مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 123 (بهمن و اسفند 1397)

موتور الکتریکی یک دستگاه الکترومکانیکی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. موتور های الکتریکی عموما حرکت چرخشی تولید می کنند و در صنایع و کاربردهای گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرند و به همین جهت، انواع متفاوتی از این موتورها با تکنولوژی ها، اصول کارکرد و خصوصیات مختلف و متنوعی طراحی و توسعه یافته و بهره برداری شده اند. استفاده صحیح از هر یک از انواع موتورهای الکتریکی، مستلزم شناخت صحیح و توانایی مقایسه این موتورها از جوانب مختلف است. در این مقاله پس از تشریح اجزای اصلی موتورهای الکتریکی شامل روتور، استاتور و مکانیزم کموتاسیون و نقش هر یک آنها در عملکرد صحیح موتور، به دسته بندی و بررسی انواع موتورهای الکتریکی از جهات مختلف مانند ولتاژ ورودی، نوع کموتاسیون و... پرداخته شده و مبنای کار هریک توضیح داده شده است و مقایسه کاملی بین خصوصیات انواع موتورهای مطرح و پرکاربرد، صورت گرفته است.

امروزه برای فراهم کردن آسایش در ساختمانها انرژی زیادی صرف می شود که ضروریست میزان انرژی مصرفی سنجیده و راهکارهای مناسب جهت کاهش مصرف انرژی ارایه گردد. یکی از راه های بدست آوردن مقدار انرژی مصرفی جهت ایجاد آسایش، استفاده از برنامه های شبیه سازی مصرف انرژی ساختمان مانند انرژی پلاس و دیزاین بیلدر میباشد. در این مقاله یک مدل واقعی انتخاب و با استفاده از نرم افزار دیزاین بیلدر میزان انرژی مصرفی جهت بار سرمایش آن در سه شهر اهواز، تهران و تبریز بر اساس دو راهبرد مختلف شبیه سازی شده و میزان تاثیرات انها بر مصرف انرژی الکتریکی در روز 1 جولای مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. راهبرد اول استفاده از معادله انتقال حرارت تشعشعی و کاهش سطح مقطع تابیده شده ساختمان با بکارگیری سایبان با عمق های مختلف (6 حالت) است و راهبرد دوم بکارگیری معادله فوریه می باشد که با استفاده از عایق حرارتی با ضخامت های متفاوت (5 حالت) میزان کاهش شار حرارتی ساختمان محاسبه شده است. نتایج نشان داد که برای شهر اهواز و تهران راهبرد دوم با اختلاف زیادی بر راهبرد اول ارجحیت دارد ولی در شهر تبریز اختلاف دو راهبرد کم می باشد. همچنین نتایج شهر اهواز نشان داد که تصور ما در کاهش مصرف انرژی با استفاده از سایبان غالبا صحیح نمی باشد و کاربرد عایق حرارتی حتی با ضخامت یک سانتیمتر تاثیر خوبی در کاهش مصرف انرژی دارد.

یکی از روش های نوین برای تولید جریان الکتریکی استفاده از پیل های سوختی می باشد. یکی از اجزای اصلی پیل های سوختی غشا پلیمری با مزیت هایی شامل: دمای عملکرد پایین، دانسیته توان بالا و عدم ایجاد آلایندگی و سر و صدا، غشا است که وظیفه اصلی آن عبور دادن یون و عدم عبور الکترون و سوخت می باشد؛ اما کاربرد غشاها تنها محدود به پیل های سوختی نبوده و از این رو غشاهای متفاوتی وجود دارند که هر کدام دارای مزایا و معایبی بوده و هریک برای کاربردی خاص مناسب می باشد. در این مطالعه انواع غشاهای نافیونی، مایع و سرامیکی به همراه کاربردهای آنها مورد مطالعه قرار گرفته شده و روش های کاربردی برای ارتقای عملکرد غشاهای مایع و نافیونی بررسی شده است. نتایج این مطالعه نشان دادند که استفاده از مایعات یونی غیر فرار، استفاده از نافیون با غلظت مناسب در الکترود با توجه به مقدار پلاتینیوم به کار رفته در آن می تواند عملکرد غشاهای نافیونی را ارتقا دهد و همچنین استفاده از غشاهای هیبریدی نیاز به مدیریت آب و مرطوب نگه داشتن غشا را کم می کند. استفاده از آنزیم های نظیر BCA و SspCAنیز می تواند عملکرد غشاهای مایع را برای عبور گاز کربن دی اکسید به صورت چشمگیری ارتقا بخشد.

امکان به کارگیری منابع انرژی تجدیدپذیر همچون باد و خورشید، به دلیل ماهیت رفتار تصادفی این نوع منابع انرژی در برخی مناطق مشکل بوده و این مسئله باعث نوسان شدید در توان خروجی می گردد که این امر مشکلات فراوانی را برای عملکرد سیستم قدرت به همراه خواهد داشت. به همین دلیل به منظور برقراری تعادل بین تولید و مصرف، به کارگیری سیستم های ذخیره انرژی در نقاط مختلف سیستم قدرت ضروری است. تولید هیدروژن به عنوان یکی از حامل های انرژی پاک با قابلیت ذخیره سازی مناسب، امروزه مورد توجه بسیاری قرارگرفته است. در حال حاضر در کشورمان ایران، با توجه به در دسترس بودن منابع سوخت های فسیلی و همچنین گران بودن الکتریسیته تولید هیدروژن از طریق الکترولیز آب توجیه اقتصادی نداشته و ریفرمینگ گاز طبیعی و اکسیداسیون جزئی سوخت های فسیلی، دو روشی هستند که می توان برای تولید هیدروژن بکار برد. در این مقاله به تشریح انواع روش های تولید هیدروژن از سوخت های فسیلی پرداخته خواهد شد. نتایج بررسی ها نشان دهنده این است که روش ریفرمینگ متان با بخار آب، با بازدهی 98%، متان را به هیدروژن تولید کرده و بیشترین کاربرد را در میان روش های تبدیل هیدروکربن ها به هیدروژن دارد. ضمنا، در صورتی در این روش به جای یک مبدل، از دو عدد مبدل استفاده شود، بازدهی سیستم بالاتر رفته و بیش از %6/99 از متان به هیدروژن تبدیل می شود.

در این مقاله فشار‏بهینه بازگرمایش و فشار‏بهینه در خنک‏ کن‏ میانی در نیروگاه گاز (چرخه برایتون واقعی) شامل دو توربین، دو کمپرسور، محفظه احتراق، خنک‏ کن‏ میانی، بازگرمایش و بازیاب محاسبه شده است. منظور از فشاربهینه، فشاری است که در آن بازده چرخه برایتون حداکثر شود. با شبیه سازی حالت‏ های مختلف چرخه برایتون واقعی با نرم‏افزارEES و به‏دست آوردن نمودار تغییرات بازده چرخه نسبت به فشار خنک‏کن‏میانی، در هر حالت فشار‏بهینه خنک‏کن‏میانی به‏دست آمده است و روند تغییرات این فشار نسبت به پارامترهای بازده توربینها، کمپرسورها، بازیاب و خنک ‏کن‏ میانی تعیین شده است. تمامی این مراحل برای فشار بازگرمایش نیز تکرار شده است. در تمامی حالات نتیجه با میانگین هندسی فشار بالا و پایین چرخه مقایسه شده است. نتایج نشان می‏دهد که در تمامی حالات فشار‏بهینه از میانگین هندسی فشار بالا و پایین چرخه کمتر و فشار‏بهینه بازگرمایش از میانگین هندسی فشار بالا و پایین چرخه بیشتر است. همچنین تاثیر تغییرات دمای بیشینه چرخه برایتون، روی فشار‏بهینه بازگرمایش بررسی و محاسبه شد. در این حالت نیز فشار‏بهینه بازگرمایش از میانگین هندسی فشار بالا و پایین چرخه بیشتر است.

سیستم های میکروالکترومکانیکال یا ریزفناوری ها با ابعاد بسیار کوچک و وزن ناچیز، نقش کلیدی در منظومه های ماهواره ای که شامل آرایه ای از میکرو و نانوماهواره ها (ماهواره های مکعبی) در مدار زمین هستند، دارا می باشند. این گونه سیستمها با افزودن توانایی ها و کارکردهای جدید همچون زیرسیستمهای سنجش از راه دور، ابزارهای علمی و اکتشافی، تعیین و کنترل وضعیت، کنترل حرارت و پیشرانش، باعث افزایش کاربری و زمان ماموریت ماهواره های کوچک میگردند. در این بین، سیستمهای کنترل حرارت، وزن و توان قابل ملاحظهای را از کل سامانه ماهواره در بر میگیرند. در دو دهه اخیر، میکروسیستمهای حرارتی با جرم و توان مصرفی پایین، در بسیاری از ماهواره های کوچک، عملیاتی و یا در حال توسعه میباشد، که از جمله این موارد میتوان به میکروکرکره های حرارتی، میکرورادیاتورها، میکروکانالها و میکرولوله های حرارتی در میکروماهواره ها و ماهواره های مکعبی اشاره کرد. علاوه بر موارد فوق، چند نمونه از فنآوری های خنکسازی مبتنی بر ریزفناوری که در حال حاضر، در سطح آزمایشگاهی در حال تحقیق و توسعه میباشد، همچون میکروخنککنندهای استرلینگ و میکرورادیاتورها با ضریب نشر متغیر، در این مقاله بررسی شده است.

با توجه به نقش بسزای توربین های بادی در تولید انرژی از باد به عنوان یکی از منابع انرژی تجدید پذیر، بررسی عملکرد این توربین ها در دو حالت پایا و ناپایا ضروری می باشد. یکی از ابزارهای بسیار کارآمد در این زمینه روش دینامیک سیالات محاسباتی و یکی از حالات بسیار مهم در عملکرد توربین ها حالت ناپایا می باشد. در این پژوهش عملکرد هیدرودینامیکی دو نوع توربین باد ساحلی و فراساحلی در حالت ناپایا و با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی مورد بررسی قرار گرفته است. مدل های توربولانسی SST k-ω و شبیه سازی گردابه های بزرگ به ترتیب برای توربین باد محور افقی ساحلی و فراساحلی استفاده گردیده است. نتایج سه بعدی حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه و مورد صحت سنجی قرار گرفته است که تطابق مناسب نتایج نشان دهنده صحت روش و فرضیات مورد استفاده است. میانگین خطا در توربین ساحلی در پارامتر توزیع فشار در سرعت باد 7 متر بر ثانیه در تمامی مقاطع پره توربین در حدود 5 درصد می باشد همچنین میزان اختلاف در گشتاور توربین فرا ساحلی در سرعت باد 9 متر بر ثانیه کمتر از 3 درصد خواهد بود. همچنین اثرات نوک پره بر روی ایجاد و گسترش گردابه ها مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که با افزایش تعداد پره ها مقدار گشتاور و همچنین گردابه های ناشی از نوک پره روتور افزایش خواهد یافت. همچنین با افزایش سرعت باد توان مکانیکی و نیروی پیشرانه به صورت تدریجی افزایش پیدا کرده و توزیع فشار بر روی سطوح به علت شدت توربولانسی نامرتب خواهد شد.

چکیده در کار حاضر به شبیه سازی جریان هوا و انتقال حرارت درون خیابان های باریک و عمیق شهری در اصفهان پرداخته شده و مسیر حرکت جریان و تبادلات حراتی بین دیواره های درون آن بررسی شده است. محاسبات برای ساعت 10 صبح و برای روز اول از ماه های آوریل، جولای، اکتبر و ژانویه در نظر گرفته شد. بدین منظور از روش دینامیک سیالات محاسباتی و شبیه سازی توسط نرم افزار تجاری انسیس فلوئنت استفاده و مشخصه‏های دینامیکی جریان هوا و انتقال حرارت به دست آورده شد. نتایج بررسی توزیع دما روی دیواره های پشت به باد، رو به باد و کف خیابان نشان داد که روند تغییرات دمای کف خیابان در ماه های مختلف یکسان است. علاوه بر این در تمامی ساعت ها و ماه های مورد بررسی در کار حاضر، انتقال حرارت جابجایی طبیعی برای جریان سیال در برابر جابجایی اجباری ناچیز بوده و عمده حرکت جریان سیال به واسطه سرعت باد در عرض خیابا ن ها است. واژه های کلیدی خیابان های باریک و عمیق شهری، تشعشع، انتقال حرارت، شبیه سازی عددی.