مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 92 (دی 1392)

بیش از یک قرن، متخصصان و دانشمندان در جستجوی توسعه استخوان بندی های خارجی یا همان ربات های اسکلت خارجی و آتل های طراحی شده برای تقویت قدرت بدنی انسان بوده اند. اگرچه هنوز چالش های بسیاری بر سر راه طراحی این ادوات وجود دارد، اما پیشرفت های حاصل در پیشبرد این عرصه از دانش بسیار اثرگذار بوده است. در این مقاله، نخست ربات های پوشیدنی معرفی می شوند، سپس دسته بندی آنها، به عنوان وسائلی که به صورت سری یا موازی با اعضای بدن قرار می گیرند، مطرح و در نهایت برخی از کاربردهای عملی آنها ارائه می شود.

در بسیاری از وسائل و ابزارها نمی توان از باتری استفاده کرد و به سیستم هایی نیاز است که قادر باشند توان مورد نیاز خود را تامین کنند. از جمله روش های تامین انرژی، استحصال انرژی از ارتعاشات محیط اطراف است که با حذف باتری، دوام و طول عمر بیشتر و هزینه تمام شده کمتری برای منبع انرژی ایجاد می نمایند. مهارکننده های انرژی ارتعاشی رایج شامل مهارکننده های پیزوالکتریک، الکترواستاتیک و الکترومغناطیس می باشند. در این مقاله اصول کارکرد، مزایا و معایب این نوع مهارکننده ها به اختصار تشریح و بازار و میزان کاربرد آنها در صنایع گوناگون بررسی می شود. هم اکنون این قطعات توجه بسیاری از محققان و پژوهشگران را به خود جلب کرده اند و پیش بینی می شود در آینده ای نزدیک بتوانند سهم عمده ای از بازار را به خود اختصاص دهند.

هدف از این مقاله تحلیل حرارتی دو نوع متفاوت از سیستم های گرمایش؛ یعنی سیستم گرمایش از کف و سیستم گرمایش متمرکز رادیاتوری است. برای این منظور، با حل عددی معادلات مربوطه چگونگی روند توزیع دما و لایه بندی خطوط همدما در نقاط گوناگون اتاق تحلیل خواهد شد. در این رهگذر، ابتدا با استفاده از مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی اتاق موردنظر مدل و کانتورهای دما در نقاط گوناگون اتاق بررسی خواهد شد. نتایج به دست آمده مبین این مطلب خواهد بود که کدام سیستم به ازای گرمایش مطبوع تر، بازده بالاتر و مصرف انرژی کمتری خواهد داشت. براساس نتایج به دست آمده مشاهده می شود که در سیستم گرمایش از کف، توزیع دما در اتاق بسیار یکنواخت و گرادیان دما نسبت به ارتفاع منفی است. اما سیستم رادیاتوری، به علت سطح حرارتی کوچکتر و کمتربودن نرخ انتقال حرارت تابشی، فقط فضاهای پیرامون خود را مستقیما گرم می کند و در نقاط دیگر کانتورهای دما نامتقارن توزیع می شوند. همچنین در سیستم رادیاتوری حرارت به دلیل دانسیته کمتر و در نتیجه سبک تر بودن، میل به تجمع در نقاط زیر سقف را خواهد داشت که این عیب در سیستم گرمایش از کف وجود ندارد. در سیستم های گرمایش از کف لایه بندی حرارتی بدین صورت خواهد بود که در کف اتاق دما بیشتر می شود و هرچه ارتفاع افزایش می یابد و فضای کاربردی افراد کمتر می شود، دما نیز کمتر می گردد. بنابراین توزیع حرارت برعکس سیستم رادیاتوری خواهد بود.

طی چند سال گذشته، عملگرهای جدیدی به نام کنترلرهای مومنتوم سیالی برای کنترل وضعیت میکروماهواره پیشنهاد شده است. این فناوری نسبت به دیگر عملگرهای ذخیره ساز مومنتوم، دارای نسبت گشتاور اعمالی به وزن بالاتر، جانمایی و اتصال راحت تر و ارتعاش انتقالی کمتر می باشند. در این مقاله، الزاماتی پیرامون نحوه عمکلرد کنترلرهای مومنتوم سیالی جهت تعیین وضعیت میکروماهواره ها مطرح و انواع سازوکار های مورد استفاده جهت به گردش درآوردن سیال به همراه روابط حاکم بر تولید گشتاور کنترل وضعیت و محدوده کاربرد هر یک برحسب شرایط متنوع ماموریت مداری تشریح شده است.

کنترل رطوبت گازهای واکنشگر پیل سوختی تاثیر به سزایی در عملکرد پیل دارد. آب کم در غشاء سبب خشکی موضعی غشاء و به دنبال آن ایجاد گرادیان های دما و تنش های مکانیکی و آب زیاد سبب بسته شدن بخشی از حفره های لایه پخش گاز می شود. در هر دو حالت عملکرد پیل افت پیدا می کند و از طول عمر آن کم می شود. از این رو برای دست یابی به رطوبت بهینه در پیل، مرطوب سازی گازهای واکنشگر هم در سمت آند و هم در سمت کاتد ضروری است. در این مقاله انواع روش های مرطوب سازی معرفی و با یکدیگر مقایسه شده اند. به طور کلی، روش های مرطوب سازی به دو دسته داخلی و خارجی تقسیم می شوند که البته استفاده از مرطوب ساز خارجی متداول تر است. مرطوب سازی خارجی عمدتا شامل روش های حبابی، چرخ آنتالپی و روش غشایی می باشد که البته روش آخر به دلیل سادگی ساخت و هندسه، مصرف انرژی کمتر، بازده بیشتر و توانایی کنترل بهتر رطوبت و دما، بهترین روش است. استفاده از رطوبت خروجی کاتد پیل برای مرطوب سازی به صورت یک مجموعه چرخه ای و پیکربندی جریان مخالف بهترین عملکرد مرطوب ساز غشایی را درپی دارد. نتایج نشان می دهد که کاهش دبی و افزایش فشار و دمای ورودی گاز خشک سبب بهبود عملکرد مرطوب ساز غشایی است.

امروزه با افزایش میزان تقاضا در بازار محصولات نفت و گاز و اکتشافات جدید فراساحلی، صنایع فراساحلی به سمت آب های عمیق و فوق عمیق رفته اند. این مسئله منجر به بروز چالش های بسیاری در عرصه تحلیل و طراحی سکوها و رایزرهای دریایی شده است. از جمله این مشکلات، ویژگی خستگی رایزرهای باریک و بلند در این آب ها، به سبب ارتعاشات ناشی از فرافکنش گردابه می باشد. ارتعاش فرکانس بالای لوله رایزر به دلیل جدایش گردابه منجر به ایجاد تنش های متناوب شدیدی می شود که می تواند به نرخ بالای تخریب ناشی از خستگی بیانجامد. تغییرات زیاد سرعت جریان در طول ستون آب، بلند و باریک بودن رایزر و تغییر هندسه رایزرهای آب های عمیق در طول بازه سبب پیچیدگی بیشتر تحلیل ارتعاشات ناشی از فرافکنش گردابه می شود. در این مقاله، نخست رایزرهای دریایی معرفی می شوند، سپس مراحل اصلی طراحی رایزرها تشریح می گردد. پس از آن مقدمه ای درباره این پدیده ارتعاشی و ویژگی های آن گفته می شود و نهایتا ویژگی های این پدیده در مورد رایزرها، چگونگی تحلیل آن در رایزرها، محاسبه میزان تخریب و عمر خستگی و روش های کاهش آن تشریح می شود.

موتور احتراق داخلی به عنوان وسیله ای برای تبدیل انرژی، اداوتی بسیار باارزش اند. امروزه توانایی موتور احتراق داخلی در تولید قدرت ماندگار و مطمئن از لحاظ اقتصادی برای کاربردهای ثابت و متحرک منجر به تولید انبوه آنها در طرح های متنوع شده است. در این مقاله، مزایا و معیاب موتورهای احتراق داخلی در مقایسه با سایر دستگاه های تولید توان مطرح می شود. سپس فرصت ها و تهدیدها در زمینه تحقیقات تجربی و عددی انواع موتورهای احتراق داخلی به اجمال بررسی می گردد. در این رهگذر، موتورهایی با احتراق پیشرفته دماپایین به طور مفصل مورد بررسی قرار می گیرند. با استفاده از نتایج به دست آمده می توان گفت که استفاده از مفاهیم پیشرفته احتراقی در آینده به منظور افزایش بازده و کاهش آلایندگی ضروری است. در نهایت می توان عنوان کرد که استفاده از راهبرد اشتعال تراکمی کنترل واکنشی در موتور احتراق داخلی که انعطاف پذیری استفاده از سوخت های متنوع را فراهم می کند، سبب افزایش بازده و کاهش آلایندگی موتور خواهد شد.