مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 124 (فروردین و اردیبهشت 1398)

سرباره محصولی غیرطبیعی و مصنوعی است که به هنگام تولید آهن یا فولاد در کورهای آهن گدازی به وجود می آید. سرباره خروجی از کوره ها با دمایی حدود 1450 تا 1650 درجه سلسیوس مقدار زیادی انرژی حمل می کند. بازیابی این میزان انرژی می تواند مصرف انرژی کارخانه های فولاد را به طور قابل ملاحظه ای کاهش دهد. یکی از روش های بازیابی حرارت سرباره روش های مکانیکی است. هرچند بازیابی حرارتی با روش های مکانیکی دارای چالش های اساسی بازیابی حرارتی از جمله رسانندگی حرارتی پایین، تمایل به تبلور ساده و گسستگی دما-زمان است. این مقاله به ارائه یک نمای کلی از روش های مکانیکی که برای بازیابی انرژی سرباره پیشنهادشده است، می پردازد و این روش ها ارزیابی می شوند تا امیدوارکننده ترین مسیرها برای استفاده از گرمای تلف شده سرباره پیشنهاد شود. روش های خرد کردن مکانیکی، دمیدن هوا و فرآیند دانه بندی گریز از مرکز از جمله روش های مکانیکی هستند که روند کار، معایب و مزایای هر کدام در این مقاله بررسی شده است.

بیومتریال های فلزی بخش عمده ای از مواد مورد استفاده در کاربردهای پزشکی و جراحی را تشکیل می دهند. در تحقیق حاضر، نخست مقاومت به خوردگی و زیست سازگاری فولاد زنگ نزن L316 درکاربردهای پزشکی مورد بررسی قرار گرفته است. غلظت بالای عناصر آلیاژی در بدن ایجاد سمیت کرده و برای سلامت بدن مضر می باشد که یکی از دلایل افزایش غلظت عناصر فلزی در بدن، استفاده از ایمپلنت های فلزی می باشد. همچنین ویژگی های مکانیکی این آلیاژ و روش های نوین ارتقاع خواص آن جهت استفاده در کاشتنی های ارتوپدی و دندانپزشکی مورد مطالعه قرار داده شد. طی آزمایش های انجام شده از ادرار و خون بیماران استفاده کننده از ایمپلنت های پزشکی، غلظت عناصر نیکل و کروم نسبت به افراد سالم بیشتر است که برای سلامت افراد بسیار مضر و سرطان زا می باشد. با افزایش خواص سطح، مقاومت به خوردگی و سایش ایمپلنت ها می توان از آزاد شدن ذرات مضر فلزی کاسته و زیست سازگاری ایمپلنت ها را بالا برد. نتایج این تحقیقات نشان می دهد که جایگزین کردن نیتروژن بجای نیکل، می توان هم ساختار آستنیتی آلیاژ را حفظ نمود و همچنین باعث افزایش مقاومت به خوردگی، زیست سازگاری بهتر و خواص سایش مناسب تر و در نتیجه افزایش خواص مکانیکی را بدنبال خواهد داشت.

در این مقاله انواع مختلف آب شیرین کن خورشیدی، اجزاء تشکیل دهنده و نحوه عملکرد آن ها بررسی می گردد. همچنین روش های مختلف برای افزایش بازدهی این آب شیرین کن ها مطالعه می گردد. در ادامه انواع مختلف آب شیرین کن خورشیدی با هم مقایسه می شود. در انتها اثر عوامل محیطی نظیر شدت تابش، دمای محیط و سرعت باد بر میزان تولید آب شیرین کن خورشیدی بررسی خواهد شد. میزان بارندگی در ایران یک سوم متوسط جهانی است، این در حالی است که میزان تبخیر منابع آبی کشور سه برابر میانگین جهانی برآورد می شود که این موضوع خود نشان از یک بحران پایدار و همیشگی دارد که نیازمند به کاربردن راه حل های مستمر است. 12 استان از 31 استان ایران طی50 سال آینده با خشک شدن کامل سفره های زیرزمینی آب خود مواجه خواهند شد. یکی از روش های موثر برای جبران کمبود آب آشامیدنی کشور استفاده از منابع آب شور و تبدیل آن به آب شیرین با آب شیرین کن های خورشیدی است. سیستم های آب شیرین کن خورشیدی دارای انرژی رایگان، طراحی ساده و کم هزینه، اشغال فضای کم، بدون آلودگی زیستی و بدون تولید سروصدا هستند.

یکی از مهمترین اجزای خودرو های برقی باتری است که نقش اصلی را در خودروهای برقی و نقش مکمل را در خودروهای هیبرید، ایفا می کند. باتری های لیتیوم یون، در بین گزینه های دیگر باتری با توجه به قیمت تمام شده ی پایین تر، طول عمر و چگالی انرژی بالا، مورد توجه و استفاده ی بیشتری قرار گرفته اند. اما مشکلات گرمایی مربوط به این باتری ها استفاده از آنها برای مصارف بالای انرژی را با محدودیت هایی روبرو کرده است. از این رو، خنک کاری و مراقبت باتری لیتیوم یون از اهمیت ویژه ای برخوردار است. استراتژی های خنک کاری باتری به سه دسته اصلی خنک کاری فعال، خنک کاری غیرفعال و خنک کاری ترکیبی تقسیم بندی می شود. روش های معمول خنک کاری مجموعه باتری، روش های هواخنک، آب خنک ، لوله حرارتی، ترموالکتریک، صفحه سرد و مواد تغییر فازدهنده است. سامانهبرقیروش مواد تغییر فازدهنده روش نسبتا جدیدی است که از مزایای بسیاری اعم از عدم نیاز به صرف انرژی، توزیع دمای یکنواخت در مجموعه باتری و راحتی در به کارگیری برخوردار است. سامانه مدیریت حرارتی با مواد تغییر فازدهنده به تنهایی سامانه خنک کاری غیرفعال محسوب می شود، اما زمانی که این سامانه با یک سامانه مدیریت حرارتی فعال مانند هواخنک یا آب خنک ترکیب می شود، نتایج به شکل قابل توجهی بهتر می شود، لذا امروز سامانه های خنک کاری ترکیبی بیشتر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته اند.

اساس شیرین سازی آب شور در خلاء بدین صورت می باشد که جوشش آب در فشار کمتر از اتمسفر و در نتیجه دمای بسیار پایین تر از حد نرمال اتفاق می افتد. دلیل آن این است که جوشش یک مایع زمانی اتفاق می افتد که فشار بخار برابر فشار محیط باشد.در نتیجه فشار بخار با دما افزایش می یابد. بنابراین به دلیل کاهش درجه حرارت انرژی گرمایی ذخیره می شود. در این تحقیق، مشخصات طراحی، بهره وری، و همچنین تحلیل مقایسه ای از آب شیرین کن های خورشیدی با سیستم ذخیره سازی گرمای نهان که در دهه گذشته مورد بررسی قرار گرفته است را پوشش می دهد.نتایج نشان داده است که عملکرد آب شیرین کن های خورشیدی با مواد ذخیره سازی گرمای نهان چه در سیستم های فعال و چه غیرفعال باعث افزایش بهره وری در طول شب می شود و کارایی بهتری نسبت به آب شیرین کن های خورشیدی بدون مواد ذخیره سازی گرمای نهان دارند،هرچند بهره وری آب شیرین کن های خورشیدی فعال بیشتر از آب شیرین کن های خورشیدی غیرفعال می باشند.

با توجه به تقاضای روزافزون بشر به انرژی، مطالعات بسیاری در حوزه برداشت انرژی متمرکز شده اند. هدف اصلی این تحقیقات، تولید انرژی از منابع محیط اطراف است. با توجه به اینکه 70 درصد سطح کره زمین را اقیانوس ها و دریاها فراگرفته اند، انرژی دریایی یکی از پرادعاترین منابع در این حوزه به حساب می آید. این منبع، پاک، بدون پسماند و دردسترس است. در عین حال چگالی بزرگتری نسبت به سایر همتایان خود (باد و خورشید) دارد. با توجه به این مزایا، در مطالعه حاضر روش های برداشت انرژی از انرژی دریایی ارائه خواهدشد. برداشت کننده های دریایی مطابق با نوع بهره برداری از منابع دریا و محل قرارگیری آن طبقه-بندی و معرفی می شوند. بیان خواهد شد که برداشت کننده های امواج دریایی از دو قسمت دریافت کننده و مبدل تشکیل می شوند. هر یک از این قسمت ها و انواع آن با جزئیات، ارائه و بررسی خواهد شد. در نهایت، پژوهش های مرتبط با مهم ترین مبدل یعنی مبدل پیزوالکتریکی معرفی می شود.

این مقاله نشان دهنده تحلیل نتایج توزیع تنش در مخازن تحت فشار افقی و پایه های نگهدارنده آن می باشد. نتایج از یک تحلیل المان محدود سه بعدی به دست آمده است و برای دستیابی به نتایج ملموس تر یک چهارم مخزن با استفاده از جزئیات واقعی پایه های نگهدارنده مدل شده است. در این مقاله علاوه بر نشان دادن توزیع تنش در مخزن تحت فشار، توزیع تنش در اجزا پایه نگهدارنده آن مانند صفحه های سایشی (Wear Plate)، صفحه های شبکه ای (Web Plate)، فلنجی (Flange Plate) و صفحه زیرین (Base Plate) بررسی شده است. از آنجایی که جانمایی پایه دارای اهمیت فراوانی می-باشد، اثر تغییر در بارگذاری و پارامترهای هندسی مختلف بررسی شده و توصیه هایی برای رسیدن به مقادیر بهینه نسبت "فاصله پایه از انتهای مخزن" به "طول مخزن" و همچنین نسبت "طول مخزن" به "شعاع مخزن" برای کمینه شدن تنش های مخزن و پایه ارائه شده است. در پایان دلایل فیزیکی به منظور انتخاب مقادیر مشخصی از نسبت فاصله نگهدارنده از انتهای مخزن به طول مخزن ارائه شده است.

فرآیند جوشش به عنوان روشی کارآمد و موثر در انتقال گرما بین یک سطح با دمای بالاتر به سیال با دمای کمتر در تماس با سطح به کار گرفته می شود. این فرآیند به دلیل دارا بودن ضریب انتقال حرارت بالا نسبت به سایر مکانیزم های انتقال حرارت، از اقبال بسیار خوبی در صنعت برخوردار است. روش های ترکیبی به کار برده شده در سال های اخیر و توسعه سریع فناوری های مهندسی، کمک قابل توجهی به بهبود انتقال حرارت جوششی کرده است. در میان انواع جوشش، جوشش استخری به دلیل قابلیت برداشتن شارهای حرارتی بالا در دمای اضافی پایین و عدم استفاده از نیروی خارجی از جایگاه ویژه ای برخوردار است. از جمله عوامل موثر در فرآیند جوشش استخری می توان به خواص سطح نظیر ترشوندگی، موئینگی وایجاد تخلخل روی سطوح اشاره کرد. در این مقاله به تشریح جوشش استخری و تحلیل منحنی جوشش پرداخته و پارامترهای موثر براین فرآیند را مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهد، و در نهایت با بهبود مورفولوژی سطح از نقطه نظر عملکرد گرمایی، با تمرکز بر اثر ایجاد تخلخل روی سطح در جوشش استخری به انتها می رسد.

با توجه به لزوم تاب آوری در شرایط چالش برانگیز تحریم های اقتصادی، دستیابی به روش تعمیری توسط کاربران صنایع توربین های گازی به منظور نیل به اهدافی از قبیل افزایش عمر قطعات و کاهش هزینه ها از اولویت های کاربران این صنایع است. به علت پرهزینه بودن فرایند تولید پره های توربین از سوپر آلیاژهای پایه نیکل به روش ریخته گری، هر ساله کشورها به منظور خرید و یا تولید قطعات گران قیمت مبالغ زیادی را صرف می کنند تا فرایند تعمیر و نگه داری انجام شود. یکی از روش-های تعمیری که هم عملی و مناسب باشد و هم بتواند مشخصات ریزساختاری مناسب و پایداری فازی مناسب را تامین کند، جوشکاری می باشد. جوشکاری پره های ساخته شده از سوپرالیاژ با انجماد جهت دار مشکلات زیادی را به نسبت سایر آلیاژها و قطعات مطرح می کند. زیرا آلیاژهای فوق الذکر دارای ماهیت پرآلیاژ و حضور بیشتر فازهای رسوب سخت شونده پیچیده می-باشند. اغلب حرارت و نیروهای مکانیکی اعمال شده توسط منبع حرارتی، وزن اجزا و قیود در طی فرایند جوشکاری با ماهیت ذاتی این آلیاژها (وجود مکانیزم های سختی) به طور مخربی اثرگذار است که در این مقاله به بحث و بررسی این موانع و هم-چنین روش های متداول و پرکاربرد در جوشکاری تعمیری سوپرآلیاژهای پایه نیکل خواهیم پرداخت.