’s performance, electricity and hydrogen productions and multi-expansion effects. For the fuel mass flow rate of 0.4 kg/s, the cooling capacity of the new proposed cycle is computed 9.16 MW, the net electricity output is calculated about 3.38 MW and the hydrogen production is attained 42.16 kg/h. On the other hand, the exergetic results have proved the fact that PEM electrolyzer has the highest exergy destruction ratio by 44% among different components of the cycle. Moreover, the results of exergy analysis exhibited that employing the multi-expansion process concept outstandingly decline the overall exergy destruction of the system. In this case, the energy and exergy efficiencies of the overall set-up are acquired by 13.01% and 22.12%, correspondingly

    Keywords: Thermodynamic analysis, Scramjet, Hydrogen, Multi-expansion, M-OCC, PEM electrolyzer
  • Sam Saham, Saeed Karimian Aliabadi* Pages 19-39

    Today, many countries are trying to reduce their dependence on fossil fuels and acquire the energy they need through renewable energy such as wind energy. On the other hand, the design and analysis of wind turbines is suitable for more energy one of the challenges of engineers. Therefore, in this study, momentum models, which is one of the basic methods in the aerodynamics modeling of the vertical axis wind turbine, are examined. These methods are based on the theory of the momentum (actuator disc) and are widely used to evaluate the performance of vertical axis wind turbines. Also it has been attempted to collect basic fair models for designing and analyzing the performance of these turbines. The following are the three models of the stream tubes: the SST model, the MST model, and the dual actuator MST or the same DMST. Each of these models has the advantages and disadvantages that are fully discussed in this research.

    Keywords: Vertical axis wind turbine, Momentum models, SST model, MST model, DMST model
  • Farideh Allahverdi*, Amin Kiyani Pages 41-56

    In this research, parameter estimation and fault detection in hydraulic pump which is one of the most common systems used in sensitive industries such as aerospace and it has nonlinear behavior is investigated. The detection criterion is the residual signal calculated from the difference between the system output and an unknown input parameter. The reason for using the nonlinear observer is the timely detection of faults and its resistance to model disturbances and uncertainties. In this research, the leakage in the pump and the change of swashplate angle of the hydraulic pump are considered as faults and they could be detected by a nonlinear observer in time. Finally, it is proved by Matlab simulation software that the proposed method is able to estimate the system states well and reveal the faults.

    Keywords: Fault detection, Estate Estimation, Hydraulic pump, Observer
  • Pedram Ahadi, Farbod Fakhrabadi*, Alireza Poursh, Arshad Kowsary Pages 57-80

    The present study was conducted to optimally select equipment for a grid-connected photovoltaic solar power station using the method of analytical hierarchy process (AHP) and the Expert Choice software. AHP is one of the most widely used multi-criteria decision-making tools. Criteria and sub-criteria such as efficiency, price, number of years of warranty, and amount of equipment were considered. For selection of optimal equipment using the AHP method, realized in Expert Choice, pairwise comparison is made between the sets for weighting once the hierarchical levels, including the goal, criteria, sub-criteria, and alternatives (intended equipment), are specified. As the sets are weighted, the compatibility of judgments is analyzed, which must be less than 0.1. The research addressed the equipment available over the market in Iran. Given the measures considered here, 500W Mono Trina Solar was selected as the best panel, and 25KW Growatt MID KTL3-X was the best inverter. The other alternatives were assigned the next priorities based on the corresponding weights. Moreover, sensitivity analysis was made on the main criteria, and the effect of parameter weight on the alternatives was assessed.

    Keywords: Renewable Energy, Grid-Connected Photovoltaic Solar Power Plant, Optimization, Analytical Hierarchy Process (AHP)
  • Navid Karimi Babaahmadi, Abbas Taghipoor* Pages 81-102

    Friction and wear are ubiquitous, from nano-electro-mechanical systems in biomedicine to large-scale integrated electric propulsion in aircraft carriers. Applications of nanomaterials as lubricating oil additives have achieved great advances, which are of great significance to control friction and wear. This review focuses on the applications of nanomaterials in lubricating oil and comprehensively compares their tribological characteristics as lubricating oil additives. Finally, suggestions for future research on nanomaterials as lubricating oil additives are proposed. Hence, this review will promote a better fundamental understanding of nanomaterials for lubricating oil application and help to achieve the superior design of nanoadditives with outstanding tribological performances.

    Keywords: nanomaterial, additive, friction, lubrication, wear
  • Sam Saham* Pages 103-118

    In this study, at the first, the wind capacity of the city of Zahedan was evaluated, and then examined the performance of a vertical axis wind turbine. A V-rotor is obtained by angering the turbine blade to the axis. Therefore, the free wind is deflected by colliding with its angled blades and part of it vertically going out along the turbine axis. This causes the turbine rotation, in addition to producing power, have a flow called ventilation flow. This ventilation flow can be used in warm climate areas so that in addition to generating energy, the ventilation of the site can be performed. The semi-analytical method was used in the 3D modeling for the parametric analysis of the turbine. The results of this study show that the blade angle was directly related to the amount of ventilation flow, and at the angle of 10 degrees and the turbine's work point of about 10,000 m3/hr, the ventilation flow is going out from the bottom of the turbine. This occurs while the turbine's power decreases, but its efficiency at this angle has the highest amount.

    Keywords: Wind energy potential, Vertical axis wind turbine, Power, Ventilation