فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - پیاپی 135 (بهمن و اسفند 1399)

مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 135 (بهمن و اسفند 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/12/14
  • تعداد عناوین: 8
|
  • بررسی مقایسه ای حل عددی رفتار ذوب ماده تغییرفازدهنده از حالت 4 فین طولی به 8 فین طولی جهت بهبود عملکرد در سیستم ذخیره ساز انرژی
    اکبر جعفری، عبدالسلام ابراهیم پور * صفحات 3-11

    فناوری های ذخیره انرژی حرارتی رویکردی نسبتا جدید در کاهش مصرف انرژی است، ایجاد تعادل در اوج مصرف و همچنین استفاده تا حد زیادی از منابع انرژی های تجدیدپذیر به منظور صرفه جویی در انرژی با وجود محاسن زیاد، هنوز چالش هایی در مسیر توسعه ذخیره ساز انرژی حرارتی وجود دارد. در این مقاله به حل عددی به صورت سه بعدی در نرم افزار انسیس فلوینت  به منظور نشان دادن اینکه چطور رفتار ذوب ماده تغییر فاز دهنده تغییر می کند، با تبدیل 4 فین طولی به 8 فین طولی در پوسته ولوله مبدل های حرارتی به منظور بهبود عملکرد سیستم ذخیره ساز انرژی پرداخته شده است. در پایان، نتایج  با رفتار ذوب ماده تغییرفازدهنده بدون فین مقایسه و آب به عنوان سیال گرم در لوله داخلی جریان داشته و فضای پوسته با پارافین RT50 به عنوان ماده تغییرفازدهنده پر شده است. با توجه به اینکه با انجام این کار حجم مواد تغییرفازدهنده  مورد نظر کاهش می یابد و برای جلوگیری از کاهش حجم مواد تغییرفازدهنده با کاهش ضخامت پره ها از 1.2 میلی متر به 1.05 میلی متر و قطر داخلی از 13.5 میلی متر به 13 میلی متر لوله سیال انتقال حرارت، حجم مواد تغییرفازدهنده ثابت نگه داشته و نتایج نشان می دهد که استفاده از 8 فین طولی نسبت به 4 فین طولی و بدون فین، به ترتیب 2.31% و 13.6598%، که سبب بهبود زمان شارژ شده و همچنین استفاده از 8 فین طولی سبب بهبود کاهش زمان انجماد (دشارژ) در مقایسه با 4 فین طولی به 33.95% و بدون فین 54.83% شده است.

    کلیدواژگان: ذخیره انرژی حرارتی، فرآیند ذوب، فرآیند انجماد، مواد تغییر فاز دهنده، حل عددی، جابه جایی طبیعی
  • امین مسلمی پطرودی*، محمدحسن کامیاب صفحات 12-25

    پیشرفت سریع علوم دریایی و فناوری نظامی در زمینه تولید انواع سلاح های آفندی توسط کشورهای پیشرفته و توان همپایی سایر کشورها موجب شد تا بحث پدافند توسط کشورهای پیشرفته مورد توجه جدی قرار گیرد. استفاده از جاذب های ضربه در بدنه کشتی ها، مقاوم سازی بدنه کشتی در برابر گلوله، سپر خودرو نظامی، مقاوم سازی راکتورهای اتمی در برابر حملات و برخورد هواپیما و موشک، این موارد از کاربردهای علم مکانیک ضربه است. عملکرد نفوذ بالستیکی یک پرتابه دارای انرژی جنبشی، بیشتر تحت تاثیر تغییرشکل پرتابه در طول فرآیند ضربه قرار خواهد گرفت؛ از جمله عوامل موثر رفتار سازه در برابر نفوذ پرتابه ها، چگالی و مقاومت آنها است؛ بطوریکه با افزایش این مشخصه ها، مقاومت در برابر نفوذ نیز افزایش می یابد. در این مقاله، با استفاده از تیوری اصلاح شده معادله برنولی و انبساط حفره کروی در هدف، معادله مومنتوم محوری، مدل تحلیلی نفوذ والکر و اندرسون ارایه شده است. مدل تحلیلی ارایه شده با توجه به فرضیات حاکم بر آن، توافق کاملا مناسبی با مقادیر تجربی مختلف دارد.

    کلیدواژگان: مکانیک ضربه، معادله برنولی، انبساط حفره کروی، علوم دریایی، نفوذ
  • محمدرضا عصاری *، آرش مرادیان، موسی قاسمی صفحات 26-35

    عوامل متعددی مانند رسوب‌گرفتگی مجراها، خوردگی و سایش پره‌ها و جریان‌های برگشتی درونی بر کیفیت عملکرد و بازدهی کمپرسور سانتریفیوژ تاثیرگذار است و می‌تواند متغیرهای حیاتی مانند نسبت فشار و دبی جرمی عبوری و انرژی مصرفی دستگاه را تغییر داده و در سوددهی و ایمنی واحد عملیاتی موثر باشد. در این تحقیق، عملکرد کمپرسور C-661 شرکت پالایش نفت آبادان، از نوع گریز از مرکز با دومرحله عملیاتی و یک خنک‌کننده میانی، با هدف بررسی میزان انحراف آن از شرایط پیش‌بینی شده سازنده، مورد پژوهش قرار گرفته است. مولفه‌های نشان‌دهنده کیفیت عملکرد کمپرسور مانند نسبت فشار، دبی جرمی، بازده و توان مصرفی ارزیابی شده‌است. نتایج نشان داد که این کمپرسور پس از هشت سال کارکرد مستمر، با افت کمتر از 1% بازدهی پلی‌تروپیک در مرحله اول و افت نزدیک به 4% بازدهی پلی‌تروپیک در مرحله دوم روبرو است. نسبت فشار میانگین دستگاه نزدیک به 9% و دبی جرمی میانگین حدود 14% نسبت به نقطه طراحی کاهش داشته‌است. عامل اصلی این کاهش عملکرد رسوب‌گرفتگی دستگاه است. میزان افت بازدهی مکانیکی کمپرسور نزدیک به 25% بوده‌است که می‌تواند حاصل افت بازدهی توربین بخار باشد. بنابراین با به‌کارگیری ضرایب سلامت، نمودار عملکرد این کمپرسور برای شرایط عملیاتی کنونی اصلاح شد و ضریب اثربخشی کلی کمپرسور با روش جدید محاسبه شد. همچنین بررسی اقتصادی، افت بهره‌وری 18% را برای دستگاه نشان داد.

    کلیدواژگان: شبیه سازی ترمودینامیکی، بازده، کمپرسور سانتریفیوژ، ضریب اثربخشی
  • نادر علی حسینی*، غلامرضا صالحی، حسین فلاح سهی صفحات 36-43

    در این مقاله مصرف انرژی فریزر خانگی با کمپرسور سرعت ثابت و کمپرسور سرعت متغیر به صورت تجربی مقایسه می شود. بالاترین گرید مصرف انرژی در فریزرهای خانگی مربوط به فریزر خانگی با کمپرسورهای سرعت متغیر است. برای مقایسه مصرف انرژی در فریزرهای خانگی از کمپرسور تک سرعته با ظرفیت سرمایشی 185 وات و ضریب عملکرد 1.92 و کمپرسور چندسرعته با سرعت های مختلف بر حسب دور بر دقیقه: 1300، 1600، 2000، 3000، 4500 و با ظرفیت سرمایشی به ترتیب: 85، 108، 130، 200، 260 وات و ضریب عملکرد به ترتیب: 1.80، 1.88، 1.90، 1.80، 1.60 استفاده شده است. در هر دو کمپرسور از یک نوع گاز هیدروکربنی استفاده شده و میزان مبرد در هر دو نوع تقریبا برابر است. نتایج آزمایش ها نشان داد که سیستم های سرعت متغیر علاوه بر دمای پایدارتر و کاهش مصرف انرژی، به علت داشتن سرعت های مختلف باعث انجماد سریع نیز می شوند. کمپرسور با سرعت متغیر در مقایسه با کمپرسور سرعت ثابت میزان مصرف انرژی را 24 درصد در روز کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: کمپرسور سرعت متغیر، کمپرسور سرعت ثابت، مصرف انرژی، آزمایش فریزر، گاز R-600a، فریزر خانگی
  • محمدحسن شجاعی فرد، مرتضی ملاجعفری*، مجید طالبی لیاسی صفحات 44-55

    تقاطع ها دارای نقش اساسی در ازدحام و ترافیک جاده ها هستند و مرکز ثقل عبور و مرور در معابر شهری را تشکیل می دهند. ظرفیت تقاطع ها، کنترل کننده حجم عبور وسایل نقلیه در کل شبکه است و پیشگیری از هرگونه خللی در تردد خودروها، مانند ایجاد گره های ترافیکی و تصادف ها، ضروری است. لذا با توجه به این تحقیقات در این مقاله سعی بر این شده است که ابتدا در مقدمه ای در مورد اهمیت موضوع مدیریت تقاطع بیان گردد و سپس یک دسته بندی کلی در مورد انواع روش های مدیریت تقاطع صورت گیرد. روش های مرسوم و قدیمی بر پایه استفاده از چراغ راهنمایی بودند که کنترل چراغ راهنمایی براساس بررسی شرایط تقاطع و اعمال دستور مناسب به چراغ صورت می گرفت. با پیشرفت فناوری های ارتباطی روش کنترل تقاطع همکارانه که بدون استفاده از چراغ راهنما انجام می شوند مورد توجه قرار گرفته است که ضمن کاهش تاخیر در عبور از تقاطع، امنیت عبور و مرور را نیز بهبود می بخشد.

    کلیدواژگان: شبکه های بین خودرویی، تخصیص زمان-مکان، تخصیص دنباله، شبکه حمل ونقل هوشمند
  • محمدحسن شجاعی فرد، مرتضی ملاجعفری*، مسعود مسیح تهرانی، سعید طیبی صفحات 56-64

    بکارگیری سامانه های کمک راننده در خودروها به منظور کاهش حجم کارهای راننده و به تبع آن کاهش خستگی راننده در حال گسترش روز افزون است. از جمله این سامانه ها، سامانه کروز کنترل تطبیقی (ACC) با قابلیت کنترل خودکار دینامیک طولی از جایگاه ویژه ای برخوردار است. با این خودکارسازی نقش راننده از اپراتوری به ناظر تغییر می کند. از اینرو فراهم نمودن شرایط ایمنی و آسایش سفر در این سامانه ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. لازم به ذکر است که ACC به شدت می تواند بر جریان ترافیکی تاثیرگذار بوده و نسبت به راننده انسانی عملکرد بهتری داشته است. در این مقاله انواع توابع کنترلی با تمرکز بر کاربرد آنها در کروز کنترل های تطبیقی مورد بررسی قرار خواهند گرفت. با تحلیل مزایا و معایب هر یک از توابع بررسی شده، اثرات آن ها بر روی مولفه های مختلفی همچون ایمنی و راحتی سرنشینان خودرو و همچنین حساسیت آن ها از جانب مولفه های مختلفی مثل شرایط جاده و شرایط جوی بررسی و با یکدیگر مقایسه می شوند. در پایان افق های پیش رو برای بهبود هرچه بیشتر کارهای گذشته ارایه خواهد شد.

    کلیدواژگان: کروزکنترل تطبیقی، کنترل کننده، سیگنال های مرجع، حلقه های کنترلی، ایمنی، راحتی
  • حانیه اسحاق نیا*، مهران نصرت الهی، امیرحسین آدمی صفحات 65-77

    به منظور تحقق توسعه و بهره برداری از فضا، نیاز است که سیستم های حمل و نقل فضایی کم هزینه توسعه یابند. توسعه سیستم هایی که به طور کامل قابلیت استفاده مجدد یا تا حدی دارای این قابلیت باشند، از دهه 1960 تاکنون حوزه مطالعاتی گسترده ای را در برداشته است. این نوع سامانه ها در دو گروه عمده SSTO و TSTO جای می گیرند. پرتابگر TSTO نسبت به SSTO الزامات کمتری دارد، به دلیل آنکه مسئولیت دستیابی به ماموریتی موفقیت آمیز در هر دو طبقه تقسیم خواهد شد و لذا جرم خشک مداری طبقه دوم TSTO در مقایسه با SSTO برای رساندن محموله ای با وزن مشابه کاهش یافته است. در این مقاله، ابتدا پرتابگر TSTO معرفی می شود؛ سپس نحوه اجرای ماموریت توسط این پرتابگر شرح می گردد. در ادامه زیرسیستم های پایه و اصولی این پرتابگر معرفی و توضیح مختصری در رابطه با هریک داده می شود. نهایتا برخی از اصلی ترین نمونه های طراحی شده این نوع پرتابگر را نام برده و مشخصه ای در رابطه با هر یک ارایه می گردد.

    کلیدواژگان: پرتابگر، قابلیت استفاده مجدد، دو طبقه تا مدار، طبقه بوست کننده، طبقه فوقانی
  • رضا اورکی، مجتبی مروج * صفحات 78-86

    در این مقاله، به روش عددی انتقال حرارت و جریان سیال در پیل سوختی غشای پلیمری و کانال های خنک کاری، با الگوی کانال موازی و استفاده از آب مایع در کانال های مجزای تعبیه شده در صفحه دو قطبی، بررسی گردیده و عملکرد چهار طرح مختلف میدان جریان گاز و خنک کاری، براساس عدم نیاز به شرط مرزی حرارتی بیرونی، یکنواختی دما با استفاده از نرم افزار انسیس-فلوینت شبیه سازی و با یکدیگر مقایسه گردیده است. نتایج نشان داد که با افزایش عدد رینولدز جریان خنک کاری از 40 به 800، افت فشار در مسیر کانال جریان خنک کاری از 40 به 640 پاسکال می رسد. از طرفی عدد ناسلت جریان خنک کاری با تغییر عدد رینولدز جریان خنک کاری از 40 تا 400 به صورت نمایی از 350 تا حدود 700 رشد می کند و پس از آن ثابت می شود. همچنین نتایج نشان داد که بهترین عملکرد پیل در عدد رینولدز 60 بدست آمده است، زیرا با افزایش عدد رینولدز جریان خنک کاری و افزایش افت فشار توان پارازیتی سیستم بالا می رود.

    کلیدواژگان: پیل سوختی غشای پلیمری، میدان جریان، کانال های خنک کاری، کانال های جریان، توزیع چگالی جریان و دما
|
  • Amin Moslemi Petrudi*, MohammadHassan Kamyab Pages 12-25

    The rapid advancement of marine science and military technology in the field of production of offensive weapons by developed countries and the ability of other countries to keep step with the issue of defense by developed countries has received serious attention. The use of impact absorbers in ship bodies, ship body reinforcement against bullets, military vehicle bumper, nuclear reactors retrofitting against aircraft and missile collisions are some of the applications of impact mechanics. The ballistic penetration performance of a projectile with kinetic energy will be more affected by the deformation of the projectile during the impact process; Among the effective factors of structural behavior against projectile penetration are their density and resistance; As these characteristics increase, so does the resistance to penetration. In this paper, using the modified theory of Bernoulli equation and expansion of the spherical cavity expansion in the target, the axial momentum equation, the analytical model of Walker and Anderson penetration are presented. The aimed analytical model, according to the available hypotheses, agrees quite well with different experimental values.

    Keywords: Impact mechanics, Bernoulli equation, Spherical cavity expansion, Marine science, Penetration
  • Mohammad R. Assari*, Arash Moradian, Moussa Ghasemi Pages 26-35

    Numerous factors such as duct fouling, corrosion and wear of blades and internal return currents affect the performance quality and efficiency of the centrifugal compressor and can change vital variables such as pressure ratio, mass flow rate and energy consumption of the device that in turn affect the profitability and safety of the operating unit. In this study, the performance of compressor C-661 of Abadan Oil Refining Company, which is of centrifugal type with two operational stages and an intermediate cooling, has been investigated with the aim of evaluating its deviation from the manufacturer’s predicted conditions. Components that indicate the quality of compressor performance such as pressure ratio, mass flow rate, efficiency and power consumption have been measured. The results showed that this compressor after eight years of continuous operation, had a decrease of less than 1% of polytrophic efficiency in the first stage and a decrease of nearly 4% of polytrophic efficiency in the second stage. The average pressure ratio of the device has decreased by about 9% and the average mass flow rate has decreased by about 14% compared to the design point. The main cause of this decrease is the fouling of the device. The mechanical efficiency drop was close to 25%, which could be due to the decrease in steam turbine efficiency. Therefore, by using health coefficients, the performance diagram of this compressor was modified to show the current operating conditions and the overall equipment Effectiveness of the compressor was calculated with a new method. The economic survey also showed an 18% drop in productivity for the device.

    Keywords: Thermodynamic modelling, Efficiency, Centrifugal compressor, Overall equipmenteff, ectiveness (OEE)
  • Nader Alihosseini*, Gholamreza Salehi, Hossein Fallahsohi Pages 36-43

    In this paper, the energy consumption of a household freezer is compared with a constant speed compressor and a variable speed compressor. The highest grade of energy consumption in household freezers is related to household freezers with variable speed compressors. To compare energy consumption in household freezers, a single speed compressor with a cooling capacity of 185 watts and a performance factor of 1.92, and a multi speed compressor with different speeds in terms of revolutions per minute 1300, 1600, 2000, 3000, 4500 and with a cooling capacity of 85, respectively., 108, 130, 200, 260 watts and performance coefficients of 1.80, 1.88, 1.90, 1.80, 1.60 were used respectively. In both compressors, one type of hydrocarbon gas is used and the amount of refrigerant in both types is almost equal. The experimental results showed that variable speed systems, in addition to more stable temperatures and reduced energy consumption, also cause rapid freezing due to their different speeds. A variable speed compressor reduces energy consumption by 24% per day compared to a constant speed compressor.

    Keywords: Variable speed compressor, Constant speed compressor, Energy consumption, Freezer testing, R-600a gas, Household freezer
  • Mohammad H. Shojaeifard, Morteza Mollajafari*, Majid Talebi Liasi Pages 44-55

    Intersections play a key role in reducing the congestion and road traffic and are the bottleneck of traffic on urban thoroughfares. The capacity of intersections determines the volume of vehicles passing through the entire transportation network, and it is essential to prevent any disruption to vehicle traffic, such as traffic jams and accidents. Accordingly, in this paper, the importance of the topic of intersection management is discussed. Then, a general classification of the types of intersection management methods is presented. The conventional and classic methods are based on the use of traffic lights, which applies the appropriate command to the traffic light by investigating the traffic conditions in the intersection. With the advancement of communication technologies, the method of cooperative intersection control, which works without the use of traffic lights, has been emerged. This system, not only reduces the delay in crossing the intersection but also improves the passengers’ and pedestrians’ safety.

    Keywords: Inter-vehicular networks, Time-space reservation, Trajectory reservation, Intelligent transporation system
  • Mohammad H. Shojaeifard, Morteza Mollajafari*, Masoud Masih Tehrani, Saeed Tayebi Pages 56-64

    The use of driver assistance systems in cars is increasing since it helps the driver and reduces his/her activities and fatigue. Among these systems, the Adaptive Cruise Control (ACC) system with longitudinal dynamic automatic control is at the center of attention. With such automation, the role of the driver changes from an operator to a supervisor. Therefore, providing safety and passenger comfort in these systems is of particular importance. It should be noted that ACC can greatly affect traffic flow and can perform better than a human driver. In this paper, various control functions will be examined focusing on their application in the ACCs control section. By analyzing the advantages and disadvantages of each of the studied functions, their effects on various components such as safety and comfort of vehicle passengers are studied. Moreover, the ACC sensitivity road and weather conditions are also addressed. At the end, the horizons ahead of this topic are presented which helps to improve the past works as much as possible.

    Keywords: Adaptive cruise control, Controller, Reference signal, Control loop, Safety, Convenience
  • Hanieh Es’haghnia*, Mehran Nosratollahi, AmirHossein Adami Pages 65-77

    To realize the development and exploitation of space, it is necessary to develop low-cost space transportation systems. The development of systems that are fully or partially reusable has been the subject of extensive study since the 1960s. These types of systems are categorized into two main groups: SSTO and TSTO. The TSTO launcher has fewer requirements than the SSTO because the responsibility for achieving a successful mission will be divided into both stages; therefore, the dry-mass of the TSTO second-stage has been reduced compared whit the SSTO for delivering a payload with the same weight. In this paper, a first-time launcher is introduced; then describes how the launcher completes the mission. The following are basic subsystems of this launcher are introduced, and a brief explanation is given to each other. Finally, some of the most important examples of this type of launcher are named and the characteristics of each are presented.

    Keywords: Launcher, Reusable, Two-Stage-to-Orbit (TSTO), Booster, Carrying-stage, Upper-stage
  • Reza Oraki, Mojtaba Moravej * Pages 78-86

    In this paper, the numerical method of heat transfer and fluid flow in the fuel cell of polymer membranes and cooling channels, with the parallel channel pattern and the use of liquid water in separate channels embedded in the bipolar plane, is investigated and the performance of four different field designs Gas flow and cooling, based on the absence of the need for an external thermal boundary condition, the temperature uniformity is simulated and compared using Ansys-Fluent software. The results showed that by increasing the Reynolds number of the cooling flow from 40 to 800, the pressure drop in the cooling flow channel path reaches from 40 to 640 Pascals. On the other hand, the Nusselt number of the cooling flow increases exponentially from 350 to about 700 by changing the Reynolds number from 40 to 400, and then it is fixed. The results also showed that the best cell performance was obtained at Reynolds number 60, because with increasing Reynolds number, the cooling flow and increasing pressure drop of the system’s noise power increases.

    Keywords: Polymer membrane fuel cell, Flow field, Cooling channels, Flow channels, Flow density distribution and, temperature