فهرست مطالب

مهندسی مکانیک تبدیل انرژی - سال ششم شماره 1 (پیاپی 18، بهار 1398)

نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال ششم شماره 1 (پیاپی 18، بهار 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/02/11
  • تعداد عناوین: 6
|
  • رضا جعفری مقدم*، محمد قلم باز، علی حیدری مقدم صفحات 1-10

    در تحقیق حاضر نحوه ی تاثیر گذاری منفی نانوسیالات در امر سایش و فرسایش شناسایی شده و به دنبال استفاده بهینه ی آنها در امر سایش و فرسایش هستیم. در دنباله، اشاره خواهد شد که تاثیرات منفی نانوذرات بر امر سایش و فرسایش، عمدتا متوجه شکل نانوذرات می باشد. در این میان، نانوذرات WS2 به جهت دارا بودن مشخصه هندسی نسبتا گرد، در جهت بهبود امر سایش و فرسایش به عنوان نانوذراتی موثر شناسایی شده و لذا آزمایشی در این روال صورت می پذیرد. آزمایش صورت گرفته در تحقیق پیشرو شامل تست های متعددی در سرعت، فشار و  قطعات کاری مختلف می باشد. به عنوان خلاصه ای از نتایج بدست آمده، نانوسیال WS2/H-100 میتواند سایش قطعات ST420 و ST316 را در بازه فشاری 2-8کیلوگرم نیرو و بازه سرعت حدود 19-220دور بر دقیقه به طور متوسط تا حدود 14% در غلظت 5% حجمی نانوذرات کاهش دهد.  این در حالیست که سایش قطعه کاری Mo40 در بازه های مذکور در حدود 3% در غلظت حجمی 5% بود. در خصوص فرسایش قطعات ST420 و ST316 در بازه های نامبرده مذکور تا حدود 7% در غلظت حجمی 5% فرسایش سطح را نسبت به روغن پایه کاهش می دادند، در حالیکه این مقدار برای قطعه کاری Mo40 در حدود 2% گزارش شد.

    کلیدواژگان: نانو سیالات، سایش و فرسایش، نانوسیال WS2، H-100
  • محمد مجدی مجدیان*، مهدی حمزه ای صفحات 11-16

    الکترولایزر واحد کلرآلکالی از طریق الکترولیز آب نمک خالص محصولات کلر، هیدروژن و کاستیک تولید می نماید. الکترولایزر از لحاظ انرژی مصرفی، یکی از پرمصرف ترین تجهیزات در صنعت می باشد که پرداختن به عوامل موثر در کاهش مصرف انرژی ضروری می نماید. دراین پژوهش با استفاده از مدل سازی الکترولایزر به عنوان یک حجم کنترل و حل معادلات عددی به وسیله نرم افزار متلب مشخص می شود که در یک چگالی جریان مشخص با افزایش دما و کاهش ضخامت ولتاژ کل مصرفی و انرژی مصرفی کاهش می یابد. در این پروژه، الکترولایزر یک واحد کلرآلکالی بررسی شده است. ابتدا نتایج در دمای عملیاتی 80 درجه سانتی گراد و فشار 4 بار را به دست آورده سپس با حالت قابل حصول در دمای 88 درجه سانتی گراد و فشار 4.5 بار، یعنی به میزانی که به غشا آسیبی نرسد، مقایسه صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد افزایش دما و کاهش ضخامت غشا باعث کاهش راندمان انرژی و افزایش فشار موجب افزایش راندمان اکسرژی می گردد

    کلیدواژگان: کلرآلکالی، الکترولایزر، دما، انرژی، اکسرژی
  • مهدی خلاصی دزفولی، مهدی قبیتی حسب*، علی حیدری مقدم صفحات 17-21

    در این پژوهش، فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود تنگستنی تحت گاز خنثی بر روی سوپر آلیاژ هستلوی B2 با هدف بررسی اثر نوع جریان بر ریزساختار و خواص مکانیکی ناحیه جوش صورت گرفت. ‏فرآیند جوشکاری با دو نوع جریان مستقیم و پالسی و با فلز پرکننده هستلوی X انجام شد. برای بررسی ریزساختار، از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی و برای آنالیز رسوبات از طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس استفاده شد. مشاهدات میکروسکوپی نشان داد که بکارگیری جریان پالسی منجر به کاهش قابل توجه اندازه دندریتها و ریزساختار در فلز جوش شده است. فلز جوش در جوشکاری با جریان مستقیم، ریزساختار دندریتی کشیده و با جریان پالسی ریزساختار دندریتی هم محور ریز دارد. نتایج سختی سنجی نشان داد که سختی فلز جوش با جریان مستقیم حدود 300 ویکرز در حالی که با جریان پالسی حدود 330 ویکرز است. در آزمایش کشش تمامی نمونه ها از فلز پایه و به صورت نرم دچار شکست شدند. همچنین نمونه جوشکاری شده با جریان پالسی خواص کششی (ازدیاد طول 50 درصد، استحکام تسلیم 434 مگاپاسکال و استحکام کششی 660 مگاپاسکال) مطلوب تری دارد.

    کلیدواژگان: جوشکاری قوس تنگستن- گاز، اتصال سوپر آلیاژ هستلوی B-2، ریزساختار، خواص مکانیکی
  • سید عبدالله منصوری مهریان*، سید سعید بحرینیان، فرشاد مرادی کشکولی صفحات 23-30

    در این مطالعه، تاثیر ارتفاع طوقه واحد بیرونی یک کولر گازی دوتکه (واحد تقطیر) و هم چنین انسداد چگالنده بر مشخصه های جریان عبوری از واحد بیرونی بررسی شده است. چگالنده لوله ای پره دار فشرده در واحد بیرونی با فرض محیط متخلخل، مدل سازی و شبیه سازی شده است. چارچوب مرجع چندگانه برای شبیه سازی دوران فن جریان محوری استفاده گردید. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که انحراف در اندازه عرض طوقه از حالت طراحی، روی شکل گردابه های نوک فن و هم چنین گردابه های داخلی تاثیر گذار است. وجود طوقه می تواند از جریان هوای چرخشی خارج از فن و هم چنین پخش جریان هوا جلوگیری کند و باعث کاهش اتلاف نرخ خروجی از واحد شود. با افزایش عرض طوقه (نسبت به حالت طراحی) ضریب شدت جریان، بازده (عملکرد مفید) و شدت توربولانسی (عملکرد زیان بار) افزایش می یابد. هم چنین، کاهش عرض طوقه، کاهش ضریب بی بعد شدت جریان، کاهش بازده و افزایش شدت توربولانسی را به همراه دارد. از طرف دیگر انسداد چگالنده سبب کاهش ضریب بی بعد جریان و افزایش ضریب فشار کل می شود

    کلیدواژگان: واحد بیرونی کولر گازی دو تکه، فن جریان محوری، محیط متخلخل، انسداد چگالنده، ارتفاع طوقه
  • صمد الهی فر، احسان الله عصاره*، عباس تقی پور، افشین قنبر زاده، طاهره پیرهوشیاران صفحات 31-41

    در این مطالعه، آنالیز اگزرژی[1] یک نیروگاه بخار تولید برق که با سیکل ترمودینامیکی رانکین[2] کار می کند مورد بررسی قرار گرفته است. نیروگاه زرند واقع در استان کرمان یک نیروگاه بخار است که در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته است. بازده اگزرژی  معیاری بسیار مناسب برای تحلیل یک سیکل ترمودینامیکی می باشد. برای بهینه کردن فرآیند و حصول بازده اگزرژی بالاتر ، پارامتر هایی به عنوان متغیرهای تصمیم گیری در نظر گرفته شده اند و با تغییر این پارامترها سعی در بالابردن بازده اگزرژی شده است. با آگاهی از اینکه امکان تغییر در بازه ای معین در برخی از پارامتر های پروسه تولید برق در نیروگاه وجود دارد، متغیرهای تصمیم گیری انتخاب شده اند. دما و فشار خروجی از بویلر و فشارهای خروجی از چهار مرحله زیرکش توربین، به عنوان شش متغیر تصمیم گیری انتخاب شده اند. الگوریتم بهینه سازی به کمک رفتار زنبور های عسل[3] یکی از الگوریتم های هوشمند[4] نسبتا جدید در بهینه سازی مسایل بوده که با الگو گرفتن از رفتار و عمل زنبور های عسل برای یافتن غذا، فرایند بهینه سازی را انجام می دهد. در این مطالعه ابتدا بهینه سازی تابع بازده اگزرژی نیروگاه بخار انجام می شود سپس با نتایج الگوریتم های بهینه سازی ژنتیک[5] و تجمیع ذرات[6] مقایسه می شود. نتایج این بررسی نشان می دهد که در صورت تغییر مناسب در متغیرهای تصمیم گیری و بکارگیری الگوریتم زنبورهای عسل، می توان بازده اگزرژی نیروگاه حرارتی مورد بررسی را از 1/30 درصد به 6675/30 درصد رساند. این افزایش معادل 5675/0 درصد برای سیکل خواهد بود که نسبت به بکار گیری الگوریتم ژنتیک 0038/0 درصد و نسبت به بکارگیری الگوریتم تجمع ذرات 0036/0 درصد

    کلیدواژگان: بازده اگزرژی، الگوریتم زنبور عسل، سیکل رانکین، نیروگاه حرارتی
|
  • Reza JafariMoghaddam * Pages 1-10

    The present study aims to identify nanoparticles amenable to the decrease of erosion and corrosion in various working states.  In this regard it is argued that the negative effects on erosion and corrosion imposed due to the presence of nanoparticles are reflected from the nanoparticles shape. In this situation, WS2 featured by possessing an almost round shape is suitable for decreasing the erosion and corrosion which is undergone the present experiment. The presented experiments are in different rotational speeds as well as different working pressures. As a gist, WS2/H-100 nanofluids are suitable to decrease the surface erosion associated with ST420 and ST316 up to about 14% in 5% volumetric fraction, in the working pressures ranging from 2-8 Kg-Force and in the rotational speeds ranging from 19-220rpm. This was whilst, for the above range and with respect to Mo40 the decreasing effect was identified to be about 3%. For the corrosion, the use of nanoparticles with 5% volumetric fraction was suitable to decrease the corrosion effect of the working allows ST420 and ST316 up to 7% compared to the pure base fluid (oil). However, in the same conditions it was recorded a decrease of about 2% with respect to Mo40.

    Keywords: nanofiuids, erosion, corrosion, nanofiuids WS2, H-100
  • Mehdi Ghobeiti * Pages 17-21

    In this research, Gas tungsten arc welding (GTAW) on Hastelloy B-2 Superalloy was used to investigate the effect of current type on microstructure and mechanical properties of welded zone. The welding process was performed using two direct and pulsed current and with Hastelloy X filler metal. Optical Microscope (OM) and Scanning Electron Microscope (SEM) were used to investigate the microstructure and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) was used to analysis the precipitations. The microscopic observation showed that applying pulsed current led to a significant reduction in the size of the dendrites and microstructure in the weld metal. Hardness results showed that with direct current the hardness of weld metal is 300 Vickers while with pulsed current hardness is 330 Vickers. In the tensile test, all samples were fractured softly from the base metal. Also, the specimen welded with pulsed current has better tensile properties (elongation %50, yield strength 434 MPa and  ultimate tensile strength 660 MPa).

    Keywords: GTAW process, Hastelloy B-2 superalloy, Microstructure, Hardness, Tensile test
  • Ehsanolah Assareh * Pages 31-41

    In this study, the exergy analysis of a steam power plant generating electricity with Rankine thermodynamic cycle is studied. Exergy efficiency is a suitable criterion for the analysis of a thermodynamic cycle. To optimize the processes and obtaining higher exergy efficiency, some parameters were considered as decision variables, and by changing these parameters, it was tried to improve the exergy efficiencyOutput temperature and pressure of the boiler, and the output pressures of the four stages of turbine extraction, were selected as six decision variables. In other words, the exergy efficiency function was considered as the objective function, and the six aforementioned variables were considered as decision variables. Optimization algorithm using the behavior of bees, which is one of the relatively new intelligent algorithms for optimization problems, performs the optimization by inspiring from the behavior and action of bees to find food. In this study, firstly, the optimization of exergy efficiency function was done for the steam power plant, and then the results were compared with the results obtained using the genetic and particle swarm optimization algorithms. Results showed that by appropriate changes in decision variables and using bees algorithm, exergy efficiency of the thermal power plant increased from 30.1% to 30.6675%. This increase was equivalent to 0.6675% for the cycle, and compared to the use of genetic and swarm particle optimization algorithms it was 0.0038% and 0.0036% higher, respectively.

    Keywords: Exergy efficiency, Bees algorithm, Rankine cycle, thermal power plant
  • Ehsanolah Assareh *, Sajjad Keykhah, Ali Heidary Moghadam, Reza Poultangari, Tahereh Pirhoushyaran Pages 43-59

    Due to the rapid depletion of fossil energy resources and the environmental pollutions caused by consumption of fossil fuels, many countries have started developing renewable energy systems and finding alternative energy resources. One of the best resources of renewable energy is solar energy, which is clean and carbon-free. Solar-based energy systems can be designed in a way to produce hydrogen energy in order to supply the global energy demand, and reducing the environmental effects caused by global warming. In this study, a solar-based integrated hybrid system is considered to generate hydrogen. The system takes advantage of a flat plate collector, an organic Rankine cycle (ORC) and a PEM electrolyzer to convert renewable solar energy into electricity and hydrolyze water to hydrogen gas. To determine the optimum parameters and evaluate their effects on performance of the system, a parametric study is conducted. Outlet temperature of generator, inlet temperature of ORC turbine, irradiation intensity, water mass flow rate of the collector, and collector surface area are considered as the five decision variables. To optimize the design parameters, a multiobjective optimization is performed through the multi-objective particle swarm algorithm. The optimization results indicate that exergy efficiency of the system can increase from 1 to 3.5% meanwhile the total cost of the system can increase from 21 to 28 $/h, at optimum conditions. According to the findings, extending the collector’s surface area can lead to increasing the overall cost of the system, whilst reducing the exergy efficiency. It can also be stated that the collector component contributes to the total cost of the system noticeably.

    Keywords: Solar energy, hydrogen generation, optimization, flat plate collector, exergy efficiency, cost rate