فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و یکم شماره 7 (تیر 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/04/05
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محسن محمدی سراسیا، حسین عجم، احمد مولودی* صفحات 429-439

    در پژوهش حاضر، تاثیر قرار دادن محیط متخلخل در رگلاتورهای تقلیل فشار گاز طبیعی بر عملکرد و کاهش شدت صدای تولید شده بررسی شده است. ابتدا این موضوع به صورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش ها برای دو نمونه با محیط متخلخل ppi 10 و ppi 20 و سیستم بدون محیط متخلخل انجام شد. برای بررسی اعتبار نتایج آزمایش ها در 4 اختلاف فشار متفاوت بالادست 20، 10، 5 و 5/2 مگاپاسکال و نسبت فشار بحرانی جریان مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس برای ارزیابی چگونگی تاثیر پارامترهای جریانی بر عملکرد رگلاتور و تراز شدت صوت، جریان سیال عبوری از رگلاتور شبیه سازی عددی شد. نتایج نشان می دهد، استفاده از محیط متخلخل ppi 10 و ppi 20، ضریب جریان را به ترتیب 7 و 15 درصد و تراز شدت صوت را به ترتیب  15 و 20 دسی بل کاهش می دهد. نتایج حاصل از شبیه سازی جریان سیال نشان می دهد، قرار دادن محیط متخلخل در مسیر جریان ضمن کاهش شدت آشفتگی و منظم کردن جریان، با کاهش بیشینه سرعت سیال و کم کردن قدرت گردابه ها، شدت صوت تولید شده را کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: آیروآکوستیک، دینامیک سیالات محاسباتی، محیط متخلخل، رگولاتور تقلیل فشار
  • حسل قره بایی، علی جهانگیری*، محمد عامری صفحات 441-452

    برج‌های هلر از رایج‌ترین انواع برج‌های خنک‌کن نیروگاه‌ها می‌باشند که تغییرات شرایط جوی نظیر وزش باد بر روی راندمان حرارتی آنها بسیار تاثیر گذار است. با توجه به رویکرد کلی شرکت های طراح سیستم های خنک کننده، امروزه در نیروگاه های واقع در مناطق خشک استقبال بیشتری از کندانسور های هوایی به چشم می خورد. در برج های هلر با توجه به فضای خالی بدون استفاده درداخل آنها، در این پژوهش به جای پیشنهاد جایگزینی کندانسور های هوایی، مدل هیبریدی هلر- کندانسور های هوایی پیشنهاد شده است که در آن با حذف کندانسور از سیکل ترکیبی، بخار خروجی از توربین مستقیما وارد رادیاتور های کندانسور های هوایی بدون فن که در داخل برج هلر تعبیه شده اند، شده و با مکانیزم مکش طبیعی، چگالش می یابد. مدل پیشنهادی در دو آرایش عمود و موازی جهت باد از کندانسورهای هوایی ارایه شده است که جریان اطراف مدل با فرض تراکم ناپذیر بودن جریان توسط معادلات پیوستگی،مومنتوم، انرژی و معادلات آشفتگی به صورت سه بعدی و در دو حالت عدم وزش باد و وجود وزش باد در 8 سرعت بررسی شده است. پس از بررسی های انجام شده عملکرد برج هیبریدی با سیستم خنک کاری واقعی نیروگاه فارس مقایسه شده و نشان داده شده است که برج خنک کن پیشنهادی در حالت عدم وزش باد، 25% نسبت به سیستم خنک کاری عملکرد بهتری داشته و در شرایط وزش باد نیز در سرعت های کمتر از m/s5/ 12 در دو آرایش افقی و عمودی از کندانسور های هوایی عملکرد بهتری داشته است. با مقایسه عملکرد دو آرایش معرفی شده، آرایش عمودی به عنوان گزینه مناسب معرفی شده است.

    کلیدواژگان: برج های خنک کننده خشک مستقیم، برج های خشک با مکش طبیعی (هلر)، دینامیک سیالات محاسباتی، مدل هیبریدی
  • سید امیر احمدیان، معین طاهری، مهدی مدبری فر*، علی جباری صفحات 453-468

    کشش عمیق، یکی از فرآیندهای شکل دهی ورق محسوب می شود، که در آن یک ورق فلزی با عملیات مکانیکی، به شکل مطلوب می رسد. یکی از مهم ترین مسایل در کشش عمیق، طراحی بهینه ی بلانک اولیه است که از نظر اقتصادی بسیار حایز اهمیت است. در این مقاله هدف اصلی، طراحی بلانک اولیه ی بهینه (با حداقل دور ریز وکم ترین عیوب)، برای کشش عمیق قطعات با مقطع مستطیلی می باشد. برای این هدف، در این پژوهش، یک برنامه به زبان ویژوآل بیسیک در نرم افزار سالیدورک نوشته شده است، که یک قطعه ی مستطیل شکل و متغیرهای سرعت پرس، عمق کشش را به عنوان ورودی گرفته و بلانک بهینه را طراحی می کند. همچنین در این برنامه، بلانک هایی با کانتور مستطیل، دایره، هشت ضلعی و لوزی به دست آمده است؛ به طوری که بر کانتور اولیه مماس باشند. همچنین یک برنامه ی مجزا جهت نمایش کانتور بلانک ها در زمان های مختلف نیز نوشته شده است. برنامه ی طراحی بلانک به دست آمده در این پژوهش، این ویژگی منحصر به فرد را دارا می باشد که برای هر نوع قطعه ی مستطیل شکل و با هر ابعاد دلخواهی، با توجه به ابعاد قطعه و عمق کشش، قابلیت طراحی بلانک بهینه را خواهد داشت. برای اطمینان از صحت برنامه ی نوشته شده به زبان ویژوآل بیسیک، نتایج حاصل از برنامه، با انجام کارهای تجربی، مقایسه و صحت سنجی شده اند. نتایج تجربی اثبات می کنند که بلانک های به دست آمده توسط برنامه، از دقت  قابل قبولی برخوردار می باشند. در قطعات تولیدی تجربی، همچنین کاهش عیوب مانند گوشواره ای شدن و چروکیدگی در قطعات تولید شده با بلانک بهینه مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: کشش عمیق، بلانک اولیه، مستطیل شکل، بهینه سازی، نتایج تجربی
  • مرتضی محبی، ولی الله پناهی زاده*، محمد حسین پور صفحات 469-478

    راپچردیسک یا دیسک انفجاری کامپوزیت در زمان ساخت کارسخت می شود و در زمان استفاده در فشاری متناسب با کارسختی ایجاد شده می ترکد و فشار را آزاد می کند. کارسختی و تغییر مسیر کرنش باعث می شود تا کرنش شکست تغییر کند؛ بنابراین در نظر گرفتن کارسختی ایجاد شده و چگونگی توزیع آن در زمان تولید برای پیش بینی رفتار و شبیه سازی محصولات ضروری است. در این حالت ورق در زمان شکل دهی و بعد از ایجاد شیار در زمان رسیدن به فشار پارگی مسیر کرنش غیرخطی را طی می کند. در این مقاله با استفاده از نرم افزار اجزا محدود آباکوس و با در نظر گرفتن میزان کرنش سختی ایجاد شده در زمان شکل دهی ورق قبل از ایجاد شیار، فشار پارگی راپچردیسک کامپوزیتی پیش بینی می شود. معیار فشار پارگی، ماکزیمم کرنش پلاستیک قابل تحمل تغییر کرده در اثر کارسختی یا مسیر کرنش غیرخطی در نظر گرفته شده است. پیش بینی های فشار پارگی با آزمایش های تجربی مقایسه و اعتبارسنجی شد. در این مقاله اثر الگوی شیارها با استفاده از شبیه سازی و آزمایش های تجربی بررسی شدند. در آزمایش های این مقاله فشار پارگی با ایجاد شیار بعد از شکل دهی بیشتر از 80% کاهش می یابد و شبیه سازی با این روش با خطای حدود 3% این کاهش فشار را پیش بینی می کند.

    کلیدواژگان: مسیر کرنش غیرخطی، راپچردیسک کامپوزیتی، روش اجزا محدود، پیش بینی فشار پارگی
  • محمد حاتمی*، علی قلی پور صفحات 479-488

    در این پژوهش به مطالعه تجربی و مدلسازی پارامترهای هندسی یک مشعل کوره پیش گرم در خط پرس مجتمع صنعتی اسفراین پرداخته شده است. جهت بهبود فرآیند احتراق در مشعل، سه قطر مختلف (10، 20 و 30 میلیمتر) برای نافی و سه طول مختلف (225، 250 و 300 میلیمتر) برای طول اختلاط مشعل در نظر گرفته شده است. برای شبیه سازی از نرم افزار انسیس-فلوینت و از مدل آشفتگی ε-RNG k استفاده شده است و نتایج مدلسازی نشان می دهد که روش اعمال شده دقت خوبی داشته و حداکثر با 23% خطا مقادیری بیشتر از مقادیر تجربی برای دما نشان می دهد که این اختلاف دما به علت عدم اندازه گیری دقیق دبی هوای ورودی و همچنین اندازه گیری نقطه ای دما در مشعل ایجاد شده است. در بررسی اثر قطر نافی مشاهده شده است که با افزایش قطر نافی از 10 تا 30 میلیمتر، ماکزیمم دمای داخل مشعل 6% افزایش داشته است که در برابر افزایش ناچیز آلاینده اکسیدهای نیتروژن در داخل مشعل، از بین قطر های انتخابی قطر 30 میلیمتر برای طراحی بهینه انتخاب شده است. همچنین نتایج بررسی اثر طول اختلاط بر عملکرد مشعل نشان داده است که با افزایش طول، میزان گرمای تولیدی بطور ناچیزی کاهش پیدا می کند که با توجه به پایداری مطلوب تر آلاینده های اکسید نیتروژن بعلت فضای بیشتر و واکنش کاملتر، طول 300 میلیمتر برای طراحی بهینه انتخاب شده است.

    کلیدواژگان: احتراق، مشعل، مصرف گاز، بهینه سازی، مجتمع صنعتی
  • جواد خسروان، حمیدرضا رضایی آشتیانی*، حامد دیلمی عضدی صفحات 489-499

    یکی از روش های مهم تولید قطعات صنعتی با تقارن محوری، شکل دهی ورق در فرآیند فلوفرمینگ می باشد. مزیت عمده این فرآیند تولید، استفاده از ابزار ساده ، نیروی شکل دهی کم به خاطر تغییر شکل موضعی و افزایش خواص مکانیکی و کیفیت سطح قطعات نهایی تولیدی می باشد. در این تحقیق، فرآیند فلوفرمینگ گرم با استفاده از دستگاه تراش بر آلومینیوم آلیاژی AA6061-O مورد بررسی تجربی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا تجهیزات و قالب های مورد نیاز و نمونه های آزمایشگاهی طراحی و ساخته شدند. سپس اثر پارامترهای مختلف فرآیندی مانند درصد کاهش ضخامت ورق، درجه حرارت و تعداد مراحل شکل دهی (تعداد پاس) بر تغییرات ضخامت، دقت ابعادی و همچنین خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم فلوفرم شده گرم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش ها نشان داد انجام فلوفرمینگ باعث افزایش استحکام و کاهش شکل پذیری لوله در تمامی سطوح فرایندی نسبت به لوله ابتدایی فلوفرم نشده می گردد. اما با افزایش دمای شکل دهی از 20 به 300 درجه سانتی گراد، درصد شکل پذیری لوله افزایش و استحکام و ریزسختی آن کاهش می یابد. در حالیکه با افزایش درصد کاهش ضخامت از 20 % تا 60% در یک دمای ثابت شکل دهی، میزان استحکام و ریز سختی لوله فلوفرم شده افزایش و شکل پذیری آن کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: فرآیند فلوفرمینگ گرم، آلیاژ آلومینیوم 6061، دما، خواص مکانیکی، کاهش ضخامت
|
  • Mohsen Mohammadi Sarasia, Hossein Ajam, Ahmad Moloodi* Pages 429-439

    In the present study, the effect of the porous medium in natural-gas pressure regulators, on the operation and reduce the intensity of the sound produced, is studied. First, it was studied experimentally. Experiments apply for the porous medium 20 ppi (pores per inch) and 10 ppi and non-porous system. To check the validity of the results, experiments were evaluated in four different pressure upstream 20, 10, 5, and 2.5 MPa on the critical pressure ratio. Afterward, for evaluation of the flow parameters on the performance of regulators and the sound intensity level, numerical simulation of fluid flow was performed. The results show that the use of porous media for 10 ppi and 20 ppi, flow coefficient decrease, respectively 7% and 15%, and sound intensity level decrease, respectively 25 and 30 dB. The amount of porosity does not have much effect on the sound intensity. On the other hand, the results of the fluid flow simulation show that placing the porous medium in the flow direction reducing the turbulent intensity and regulating the flow. As well, it decreases the sound intensity by decreasing the maximum velocity and the vortex power.

    Keywords: Aeroacoustics, computational fluid dynamics, porous medium, gas pressure regulator
  • Hesel Gharehbaei, Ali Jahangiri*, Mohammad Ameri Pages 441-452

    The Heller towers are the most common types Power plants cooling towers، where its efficiency is  is very sensitive to wind. according to the general approach of  designer of cooling systems، Direct dry cooling (ACC) systems are more popular today in power plants located in arid areas. In Heller towers due to the empty space inside them, in this study, instead of proposing the replacement of ACC towers, the hybrid model is proposed، where steam is Directly gonig into the ACC radiators without fan installed inside the Heller Tower، and condenses with a natural suction mechanism. The flow around the proposed model are investigated in three dimensions in two cases of no wind and no wind at 8 different  wind speeds with the assumption of incompressibility flow by the continuity, momentum, energy and turbulence equations. The hybrid tower  performance has been compared with Fars power plant cooling system and it has been shown that the proposed cooling tower has performed 25% better than the Fars cooling system in no wind condition. It has also performed better in wind conditions in different speeds except speeds above 12.5 m / s at a horizontal array of ACCs..A vertical array of ACCs performance has been better than the horizontal array.Therefore, the hybrid model with vertical array of ACCs can be efficient to replace the cooling system of Fars power plant.

    Keywords: Direct Dry Cooling Towers, Natural Draft Dry Cooling Towers (Heller), Computational Fluid Dynamics, Hybrid Model
  • Seyyed Amir Ahmadian, Moein Taheri, Mehdi Modabberifar*, Ali Jabbari Pages 453-468

    Deep drawing is one of the sheet forming processes, in which a metal sheet with mechanical operation, reaches the desired shape. One of the most important issues in deep drawing is the optimal design of the initial blank. In this paper, the main purpose is to design the optimal initial blank (with minimum circumference and minimum defects), for deep drawing of parts with a rectangular cross section. To this end, in this study, a program in Visual Basic has been written in SolidWorks software, in which a rectangular piece and press velocity variables take the tensile depth as input and design the optimal blank. Also in this program, blanks with rectangular, circular, octagonal and rhombus contours have been obtained; So that they are tangent to the initial contour. A separate program has also been written to display contour blanks at different times. The blank design program obtained in this study has this unique feature that for any type of rectangular piece and with any desired dimensions, according to the dimensions of the piece and the depth of tension, it will be possible to design the optimal blank. To ensure the accuracy of the program written in Visual Basic language, the results of the program have been compared and validated by performing experimental work. Experimental results prove that the blanks obtained by the program are of acceptable accuracy. In experimental parts, defects such as earring and shrinkage have also been observed in parts produced with optimal blanks.

    Keywords: deep drawing, Initial blank, rectangular, optimization, experimental results
  • Morteza Mohebbi, Valiollah Panahizadeh*, Mohammad Hoseinpour Pages 469-478

    Cold work hardening and nonlinear strain path, cause the failure strain change. Therefore, it is necessary to consider the created cold-work hardening and its distribution for predicting and simulating the behavior of products. The composite rupture disc cold-work hardened during manufacturing and burst and release pressure in a pressure commensurate with this hardening. In this case, the sheet metal undergoes a nonlinear strain path during forming and after slotting during the burst test. In this paper, the burst pressure of a composite Rupture disc estimated by using finite element simulation in Abaqus-implicit and explicit and by considering the strain hardening during bulge forming before the slotting process. The burst pressure is estimated according to the maximum plastic failure strain that changed due to nonlinear strain path and work hardening. The burst pressure predictions were compared and validated by experimental tests. In this paper, the effect slotting pattern, investigated by using FEM simulations and experiments. In the prepared samples for this paper, by slotting after bulge forming, the burst pressure reduces more than 80%. The simulation with this method predicts this pressure reduction with an error of about 3%.

    Keywords: Nonlinear strain path, Composite Rupture disc, Finite Element Method (FEM), Predicting burst pressure
  • Mohammad Hatami*, Ali Gholipour Pages 479-488

    In this research, the geometric parameters of a preheated furnace burner in the press line of Esfarayen Industrial Complex have been studied, experimentally and numerically. To improve the combustion process in the burner, three different diameters (10, 20 and 30 mm) are provided for the nozzle diameter and three different lengths (225, 250 and 300 mm) for the mixing length of the burner. Ansys-Fluent software and RNG k-ε turbulence model have been used for the simulation and the modeling results show that the applied method has good accuracy and with a maximum error of 23% higher than the experimental values for temperature. This temperature difference is due to the lack of accurate measurement of inlet air flow and also point measurement of temperature in the burner. In the study of the effect of nozzle diameter, it was observed that by increasing the nozzle diameter from 10 to 30 mm, the maximum temperature inside the burner increased by 6%, which against a slight increase in nitrogen oxides (Nox) pollutants inside the burner, the 30 mm diameter for optimum design is selected among the tested diameters. Also, the results of the study for the effect of mixing length on burner performance have shown that by increasing the length, the amount of heat produced decreases slightly, which due to more favorable stability of NOx pollutants due to more space and complete reaction, length of 300 mm has been chosen for optimal design of burner.

    Keywords: Combustion, Burner, Gas usage, Optimization, Industrial Complex
  • Javad Khosravan, Arakut Rezaei Ashtiani*, H. Deilami Azodi Pages 489-499

    The flow forming process is widely used in the production of axisymmetric industrial parts. The advantage of the flow forming process over other manufacturing methods is the use of simple tooling, reduced forming loads due to localized deformation, and enhanced mechanical properties and surface quality of finished parts. In this research, the warm flow forming process of AA6061-O aluminum alloy has been investigated for the first time. For this purpose, laboratory equipment and samples were designed and fabricated. In this study, the effect of temperature, thickness reduction, and number of passes (number of forming steps) on dimensional accuracy (thickness variation) and mechanical properties of warm flow formed AA6061-O alloys pipes have been experimentally investigated. The experimental results show that flow forming increases the strength and decreases the ductility of the formed pipe at all process levels compared to the initial non-flow forming pipe. However, the ductility of the pipe increases and its strength and microhardness decrease by increasing the forming temperature from 20 to 300 ° C. While with increasing the percentage of thickness reduction from 20% to 60% at a constant forming temperature, the strength and micro-hardness of the warm flow-formed pipe increases and its ductility decreases.

    Keywords: Warm flow forming process, Alumium6061, Temperature, Mechanical properties, Thickness reduction