فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 152 (آذر و دی 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/28
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مونا محمدی*، صابر علیدادی، علیرضا محمدی صفحات 3-13

    یکی از مسایل مهم در بهره برداری و نگهداری از خطوط لوله در صنعت، انسداد جریان سیال در خط لوله به منظور انجام تعمیرات در پایین دست به هنگام حوادثی چون شکستگی و یا لزوم ایجاد تغییرات در خط لوله به منظور افزودن خط جدید، تعویض خط لوله، نصب شیر و یا فلنج در مسیر خط لوله است. در حال حاضر روش های مختلفی نظیر هات تپ، انجماد و توپی های انسداد جهت بستن مسیر خطوط لوله اعم از شرب و یا غیر شرب مورد استفاده قرار می گیرند. اما استفاده از این روش ها در همه انواع سیال و نیز قطرهای مختلف لوله عملی نبوده و می تواند موجب افزایش زمان تعمیرات، هدر رفت سیالی با ارزش مانند آب شرب و یا بالا بردن هزینه ها گردد. در این مقاله ضمن بیان روش های مختلف انسداد خطوط لوله در صنایع مختلف، روش و شرایط استفاده و نیز مشکلات و محدودیت های بکارگیری هر یک، مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: انسداد خط لوله، هات تپ، توپی انسداد، انجماد خط لوله
  • محدثه فدائی * صفحات 14-28

    در این مقاله اثر عملگر پلاسما تخلیه سد دی الکتریک روی کنترل جدایش جریان اطراف مقطعی از پره توربین باد محور افقی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، شبیه سازی های عددی دو بعدی با وجود عملگر پلاسما با استفاده از مدل الکترواستاتیک ارتقاء یافته در شرایط عملکردی و زوایای حمله مختلف انجام گرفته و سپس با استفاده از روش سطح پاسخ یک مدل ریاضی صریح که تاثیر پارامترهای موثر بر ضرایب آیرودینامیکی را در بر گیرد استخراج شده است. کوچک شدن ناحیه جدایش، در اثر تزریق مومنتم حاصل از فعال سازی عملگر پلاسما مشاهده شد. مدل ریاضی بدست آمده دارای اعتبار بسیار مناسبی بوده و نشان می دهد که اندرکنش معناداری میان پارامترهای عملگر و زاویه حمله وجود دارد. در انتها کدی به زبان متلب جهت پیاده سازی روش مومنتوم المان پره توسعه یافته و تغییر توان خروجی مکانیکی توربین باد تلوس 100 کیلووات در اثر فعال سازی عملگر پلاسما مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاکی از عدم تاثیر عملگر بر توان خروجی، در سرعت راه اندازی تا سرعت 10 متر بر ثانیه و افزایش تا حدود 11 درصدی توان در سرعت 11 تا 16 متر بر ثانیه است.

    کلیدواژگان: توربین باد، عملگر پلاسما، روش سطح پاسخ، روش مومنتوم المان پره، توان مکانیکی خروجی، ضرایب آیرودینامیکی
  • حبیب الله سایه وند*، محسن خسروی صفحات 29-37

    در این مقاله به شبیه سازی عددی سه بعدی جریان آرام دایم سیال نیوتنی موازی یک مجموعه لوله با چیدمان های منظم مثلثی (زاویه 30 درجه)، مربعی (زاویه 45 درجه) و شش وجهی (زاویه 60 درجه) که بصورت نامحدود بوده و دیواره ای پیرامون آن ها وجود ندارد، پرداخته شده است. معادلات جریان سیال با استفاده از روش سیمپل و تقریب بالادست مرتبه دوم، توسط نرم افزار فلوینت حل شده اند. روند حل به این صورت است که ابتدا یک توزیع سرعت یکنواخت بر روی مجموعه لوله ها در قسمت ورودی آن ها در نظر گرفته شده و با حرکت سیال در جهت موازی لوله ها، جریان به حالت توسعه یافته می رسد. طول وروری هیدرودینامیکی، افت فشار، ضریب اصطکاک و توزیع سرعت برحسب نسبت فاصله مراکز لوله ها به قطر لوله ها مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد که طول ورودی هیدرودینامیکی در کلیه چیدمان ها، کمتر از طول ورودی جریان داخل یک لوله دایره ای شکل معمولی با قطر هیدرولیکی معادل می باشد و نسبت این طول به قطر هیدرولیکی معادل، با افزایش فاصله بین لوله ها کاهش می یابد. همچنین با افزایش تراکم لوله ها یا به عبارتی کاهش فاصله لوله ها، افت فشار در چیدمان 30 درجه بیشتر از حالت های 45 و 60 درجه می باشد.

    کلیدواژگان: جریان موازی، افت فشار، قطر هیدرولیکی، آرایش لوله ها، جریان در حال توسعه
  • مهسا امانی*، مهدی جوادی صفحات 38-46

    در این پژوهش عوامل موثر بر روی شکست لاینر موتور توربوشارژ (16215T) لکوموتیو بررسی شده است. با تهیه سه نمونه لاینر از تولیدکننده های مختلف و ارسال به آزمایشگاه، خواص مکانیکی اعم از سختی و استحکام کششی و همچنین درصد عناصر سازنده و تفاوت مقادیر آن ها در نمونه های مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. در ادامه تاثیر درصد وزنی عناصر مختلف بر روی خواص مکانیکی چدن خاکستری تحقیق شد. با تهیه تصاویر میکروسکوپی در بزرگنمایی 100x، ساختار زمینه رویت گردید. همچنین شکل و آرایش گرافیت های ورقه ای در نمونه های مختلف با یکدیگر مقایسه و تاثیر آن بر روی شکست و رشد ترک در لاینر بررسی گردید. سه نمونه لاینر، تعیین دسته بندی و نوع ماده سازنده، شده اند. با رویت فسفید یوتکتیک در ریز ساختار دو نمونه A (لاینر کاملا شکسته شده) و B (لاینر ترک خورده) و همچنین درصد بالای فسفر، عیوب ساختاری و وجود نابجایی ها در دانه بندی سبب شکست این نمونه ها شده است. همچنین توزیع غیر یکنواخت گرافیت ورقه ای در این دو نمونه، طول و ضخامت کم آن ها سبب افزایش استحکام، کاهش جذب و تعدیل انرژی شده است.

    کلیدواژگان: لاینر، موتور دیزل، چدن خاکستری، گرافیت ورقه ای، رشد ترک، 16rk215T
  • راضیه صفا، الهام سلطانی، مرتضی عبدل زاده * صفحات 47-59

    در این پژوهش تاثیر زاویه پره بر توزیع جریان دو فازی (جامد-مایع) در مخزن همزن دار دارای پروانه جریان محوری (PBT) با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شد. مدل جریان آشفته k-ε استاندارد همراه با مدل چند فازی اولری-اولری (E-E) برای شبیه سازی جریان دو فازی استفاده شد.  خواص جریان دو فازی در امتداد محور مخزن با داده های موجود در ادبیات اعتبارسنجی و تطابق خوبی مشاهده شد. در ادامه تاثیر زاویه پره بر شرایط هیدرودینامیکی جریان سیال درون مخزن و همچنین توزیع کسر حجمی فاز جامد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد، حداکثر مولفه ی سرعت شعاعی با افزایش زاویه پره از 45 به 75 درجه نسبت به افق، به مقدار 6/45% افزایش می یابد. همچنین مشاهده گردید، با افزایش زاویه پره در سرعت همزنی ثابت، میزان توان مورد نیاز برای اختلاط به 17/2 برابر افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: مخزن همزن دار، دینامیک سیالات محاسباتی، مدل k-ε استاندارد، جریان دو فازی، کسر حجمی
  • حمیدرضا عسکرپور، عباس مزیدی*، منصور رفیعیان صفحات 60-71

    در این مقاله ارتعاشات آیولین خطوط انتقال نیرو مورد بررسی قرار گرفته و اثر وجود جداکننده بین هادی ها بررسی شده است. هر کدام از هادی ها بصورت یک تیر اویلر برنولی مدلسازی شده است و جداکننده بصورت یک فنر و دمپر بین آن دو قرار گرفته است. ضریب سفتی و میرایی جداکننده با استفاده از آزمایشات تجربی برای یک جداکننده استفاده شده در خطوط توزیع برق ایران بدست آمده است. معادلات حرکت با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده است. این معادلات با استفاده از روش گلرکین به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده و سپس با روش رانگ کوتا حل عددی شده است. در ادامه تاثیر استفاده از جداکننده بر ارتعاشات خطوط انتقال و تاثیر پارامترهای مختلف طراحی، اعم از مقدار جرم، ضریب سفتی و میرایی جداکننده، محل قرارگیری جداکننده، طول دهانه خط انتقال و جرم واحد طول کابل بر دامنه ارتعاشات هادی ها بررسی می شود. نتایج شبیه سازی نشان داده است که وجود جداکننده تا چه اندازه برای حفظ ایمنی خطوط لازم است و برخلاف تصور، جداکننده با ساختار بسیار سفت، تاثیر چندانی بر کنترل ارتعاشات ندارد بلکه می تواند تاثیر سوء نیز داشته باشد. همچنین نتایج نشان می دهد که افزایش جرم جداکننده تا 10 برابر، دامنه ارتعاشات را تنها تا 11 درصد کاهش می دهد و حداقل سفتی برابر با 2000 کیلو نیوتن بر متر برای جداکننده نیاز است؛ چرا که در این مقدار دامنه ارتعاشات تا 2 برابر نسبت به سفتی های کمتر کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: خطوط انتقال نیرو، جریان هوا، ارتعاشات آئولین، جداکننده
|
  • Moona Mohammadi, Saber Alidadi, Alireza Mohammadi Pages 3-13

    One of the essential issues in the operation and maintenance of pipelines in industry is the line-stopping of fluid flow in the pipeline to carry out downstream repairs during incidents such as breakage or the need to make changes in the pipeline to add a new line, replacing the pipeline, installing a new valve or flange in the pipeline. Various line-stopping methods are used in drinkable and undrinkable fluid in pipelines, such as hot tap, pipe freezing, and inflatable pipe plugs. However, these methods cannot be used in all types of fluids and variable pipe diameters, and they can increase maintenance time, waste valuable fluid such as drinking water, or increase costs. In addition to explaining the different methods of line-stopping in pipelines in various industries, this paper describes the problems and limitations of using each one.

    Keywords: Line stopping, Hot tap, Pipe freezing, Inflatable pipe plug
  • Mohaddeseh Fadaei* Pages 14-28

    In this paper dielectric barrier discharge plasma actuator effect on flow separation of a horizontal axis wind turbine blade section were studied. Firstly, two dimensional flow simulations of plasma actuator with improved electrostatic model were performed in various operational conditions and angle of attacks. Then, an explicit response surface mathematical model was derived for the effect of variables on aerodynamic coefficients. Separation zone shrinkage was observed as a consequence of momentum injection from plasma actuation. The mathematical model has an acceptable validity and shows the significant interaction between parameters. Finally, a MATLAB code was developed to implement blade element momentum method and evaluate the mechanical output power of Tellus 100 kW wind turbine with actuator operation. The results indicate no significant effect on output power for cut-in to 10 m/s wind speeds and an increase of about 11 percent for 11 to 16 m/s speeds.

    Keywords: Wind Turbine, Plasma Actuator, Response Surface Method, Blade ElementMomentum Theory, Mechanical Output Power, Aerodynamic Coefficients
  • HabibAlah Sayehvand, Mohsen Khosravi Pages 29-37

    in this article, three-dimensional numerical simulation of the steady flow of a Newtonian fluid parallel to a tube assembly with regular triangular arrangements, square and hexagon, which are infinite and there are no walls around them, have been discussed. Fluid flow equations have been solved using SIMPLE method and second-order upwind approximation by Fluent software. The solution process is that first, a uniform velocity distribution is considered on the inlet face around of tubes, and with the movement of the fluid in the parallel direction of the tubes, the flow reaches the developed state. Hydrodynamic inlet length, pressure drop, friction coefficient factor and velocity distribution were investigated according to the ratio of the distance between the centers of the tubes on the diameter. To ensure the accuracy of the simulation performance, the results of the developed part of this research have been compared with the results of valid references. The results show that the length of the hydrodynamic inlet in all arrangements is less than the length of the flow inlet inside a normal circular tube with an equivalent hydraulic diameter and the ratio of this length to the equivalent hydraulic diameter decreases with the increase of the distance between the tubes. Also, by increasing the compactivity of the tubes, or in other words, reducing the distance between the tubes, the pressure drops in the 30-degree arrangement is higher than in the 45 and 60-degree situations.

    Keywords: Parallel flow, Pressure drop, Hydraulic diameter, Tube arrangement, Compacity of tube
  • Mahsa Amani*, Mahdi Javadi Pages 38-46

    In this research, the effective factors on the liner failure of the turbocharged engine (16rk215T) of the locomotive have been investigated. By preparing three liner samples from different manufacturers and sending them to the laboratory, the mechanical properties, including hardness and tensile strength, as well as the percentage of constituent elements and the difference in their values in different samples, were studied. Next, the effect of the weight percentage of different elements on the mechanical properties of gray cast iron was investigated. By preparing microscopic images at 100x magnification, the background structure was seen. Also, the shape and arrangement of lamellar-graphite in different samples were compared with each other and it effect on the fracture and crack growth in the liner was investigated. Three samples of liner, grade and material have been determined. With the appearance of eutectic phosphide in the structures of two samples A (broken liner) and B (liner with crack), as well as the high percentage of phosphorus, structural defects and the presence of dislocations in the grain cause the failure of these samples. Also, non-uniform production of lamellar-graphite in these two samples, its short length and thickness increases strength, reduces absorption and reduces energy.

    Keywords: Liner, diesel engine, Gray cast iron, Lamellar graphite, Crack growth, 16rk215T
  • Raziyeh Safa, Elham Soltani, Morteza Abdolzadeh Pages 47-59

    In the present study, the effect of blade angle on two-phase flow (liquidsolid) distribution in a stirred tank with a pitched-blade turbine (PBT) was simulated using computational fluid dynamics (CFD). To simulate the solid-liquid two-phase flow, the standard k-ԑ turbulence model coupled with the Eulerian-Eulerian (E-E) Multi-Fluid Model was employed. The two-phase flow properties along the tank axis were computed and validated by the available data in the literature. Then, the effect of the blade angle on the fluid flow inside the tank as well as the solid phase volume fraction distribution were investigated. Results indicated that increasing the blade angle from 45 to 75 degrees at a constant speed, increased the maximum radial velocity and power consumption by 45.6% and 217%, respectively.

    Keywords: Stirred tank, CFD, Standard k-ε model, Two phase flow, Volumefraction
  • Hamidreza Askarpour, Abbas Mazidi, Mansour Rafeeyan Pages 60-71

    In this paper, aeolian vibrations of power transmission lines are studied and effects of spacers are considered. Each of the conductors is modeled as an EulerBernoulli beam and the spacer is placed as a spring and damper between them. The stiffness and damping coefficient of the spacer has been obtained using experimental tests for a spacer used in Iran's transmission lines. The equations of motion are derived using Hamilton's principle. These equations have been converted into ordinary differential equations using the Gelkerkin method and then numerically solved using the Rang-Kutta method. The effect of using the spacer on the transmission lines and the effect of different design parameters, such as the amount of mass, the stiffness and damping coefficient of the spacer, and the location of the spacer on the amplitude of the vibrations of the conductors have been studied. The results of the simulation have illustrated that the existence of the spacer is necessary to maintain the safety of the lines. However, despite our expectations, not only does a hard and heavy spacer have minimal impact on the control of vibrations but also can have adverse effects. It was also shown that increasing the mass of the spacer up to 10 times reduces the range of vibrations by 11% and the minimum stiffness equal to 2×106 (N⁄m) is needed for the spacer. Because in this value, the amplitude of vibrations decreases up to 2 times compared to lower stiffnesses.

    Keywords: Power transmission lines, Airflow, Aeolian vibrations, Spacer