فهرست مطالب
مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 154 (فروردین و اردیبهشت 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/02/31
- تعداد عناوین: 6
-
-
مقایسه و بررسی شبیه سازی حریق با نرخ آزاد سازی حرارت بالا در محفظه بسته با نرم افزارهای FDS و OpenFOAMصفحات 3-16
یکی از ابزارهای قوی در بررسی آتش، روش دینامیک سیالات محاسباتی است که قابلیت پیش بینی کامل پارامترهای اثر گذار در آتش همچون، دما، سرعت، فشار، گونه های سمی و تشعشع را دارد. البته در این روش نیاز به بررسی صحت سنجی می باشد که با شبیه سازی و اعتبار سنجی نتایج آن با نتایج تجربی، صحت نتیجه عددی را به خوبی شناخت و همچنین ارزش مدل های حاکم در شبیه سازی را بررسی کرد. از این رو در پژوهش حاضر، با استفاده و مقایسه نتایج دو نرم افزار اف دی اس و اپن فوم در هندسه آتش در محفظه، شرایط و پارامترهای دما، سرعت و گونه فرایند احتراق از ابتدا تا انتها بررسی و تحلیل شدند که با بررسی نتایج مشاهده شد که دو نرم افزار در صحت سنجی نتایج مشابهی دارند؛ اگرچه مقدار نتایج نرم افزار اپن فوم بهتر از اف دی اس می باشد. به طوری که نتایج دما و کربن دی اکسید در نرم افزار اپن فوم به ترتیب 4/22 و 16 درصد خطای نسبی دارد؛ اما نرم افزار اف دی اس به ترتیب 24 و 31 درصد خطای نسبی دارد.
کلیدواژگان: حریق در محفظه، مطالعه رفتار آتش، شبیه سازی احتراق، نرم افزار اف دی اس، نرم افزار اپن فوم، جریان اغتشاشی، دینامیک سیالات محاسباتی -
صفحات 17-33
در مطالعه حاضر، تحلیل پارامتری، تجزیه و تحلیل عملکرد یک آب شیرین کن تقطیر چند مرحله ای مجهز به ترموکمپرسور مورد بررسی قرار گرفته شده است. معادلات جرم، غلظت نمک، انرژی و اگزرژی برای تک تک اجزای آب شیرین کن نوشته شده و در ادامه بررسی و تحلیل این آب شیرین کن با کمک نرم افزار EES انجام شده است. در این مطالعه، تاثیر دمای TBT، میزان غلظت آب و تعداد اثرات بر دبی آب خنک کننده کندانسور، دبی آب شیرین، نسبت عملکرد، مساحت مخصوص، میزان تخریب اگزرژی و راندمان اگزرژی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان داد که آب شیرین کن 8 مرحله ای بیشترین نسبت عملکرد را با توجه به شرایط ورودی سیستم دارا می باشد. همچنین با توجه به تحلیل اگزرژی، اگزرژی تخریبی اواپراتورها (اثرات)، کندانسور، ترموکمپرسور و پمپ ها به ترتیب برابر 5146، 3266، 1568 و 366 کیلووات است که بیشترین و کمترین میزان تخریب اگزرژی به ترتیب متعلق به اواپراتورها و پمپ ها می باشند.
کلیدواژگان: آب شیرین کن، تقطیر چند اثره، تحلیل انرژی، تحلیل اگزرژی، نسبت عملکرد -
صفحات 34-44
امروزه افزایش ماخ عملیاتی موتورهای توربینی هوایی مورد توجه دانشمندان قرار دارد. استفاده از انرژی مگنتوهیدرودینامیک (MHD) سبب استفاده از موتور توربوجت در پرنده با سرعت سوپرسونیک می شود. برای عملکرد موتور توربوجت در پرنده های با سرعت سوپرسونیک نیاز به کاهش سرعت جریان ورودی است. در این روش جدید، انرژی جنبشی زیاد جریان سوپرسونیک ورودی، به انرژی الکتریکی تبدیل شده و با کاهش سرعت جریان هوای ورودی، علاوه بر ایجاد امکان عملکرد مناسب موتور توربینی، از انرژی الکتریکی برای شتاب دادن به جریان گاز خروجی استفاده می شود. در این تحقیق چرخه ترمودینامیکی یک موتور توربوجت با سیستم MHD، برای عملکرد مناسب این موتور در ماخ بالاتر از 2، تحلیل و پارامترهای موثر بر تراست تولیدی و بازده، بررسی می شوند. نتایج نشان می دهند که اعمال میدان مغناطیسی به جریان، ضمن تامین شرایط مناسب موتور توربوجت در ماخ بالا، انرژی جنبشی جریان سرعت بالا را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و در نهایت صرف افزایش تراست می گردد و محدوده ماخ عملیاتی موتور توربوجت را افزایش می دهد. نتایج حاکی از آن است که در محدوده ماخ 2 تا 4 تراست مخصوص در موتور مورد مطالعه تاN/(kg/s) 343 افزایش می یابد.
کلیدواژگان: موتور توربین گاز هوایی، افزایش محدوده ماخ عملیاتی، افزایش نیروی پیشران، چرخه ترمودینامیکی، انرژی کنار گذر MHD -
صفحات 45-70
بازوهای بسیار-افزونه از روی هم چیده شدن چند مکانیزم موازی به عنوان پودمان، ایجاد می شوند. اگر تمام عملگرهای این بازوها ناپیوسته باشند به آنها بازوهای بسیار-افزونه با تحریک ناپیوسته گفته می شود. عملگرهای ناپیوسته تنها به چند وضعیت محدود قابل تحریک هستند و نسبت به حالت معمولی پیوسته، کنترل ساده تر، تکرارپذیری بیشتر، دقت بالاتر و قیمت کمتری دارند. تعداد نقاط قابل دسترسی در بازوهای ناپیوسته محدود است و تعقیب مسیر با آنها به صورت تکه تکه، با سرعت غیر یکنواخت و با تقریب صورت می گیرد. بنابراین در اغلب موارد ترجیح داده می شود که از بازوهایی با تحریک پیوسته استفاده شود و استفاده از بازوهای ناپیوسته به موارد خاصی محدود می شود. به عنوان مثال قابلیت استفاده از عملگرهای دو حالته ساده، سبک، کم حجم، ارزان و با مصرف انرژی پایین در این نوع بازوها باعث شده بتوان از آنها در کاوش های فضایی، مصارف پزشکی از قبیل درون بینی رباتیک و آموزش رباتیک استفاده کرد. در این مقاله انواع مختلفی از این ربات ها که تا کنون ساخته شده اند، از لحاظ طراحی و قابلیت هایی که دارند، بررسی خواهد شد تا از این طریق طراحان در آینده بتوانند موارد بهتری را طراحی کنند و از مزایای این ربات ها استفاده کنند.
کلیدواژگان: طراحی و ساخت ربات، عملگرهای دو حالته، تحریک ناپیوسته، بازوهای بسیار-افزونه -
صفحات 71-82
روند رو به رشد نیاز جوامع بشری به مصرف انرژی و مشکلات موجود در امر تولید انرژی، منجر به توجه پژوهشگران به امر بازیافت و ارتقای کیفیت منابع گرمایی هدر رفته شده است. در این راستا، تبدیل کننده گرمایی جذبی یکی از جذاب ترین فناوری های صرفه جویی در مصرف انرژی است. همچنین، لوله گرمایی حلقوی یک وسیله ساده است که قادر به انتقال گرما در فواصل طولانی می باشد. استفاده از لوله گرمایی حلقوی به عنوان مبادله کن گرمایی در سیستم تبدیل کننده گرمایی جذبی می تواند منجر به بهبود عملکرد آن شود. بنابراین امکان سنجی و بررسی تاثیر بکارگیری لوله گرمایی حلقوی، در سیستم تبدیل کننده گرمایی جذبی امری ضروری و حائز اهمیت می باشد. در این پژوهش، در ابتدا هر یک از سیستم های مذکور به طور مجزا از دیدگاه ترمودینامیکی تحلیل و اعتبارسنجی شدند. سپس به تحلیل ترمودینامیکی سیستم تبدیل کننده گرمایی جذبی ادغام شده با لوله گرمایی حلقوی پرداخته شد و عملکرد آن با چرخه متداول تبدیل کننده گرمایی جذبی مقایسه گردید. تمامی بررسی ها در نرم افزار EES انجام گرفته و سیال عامل چرخه LiBr-H2Oمی باشد. نتایج نشان می دهد COP و ECOPچرخه ترکیبی بالاتر از چرخه تبدیل کننده گرمایی جذبی تک اثره معمولی می باشد.
کلیدواژگان: تبدیل کننده گرمایی جذبی، لوله گرمایی حلقوی، تحلیل ترمودینامیکی، ضریب عملکرد، بازده قانون دوم -
صفحات 83-96
در تحقیق حاضر، با ارائه ساختار جدیدی از جذب کننده ها تلاش شده است عملکرد آن نسبت به جذب کننده یکپارچه پلیمری که در سپر خودروها بکار گرفته می شود، بهبود یابد. جذب کننده ارائه شده ساختاری ساندویچی دارد بطوریکه پوسته ها و هسته به ترتیب از جنس فوم آلومینیومی و فوم پلیمری می باشند. پژوهش حاضر با استفاده از روش اجزا محدود حل و جهت انجام شبیه سازی ها از نرم افزار آباکوس استفاده شده است. همچنین شبیه سازی مسئله مطابق استاندارد ای سی ای آر 042 (E.C.E-R042) انجام گرفته است. در نهایت با تحلیل نتایج مشاهده گردید چگالی نسبت به ضخامت تاثیر بیشتری بر عملکرد جذب کننده دارد. در تمام حالات ساندویچی بیشینه تنش فون مایسس و بیشینه کرنش پلاستیک معادل نسبت به جذب کننده پلیمری کاهش داشته است و بیشینه نیرو برخورد در بازه محدودی از چگالی پوسته نسبت به جذب کننده پلیمری کمتر بوده است. در نهایت با استفاده از روش تاگوچی بهترین ساختار برای تحمل بیشینه نیروی برخورد، بالاترین تنش فون مایسس و کرنش پلاستیک معادل محاسبه گردید که جذب کننده ساندویچی با ضخامت پوسته 25 میلیمتر و چگالی 225 کیلوگرم بر متر مکعب به عنوان مورد منتخب معرفی شد.
کلیدواژگان: جذب کننده سپر، برخورد سرعت پایین، اجزا محدود، ساختار ساندویچی، فوم آلومینیومی، روش تاگوچی، آنالیز واریانس
-
Pages 17-33
This study conducts a parametric analysis as well as performance evaluation of a multiuple effect distillation system equipped with a thermocompressor. Equations for mass, salt concentration, energy, and exergy for each component of the desalination system are established. The study proceeds with an investigation and analysis of this system using the EES (Engineering Equation Solver) software. This research examines the effects of Top Brine Temperature (TBT), water concentration, and the number of effects on the flow rate of the cooling water in the condenser, the flow rate of produced fresh water, the performance ratio, specific area, the rate of exergy destruction, and the efficiency of exergy. The findings show that the eight-stage desalination system achieves the highest performance ratio under specific system input conditions. Additionally, the exergy analysis reveals that the exergy destruction rates for the evaporators (effects), the condenser, the thermocompressor, and the pumps are 5146, 3266, 1568 and 366 kW respectively, with the highest to the lowest exergy destruction correspondingly attributed to the evaporators and the pumps.
Keywords: Desalination, Multiple effect distillation, Energy analysis, Exergy analysis, Performance ratio -
Pages 34-44
Today, increasing the operating Mach of air turbine engines is the focus of scientists. The use of magneto-hydrodynamic (MHD) energy allows the use of a turbojet engine in a supersonic flight. For the performance of turbojet engine in supersonic flight, it is necessary to reduce the speed of the inlet flow. In this new method, the high kinetic energy of the incoming supersonic flow is converted into electrical energy, and by reducing the speed of the incoming air flow, in addition to enabling proper operation of the turbine engine, electrical energy is used to accelerate the outgoing gas flow. In this research, the thermodynamic cycle of a turbojet engine with MHD system, for the proper operation of this engine at Mach 2 above, is analyzed and the parameters affecting the production thrust and efficiency are investigated. The results show that applying a magnetic field to the flow, while providing suitable conditions for the turbojet engine at high Mach, converts the kinetic energy of the high-speed flow into electrical energy and is ultimately used to increase the thrust and increase the operating Mach range of the turbojet engine. The results indicate that in the range of Mach 2 to 4, the specific thrust in the studied engine increases up to 343 N/(kg/s).
Keywords: Aero gas turbine engine, Increasing the operational Mach range, Increase thrust, Thermodynamic cycle, MHD energy bypass -
Pages 45-70
Hyper-redundant manipulators are created by stacking multiple parallel mechanisms as modules. If all the actuators of these manipulators are of the discrete type, they are called discretely-actuated hyper-redundant manipulators (DAHRMs). Discrete actuators (DAs) can only be actuated in a limited number of states. DAs have simpler control, more repeatability, higher accuracy, and a lower cost than the common continuous actuators. The number of accessible points in DAHRMs is limited, and they follow the paths segment by segment, at a non-uniform speed, and in an approximate, not exact, way. Therefore, in most cases, it is preferred to use continuous manipulators, and the use of DAHRMs is limited to certain cases. For example, the ability to use simple, light, compact, cheap and low-energy-consuming binary actuators in DAHRMs has made it possible to use them in space exploration, medical applications such as robotic endoscopy and robotic training. In this paper, different types of DAHRMs that have been made so far will be reviewed in terms of their design and capabilities so that designers can design better things in the future and use the advantages of these robots.
Keywords: Design, implementation of robots, Hyper-redundant manipulators, Binary actuators, Discrete actuation -
Pages 71-82
The growing trend of human society's need for energy consumption and the problems in energy production, leads to paying attention of researchers to recycle and improve the quality of waste heat sources. In this regard, an absorption heat transformer is one of the most attractive energy-saving technologies. Also, the loop heat pipe is a simple device that is able to transfer heat over long distances.Using the loop heat pipe as heat exchangers inside the absorption heat transformer system can lead to improving its performance. Therefore, it is necessary and important to assess the feasibility and effect of using the loop heat pipe in the absorption heat transformer system. In this study, at first, both of the mentioned systems were analyzed and validated separately from the thermodynamic point of view. Then, the thermodynamic analysis of the absorption heat transformer system integrated with the loop heat pipe was done and its performance was compared with the conventional absorption heat transformer cycle. All investigations are done in the EES software and the working fluid of the cycle is LiBr-H2O. The results show that the COP and ECOP of the combined cycle are higher than the conventional absorption heat transformer cycle.
Keywords: Absorption heat transformer, Loop heat pipe, Thermodynamic analysis, Coefficient of performance, Second-law efficiency -
Pages 83-96
In this study, a novel absorber design is presented to enhance performance over the conventional polymer variant in car bumpers. The new absorber adopts a sandwich structure with aluminum foam shells and a polymer foam core. Finite Element Method (FEM) and Abaqus software were employed, conforming to the E.C.E-R042 standard. Analysis indicates density has a more significant impact on performance than thickness. Across sandwich configurations, both maximum von Mises stress and plastic strain were significantly reduced compared to the polymer absorber. The maximum impact force, within a specified shell density range, was lower than the polymer counterpart. The optimal structure for maximum impact force, von Mises stress, and the plastic strain was determined using the Taguchi method. The selected item: sandwich absorber, 25mm shell thickness, and 225 kg/m³ density.
Keywords: Bumper absorber, Low-speed impact, Finite Element Method (FEM), Sandwich structure, Aluminum foam, Taguchi method, Analysis of Variance (ANOVA)
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.