نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال پنجم شماره 3 (پیاپی 16، پاییز 1397)

در پژوهش حاضر، اثرات ضخامت دیواره و تخلخل بر میزان انتقال حرارت جابجایی طبیعی همبسته نانوسیال هیبریدی درون محفظه بسته چهارضلعی مورد ارزیابی قرار گرفته است. معادلات پیوستگی، مومنتوم و حرارت برای فاز سیال و ماتریس جامد متخلخل، معادلات حاکم بر مسیله هستند. معادلات یادشده و شرایط مرزی مرتبط با آن‏ها، به شکل بی‏بعد خود انتقال یافته؛ با بهره‏گیری از روش المان محدود، کدنویسی در نرم افزار متلب و توابع کمکی تعریف شده در نرم‏افزار کامسول حل شدند. نتایج حاصل از کد دینامیک سیالات محاسباتی محاسباتی، با نتایج پژوهش‏های معتبر پیشین مورد اعتبارسنجی قرار گرفتند. تاثیر اعداد بی‏بعد رایلی، دارسی و پارامترهایی نظیر ضخامت دیواره رابط، نسبت ضریب رسانش حرارتی دیواره ضخیم به سیال و ضریب انتقال حرارت رابط بین دو فاز نانوسیال هیبریدی و ماتریس جامد محیط متخلخل در محدوده‏های پیش‏فرض بر میزان انتقال حرارت درون محفظه بسته بررسی گردید. از این رو، نتایج در دو بخش مجزا برای بررسی اثرات انتقال حرارت جابجایی طبیعی همبسته و محیط متخلخل در شرایط عدم تعادل حرارتی موضعی ارایه شده اند. نتایج بیان‏گر آن است که افزایش ضخامت دیواره و عدد دارسی سبب بهبود میزان انتقال حرارت نانوسیال هیبریدی می‏شوند؛ حال آن‏که ازدیاد پارامتر ضریب انتقال حرارت رابط بین دو فاز نانوسیال هیبریدی و ماتریس جامد متخلخل، کاهش انتقال حرارت نانوسیال هیبریدی را در پی دارد. همچنین میان پارامترهای یاد شده، پارامتر نسبت ضریب رسانش حرارتی دیواره ضخیم به سیال می تواند نرخ انتقال حرارت ماتریس جامد متخلخل را تغییر دهد.

تغییرات در خواص فیزیکی سیال باعث می شود که کاربرد مدل های مختلف جریان آشفته مورد بحث قرار گیرد. در گذشته تحقیقات بیانگر این نکته بود که عدد پرانتل آشفته بصورت ثابت در کل یک جریان و برابر 1 و یا نزدیک آن است. اما تحقیقات اخیر نشان می دهد که عدد پرانتل آشفته احتمالا تابعی از متغیرهای حرارتی مایع و همچنین خواص فیزیکی آن است. لازم به ذکر است که تغییر خواص فیزیکی سیال نیز قابل توجه است. از طرفی امروزه توربین های گازی نقش مهمی در صنعت ایفا می کنند، بنابراین بالا بردن راندمان این توربین ها اهمیت ویژه ای پیدا می کند. یکی از راه های افزایش راندمان توربین گاز، افزایش دمای گاز در داخل محفظه ی احتراق است. این افزایش دما باعث افزایش دمای ورودی توربین می شود و در پی آن با توجه به اینکه پره های توربین توانایی تحمل دمای بالا را ندارند، از روش های خنک کاری پره های توربین استفاده می شود. تا از این طریق طول عمر پره های توربین افزایش یابد. در تحقیق حاضر سعی شده تا با بررسی تحقیقات گذشته در زمینه تاثیر عدد پرانتل آشفته بر جریان و انتقال حرارت در جت برخوردی گام مثبتی در زمینه افزایش طول عمر پره های توربین برداشته شود. بررسی ها نشان داد این نکته که عدد پرانتل آشفته در کل یک جریان بصورت ثابت و برابر 1 و یا نزدیک آن است، رد می شود. با بررسی اعداد مختلف پرانتل آشفته و تاثیر آن بر توزیع ناسلت محلی، مشخص شد که افزایش عدد پرانتل آشفته باعث بهبود کیفیت و دقت نتایج حاصل از ناسلت محلی می شود. همچنین با مقایسه ی نتایج بدست آمده از روش صریح مرتبه دو و مدل پخش گردابه ای ساده، مقدار 7/0 بعنوان جایگزین مقدار رایج پیش فرض عدد پراتل آشفتگی (یعنی 85/0) پیشنهاد می شود. زیرا با اعمال عدد پرانتل آشفتگی برابر 7/0، پیش بینی مناسبی از توزیع دما در خنک کاری لایه ای در هندسه ی مورد بررسی مشاهده شد.

در سیستم های مکانیکی، اصطکاک یکی از مهم ترین عوامل اتلاف انرژی محسوب می شود. استفاده از روان کار مناسب یکی از راه های موثر برای کاهش اصطکاک می باشد. روغن با کیفیت بالا منجر به افزایش کارایی، کاهش خرابی قطعات، صرفه جویی در هزینه، جلوگیری از اتلاف انرژی و کاهش مصرف سوخت می شود. نانو ذرات به عنوان یک ماده ی افزودنی در روان کارها سبب بهبود خواص آن ها و یک عامل مهم برای صرفه جویی در انرژی یک سیستم مکانیکی می تواند مورد بررسی قرار گیرد. هدف این پژوهش مطالعه خواص ضد سایش روغن صنعتی مهم Shell omalla SG220 حاوی نانو ذره سیلیکا در گیربکس ماشین آلات دوار می باشد. این پژوهش از دو مرحله تشکیل شده است. در مرحله ی اول نانو ذره ی اکسید سیلیسیم با غلظت های 1/0، 2/0 و %wt4/0 به روغن پایه اضافه شد. برای پراکنده کردن نانو ذرات درون سیال پایه و دستیابی به یک نانوسیال پایدار از سورفکتانت Span 80 و دستگاه اولتراسونیک پروبی استفاده شد. پایداری استاتیک نانوسیالات ساخته شده به صورت دیداری مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله ی دوم پژوهش، آزمون استاندارد چهار ساچمه و ضریب اصطکاک بر روی روغن پایه و نانوروان کارهای ساخته شده انجام گرفت. نتایج به دست آمده از آزمون بیانگر کاهش میانگین %4/7 میزان سایش و کاهش %10 ضریب اصطکاک در نمونه های حاوی نانوذره بود.

در سال های اخیر با توجه به افزایش روز افزون به کارگیری نیروگاه های چرخه ترکیبی در ایران و جهان، لزوم مطالعه بر روی آن ها و مخصوصا تلفات موجود در این نیروگاه ها و تک تک اجزاء  آن ها آشکار می شود. آنالیز نیروگاه ها با استفاده از قوانین اول و دوم ترمودینامیک به طور همزمان، ابزار مناسبی برای دستیابی به درک درستی از بازگشت ناپذیری های اجزا و کل سیستم خواهد بود. از اینرو، در این تحقیق به آنالیز انرژی و اگزرژی چرخه های توربین گازی، توربین بخار و ترکیبی  پرداخته می شود. همچنین تاثیر پارامترهای مختلف بر روی بازده های انرژی و اگزرژی، نرخ نابودی اگزرژی و توان تولیدی نیروگاه ها بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که چرخه ی ترکیبی دارای بالاترین کارایی در بین چرخه های مطالعه شده است. توان تولیدی چرخه ترکیبی برابر با 2/19 مگاوات است که در حدود 47% از توان تولیدی چرخه توربین گازی بیشتر است. مقدار نرخ نابودی اگزرژی چرخه ترکیبی در حدود 33% از چرخه توربین گازی کمتر است. مقدار مصرف سوخت در چرخه ترکیبی در مقایسه با چرخه توربین گازی به مقدار 11% کاهش یافته است. افزایش دمای ورودی به توربین گازی، موجب 26% افزایش در کل نرخ نابودی اگزرژی چرخه ترکیبی شده و از 21 به 5/26 مگاوات می رسد.

با افزایش روزافزون مصرف انرژی در سطح جهانی، بررسی کیفیت انرژی علاوه بر کمیت انرژی در مجامع علمی مورد توجه قرار گرفته است. تحلیل قانون دوم ترمودینامیک قادر به محاسبه مقادیر بازگشت ناپذیری های اجزا و کل سیستم های نیروگاهی است. آنالیز نیروگاه ها با استفاده از قوانین اول و دوم ترمودینامیک به طور همزمان، ابزار مناسبی برای دستیابی به درک درستی از بازگشت ناپذیری های اجزا، کل سیستم، همچنین پتانسیل بهینه سازی آن ها خواهد بود. در همین راستا در این مقاله به آنالیز انرژی و اگزرژی انواع نیروگاه های بخار پرداخته می شود. همچنین تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل دمای ورودی کمپرسور، دمای بویلر، فشار بویلر بر روی بازده های قوانین اول و دوم ترمودینامیک، نرخ نابودی اگزرژی و توان تولیدی نیروگاه ها بررسی می شود. نتایج حاصل نشان می دهد که بازده اگزرژی چرخه توربین بخار بازیاب در مقایسه با بازده اگزرژی توربین بخار ساده و توربین بخار بازگرمایش به ترتیب در حدود 8/5% و 9/3% بیشتر است. همچنین مطالعه پارامتری بر روی عملکرد چرخه ها نشان می دهد که دمای بویلر، فشار بویلر، فشار کندانسور و بازده آیزونتروپیکی تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی عملکرد کلی چرخه ها گذاشته اند. افزایش فشار بویلر موجب 13% کاهش در نرخ نابودی اگزرژی و 5/6% افزایش در کل توان تولیدی چرخه بازیاب می شود.

با توجه به فیلترهای موجود در ایران ،  که تماما به صورت مکعبی می باشند و فیلتر سیلندری تاکنون استفاده نشده است. یکی از عمده ترین دلایل استفاده نکردن از این فیلتر، حمل و نقل آن به کشور ما و همچنین عدم استفاده در فیلترهای بزرگ بوده است. با توجه به تجربه و بررسی های به عمل آمده در فیلترهای موجود در ایران تمامی صفحه های مانع در طرح های قدیمی به صورت مستقیم روبه روی ورودی قرار گرفته و ورودی فیلتر نیز در بدنه اصلی قرار گرفته و این موضوع باعث پرت فضا به دلیل فاصله صفحه از ورودی خواهد شد که حداقل این فاصله در کوچکترین فیلترها 300 میلیمتر می باشد که در صورت محاسبه در طول و عرض و ارتفاع فیلتر فضای قابل توجهی پرت شده و عملکرد صفحه در طرح قدیم نیز اصلا خوب نبوده و کاملا غبار را به یک یا دو سمت فیلتر سوق خواهد داد و توضیع خوبی بین کیسه ها نخواهد داشت. با توجه به موارد ذکر شده در این مقاله به بررسی صفحه مانع های مرسوم در ایران و ارایه طرح جدید صفحه مانع پرداخته می شود.