فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - سال چهلم شماره 1 (پیاپی 59، بهار و تابستان 1389)

مجله مهندسی مکانیک
سال چهلم شماره 1 (پیاپی 59، بهار و تابستان 1389)

  • 84 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1389/06/16
  • تعداد عناوین: 7
|
  • بررسی اثر نانوسیالات در لوله های خمیده جهت بهبود انتقال حرارت مبدل های حرارتی
    احسان ابراهیم نیا بجستان، حمید نیازمند صفحه 1
    در این مقاله شبیه سازی عددی جریان و انتقال حرارت نانوسیال Al2O3 / آب، در یک لوله دارای خم 90 درجه، در شرایط مرزی حرارتی مختلف شار حرارتی دیواره ثابت و دمای دیواره ثابت مورد تحلیل قرار گرفته است. معادلات ناویر-استوکس تراکم ناپذیر و آرام برای یک سیستم مختصات منطبق بر جسم با استفاده از روش حجم کنترلی حل شده اند. اثر کسر حجمی های مختلف نانوذرات و همچنین نیروی گریز از مرکز بر روی الگوی جریان، عدد ناسلت و تنش برشی جداری مورد مطالعه قرار گرفته است. با توجه به نتایج بدست آمده، وجود لوله خمیده و همچنین استفاده از نانوسیالات باعث افزایش چشم گیر انتقال حرارت می شوند. نتایج نشان می دهند که برای شرایط بهینه عملکرد نانوسیال، متغیرهای مختلفی چون افزایش انتقال حرارت، افت فشار و سایش جداره لوله را باید مدنظر قرار داد.
    کلیدواژگان: نانوسیال، نانوذرات، جریان آرام، لوله خمیده، حل عددی
  • پیمان باشی شهابی، حمید نیازمند، سید محمدرضا مدرس رضوی صفحه 19
    در این تحقیق صحت و همچنین دقت روش تعقیب ذرات برای تخمین توزیع گازهای تزریق شده (بازگردانده شده) به منیفولد ورودی در بین راهگاه ها مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. برای این منظور آزمایشهای متعددی در شرایط کاری مختلف و با تزریق گاز با نرخهای متفاوت بر روی موتور EF7-TC انجام شده است. روش آزمایشگاهی بر اساس تزریق گاز LPG و تاثیر آن بر مقدار λ محصولات احتراق هر سیلندر طراحی گردیده است. میزان سهم هر سیلندر از گازهای تزریق شده با انجام محاسباتی ساده و به کمک مقادیر اندازه گیری شده از آزمایش تعیین شده و نتایج عددی نیز به کمک شرایط مرزی حاصل از مدل یک بعدی کالیبره شده با موتور نمونه بدست آمده است. به منظور مقایسه و ارزیابی بهتر نتایج، بر اساس تجربیات حاصل از تحقیقات قبلی چهار نقطه تزریق متفاوت بر روی منیفولد ورودی درنظر گرفته شد. با مقایسه نتایج مشخص گردید که روش تعقیب ذرات می تواند نحوه توزیع گازهای تزریق شده به منیفولد ورودی را در بین راهگاه های منیفولد از نظر کیفی بخوبی پیش بینی کند. در بین نتایج تنها یک مورد اختلاف کیفی در نتایج بدست آمده از آزمایش و روش عددی مشاهده شد. همچنین مشخص گردید که مطابق انتظار با کاهش نرخ تزریق گازهای بازگردانده شده به منیفولد ورودی بر دقت روش تعقیب ذرات افزوده شده و اختلاف کمی نتایج عددی و آزمایشگاهی کمتر می شود. بعلاوه با مقایسه نتایج حاصل از نقاط تزریق مختلف مشاهده گردید که دقت روش تعقیب ذرات برای نقاطی که توزیع یکنواخت تری را بدست می دهند بیشتر است.
    کلیدواژگان: گازهای بازگردانده شده، نقطه تزریق، روش تعقیب ذرات، نرخ تزریق، دور موتور
  • محمدحسن جوارشکیان، علی کرم باقری صفحه 35
    در این پژوهش، یک فرآیند عددی برای شبیه سازی جریان جابجایی طبیعی سیال که شامل پدیده انجماد می باشد توسعه داده شده است. در این مطالعه از روش آنتالپی- تخلخل که توانائی تشخیص محل انجماد در هر لحظه را دارد برای پیش بینی مرز مشترک مایع/جامد استفاده شده است. روش عددی بکار رفته یک روش ضمنی است که فشار به عنوان متغیر اصلی می باشد. در روال فوق معادلات ناویر استوکس با استفاده از روش حجم محدود در یک شبکه جابجا شده(staggered) جهت ذخیره متغیرها، گسسته شده اند. در این تحقیق، ضمن بررسی خواص فازهای مایع و جامد آب و تاثیر آنها بر فرایند انجماد، زمان انجماد سیال و تاثیر عدد رایلی مورد مطالعه قرار گرفته اند. پارامترهای موثر در این شبیه سازی شامل قطر لوله، دمای دیواره و دمای اولیه سیال می باشند. به منظور بررسی اعتبار روند این شبیه سازی، ابتدا مقایسه ای بین داده های استخراجی با نتایج منتشر موجود در ادبیات فن در حالت خاص انجام شده، که همخوانی مطلوبی بین آنها دیده می شود و مبین صحیح بودن روند عددی توسعه داده شده و تصدیق بقیه نتایجی استخراج می باشد.
    کلیدواژگان: انتقال گرمای طبیعی، انجماد، آنتالپی تخلخل، زمان انجماد، حفره دایره ای، شبه مانا
  • ابراهیم حاجی دولو، محمد درویشی صفحه 45
    در این مقاله، مدلسازی ریاضی و شبیه سازی رفتار برج های خنک کننده ناهمسو با استفاده از معادلات حاکم بر فرایند انتقال جرم و حرارت و بدون استفاده از بعضی فرضهای ساده شونده انجام شده است. معادلات دیفرانسیل حاکم بر رفتار آب و هوا در برج خنک کن با استفاده از قوانین بقای جرم و انرژی استخراج، و سپس به کمک روش عددی مناسب حل شده است. نتایج حاصل با نتایج تجربی ارائه شده در مراجع مقایسه شده و تطابق بسیار خوبی بین آنها مشاهده می شود. همچنین با استفاده از آزمایشات تجربی در برج خنک کن یک نیروگاه مشخصه ی عملکرد برج خنک کن با استفاده از مدل موجود محاسبه گردید. به کمک مشخصه ی عملکرد و معادلات حاکم بر برج خنک کن، رفتار برج نیروگاه در شرایط مختلف آب و هوایی پیش بینی شده و با داده های واقعی موجود در نیروگاه مقایسه گردید و تطابق خوبی بین آنها ملاحظه می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که دمای حباب تر هوای محیط تاثیر مهمی بر عملکرد برج خنک کن داشته ولی دمای حباب خشک تاثیر چندانی بر عملکرد آن ندارد. با پیش بینی دقیق رفتار برج و بخصوص پیش بینی میزان افزایش دمای آب خروجی به مقدار بیش از حد مجاز در شرایط محیطی بسیار گرم می توان اقدامات عملی لازم مانند افزایش دبی هوای برج را پیش بینی نمود تا عملکرد برج مختل نگردد.
    کلیدواژگان: برج خنک کن، جریان ناهمسو، شبیه سازی، لایی
  • محمود شریعتی، محمد مجیدزاده، محمدباقر نظری صفحه 55
    در این مقاله با استفاده از تعبیر فیزیکی ضرایب لاگرانژ در روش گالرکین بدون المان (1EFGM)، ضریب شدت تنش در صفحات مستطیل شکل ساخته شده از مواد 2FG ایزوتروپیک که دارای ترک های لبه ای و مرکزی می باشند، محاسبه شده است. این روش با توجه به ساختار خود دارای مزایای بسیاری نسبت به روش اجزای محدود (FEM) و همچنین روش گالرکین بدون المان معمول می باشد. در این مقاله نتایج مربوط به چند مثال با هندسه و بارگذاری های مختلف که با استفاده از این روش تحلیل شده اند، ارائه شده است. در انتها نتایج حاصل از این روش با نتایج به دست آمده توسط پژوهشگران دیگر مقایسه شده است که نزدیکی مطلوبی را با نتایج کار آنها ارائه می دهد.
    کلیدواژگان: مواد FG، روش گالرکین بدون المان، ضریب شدت تنش، انتگرال J
  • منیر عسگرپور خضرآباد، شهرام خیراندیش صفحه 69
    فولاد های دو فازی فولاد های نوینی هستند که کاربرد های سازه ای دارند. این فولاد ها استحکام بالاتر و شکل پذیری بهتری از فولاد های نرم دارند. لذا در این تحقیق اثر دمای آنیل میان بحرانی در محدوده 740 تا oC810 بر خواص کششی و ریز ساختار فولادهای دوفازی که از ساختار اولیه فریتی-پرلیتی تهیه شده اند بررسی شد. به این ترتیب که فولاد فریتی-پرلیتی اولیه در چهار دمای آنیل میان بحرانی دوفازی شده و سپس آزمایش های کشش، سختی سنجی و متالوگرافی نوری و SEM بر روی نمونه ها انجام گرفت. نتایج نشان دادند که بسته به دمای آنیل میان بحرانی انتخاب شده درصد فازهای نهایی و مورفولوژی آنها متفاوت خواهد بود که این تفاوت ها مستقیما بر روی خواص نهایی فولاد تاثیرگذار است. به طوریکه با افزایش دمای آنیل میان بحرانی درصد مارتنزیت حاصل، افزایش می یابد و در نتیجه استحکام فولاد افزایش یافته و تغییر طول آن کاهش می یابد. با انتخاب یک دمای آنیل میان بحرانی مناسب می توان ترکیب قابل قبولی از استحکام و افزایش طول در فولاد ایجاد نمود.
    کلیدواژگان: فولاد دوفازی، آنیل میان بحرانی، خواص کششی، ریزساختار
  • فرهاد کلاهان، مهدی حیدری صفحه 75
    روش جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ (GMAW) از فرآیندهای مهم در ایجاد اتصالات دائمی با کیفیت بالا در قطعات فلزی است. در فرآیندهای جوشکاری، هندسه و کیفیت اتصالات به میزان زیادی وابسته به مقادیر پارامترهای تنظیمی است. از جمله پارامترهای مهم تنظیمی می توان به ولتاژ، نرخ تغذیه سیم، نرخ جریان گاز، فاصله نازل تا صفحه و زاویه نازل نسبت به صفحه جوشکاری اشاره نمود. کیفیت جوش معمولا توسط هندسه گرده جوش بیان می شود که خود شامل ارتفاع، پهنا و عمق نفوذ گرده جوش می باشد. در این مقاله، بر اساس داده های تجربی و با استناد بر رویکرد مدلسازی رگرسیونی، روابطه ریاضی دقیق بین پارامترهای ورودی جوشکاری و مشخصه های هندسه گرده جوش توسعه یافته است. سپس به کمک الگوریتم تبرید تدریجی بهترین مقادیر برای پارامترهای ورودی فرآیند، براساس مشخصه های مطلوب هندسه گرده جوش، تعیین شده اند. مقایسه نتایج بهینه سازی با مقادیر واقعی نشانگر قابلیت بسیار خوب روش پیشنهادی در مدلسازی و بهینه سازی جوشکاری GMAW می باشد
    کلیدواژگان: مدلسازی آماری، جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ، بهینه سازی، الگوریتم تبرید تدریجی
|
  • The study of the Nanofluids Effects on the Heat Transfer Improvement in Heat Exchangers
    E. Ebrahimnia-Bajestan, H. Niazmand Page 1
    In this study, flow and heat transfer characteristics of Al2O3/water nanofluid, flowing through a 90° curved pipe for the both boundary conditions of constant wall heat flux and temperature have been numerically investigated. The incompressible and laminar Navier-Stokes and energy equations are solved in a body fitted coordinates system using a control volume technique. The effects of nanoparticles concentrations and centrifugal forces on the flow pattern, Nusselt number and wall shear stress have been studied. The results indicated that the curvature and nanofluids effects improve the heat transfer characteristics, dramatically. Furthermore, the results showed that in order to obtain the optimum operating conditions of nanofluids, different parameters such as heat transfer enhancement, pressure drop and erosion of pipe wall must be considered.
  • P. B. Shahabi, H. Niazmand, M. R. Razavi Page 19
    In this study, validity and accuracy of the particle tracking method for estimating the distribution of recirculated gases between intake manifold runners have been investigated. For this purpose, several experiments have been performed on EF7-TC engine on various working conditions and with different rates of recirculated gas injection. The experimental method is designed based on the LPG gas injection and its effect on the amount of λ of each cylinder exhaust gases. Contribution of each cylinder of the injected gas is determined by performing a simple calculation on the measured values obtained from experiments. In addition the numerical results are calculated by using the boundary conditions derived from 1-D model which is calibrated with the EF7-TC engine. In order to better compare and evaluate the results, based on experiences of previous researches, four different injection points on the intake manifold was considered. Results comparison showed the particle tracking method can qualitatively predict the distribution of recirculated gases between the intake manifold runners with a high confidence level. Only one qualitative difference between experimental and numerical results is observed. Besides, it is revealed that with decreasing the recirculated gas rate the accuracy of particle tracking method is enhanced and differences between experimental and numerical results are decreased. In addition, by comparing the results of four injection points it was showed that the particle tracking method is more accurate for injection points which distribute recirculated gases more uniformly.
  • M.H. Djavareshkian, A.K. Baghri Page 35
    In this research, a fixed-grid finite volume numerical approach is developed and used to simulate unsteady natural convection flow during freezing of water in a circular enclosure. This approach is based on the enthalpy-porosity method which is used to track the motion of the liquid-solid front and to obtain the freezing length and time of the solidification. The Navier-Stokes equations are solved on a staggered mesh by pressure-based implicit procedure. Results of the solidification are then validated against published results. Findings show a remarkable quality of the simulation of solidification problems.
  • E. Hajidavalloo, M. Darvishi Page 45
    In this paper, mathematical modeling and simulation of the counter flow cooling tower were performed by using heat and mass transfer equations without using simplified assumptions. Governing differential equations for air and water in the cooling tower were solved by numerical method and the results are validated by experimental results available in the literature. Also, experimental tests were performed on the cooling tower of a power plant to obtain its characteristic curve. Using the performance curve of the tower and the governing differential equations, the behavior of the tower was predicted at different weather conditions and compared with actual data on the plant which shows good agreement. The results indicate that ambient wet bulb temperature has important effect on the tower performance. By prediction the tower performance and specially by proper prediction of water outlet temperature at hot weather condition it is possible to make necessary arrangement like increasing the air flow rate to prevent disturbance in the tower performance.
  • M.Shariati, M.Majidzade, M.B. Nazari Page 55
    This paper addresses the implementation of the element-free Galerkin method for calculation of stress intensity factors in cracked functionally graded materials. The physical interpretation of Lagrange coefficients is used in the element-free Galerkin method which has more advantages than the finite element method and the common element-free Galerkin method. The obtained results for problems with different geometries and loadings are in good agreement with reported analytical and numerical works.
  • M. Asgharpour Khezrabad, Sh. Kheirandish Page 69
    Dual phase steels are modern steels with structural uses. They have better strength and formability than those of mild steels. In this research the effect of intercritical annealing temperature between 740 and 810 oC on microstructure and tensile properties of dual phase steel, prepared of primary ferritic pearlitic microstructure, was studied. Primary steel was annealed at four temperatures, and was subjected to tensile test, hardness test and SEM metallography test. The results showed that morphology and percentages of final phases were dependent on the annealing temperature, and had effects on the final properties of steel. The martensite vol.% was increased with increasing annealing temperature, hence the tensile strength was increased and the elongation was decreased. The good combination of strength and elongation in the steel can be achieved using the selection of suitable intercritical annealing temperature.
  • F. Kolahan, M.Hydari Page 75
    Gas Metal Arc Welding (GMAW) using inert gas is an important welding process for making permanent joints in metal parts. The quality of joint in welding is usually expressed by weld bead geometry which includes bead height, width and penetration. Weld bead geometry and joint quality, in turn, depend on the welding parameter settings. In this paper, using regression modeling, the exact mathematical relationships between welding input parameters and weld bead geometry specifications have been established. Then, based on statistical analyses, the best and most fitted model has been selected. The proposed model in the present research has better fit and is simpler than those in related literature. In the second part of this paper, Simulated Annealing algorithm has been employed in order to determine the optimum set of welding parameters values. The comparison between optimization results and actual values demonstrates that the proposed procedure is quite capable in modeling and optimization of GMAW process.